• Journal of Power Electronics
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• 제16권1호
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• pp.238-248
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• 2016

The state-of-charge (SOC) and state-of-health (SOH) estimation of batteries play important roles in managing batteries for automotive applications. However, an accurate state estimation of a battery is difficult to achieve because of certain factors, such as measurement noise, highly nonlinear characteristics, strong hysteresis phenomenon, and diffusion effect of batteries. In certain vehicular applications, such as idle stop-start systems (ISSs), significant errors in SOC/SOH estimation may lead to a failure in restarting a combustion engine after the shut-off period of the engine when the vehicle is at rest, such as at a traffic light. In this paper, a dual extended Kalman filter algorithm with a dynamic equivalent circuit model of a lead-acid battery is proposed to deal with this problem. The proposed algorithm adopts a battery model by taking into account the hysteresis phenomenon, diffusion effect, and parameter variations for accurate state estimations of the battery. The validity of the proposed algorithm is verified through experiments by using an absorbed glass mat valve-regulated lead-acid battery and a battery sensor cable for commercial ISS vehicles.

• 에너지공학
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• 제22권4호
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• pp.338-346
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• 2013

일반 납축전지는 차량의 시동 성능 위주로 최적 설계되어 있다. 최근 차량 전장 시스템과 납축전지를 활용한 연비기술 적용의 증가로 납축전지의 사용 빈도가 늘어나고 있다. 연비기술 적용은 납축전지의 잦은 충방전 반응을 일으켜 납축전지 내구 수명을 단축시키고 있다. 본 연구에서는 납축전지의 노화 수명 모델 구현을 통해 배터리 내구 수명을 예측하는 방법을 제시하고자 한다. 납축전지의 노화에 영향을 미치는 요인은 방전율, 충전 시간, 완충 시간, 온도 조건 등이 있다. 본 논문에서는 납축전지의 동적 거동을 예측하기 위하여 전기화학반응 속도론, 이온의 전달현상, 전극 공극률의 시간에 따른 변화를 고려하였다. 수명 예측을 위해서 노화 메커니즘 중 노화에 가장 큰 영향을 주는 극판 부식 현상과 활물질 탈락을 노화 모델링에 반영하였다. 개발된 납축전지의 노화 모델을 검증하기 위하여 납축전지의 가속 충방전 시험을 수행하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권3호
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• pp.242-248
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• 2007

자동차 전기장치 시스템을 최적화하기 위해서는 차량용 납축전지의 충전 및 방전 거동을 예측할 수 있는 모델링 기술이 필요하다. 본 연구에서는 유한요소법을 이용하여 차량용 12-V 납축전지의 충전 및 방전 거동을 예측할 수 있는 2차원 모델링을 수행하였다. 이 연구에 사용된 수학적 모델에는 전기화학반응 속도론, 전해질의 유동, 대류에 의한 이온의 전달현상, 전극의 시간에 따른 공극률의 변화 등이 고려되었다. 모델링의 신뢰성을 검증하기 위하여 방전 및 충전실험을 수행하였다. 방전실험은 $25^{\circ}C$에서 C/5, C/10 및 C/20의 방전율에 대하여 수행하였고, 충전실험은 $25^{\circ}C$에서 정전류-정전압 방법으로(제한전류 30A, 제한전압 14.24 V) 수행하였다. 모델에 근거하여 예측된 충 방전 거동은 충 방전 실험결과와 잘 일치하였다. 또한 2차원 모델링을 통하여 충 방전이 진행되는 동안 실제로 측정이 불가능한 납축전지 내부의 전류밀도, 전해액의 농도 및 충전상태(state of charge; SOC)의 분포를 예측할 수 있었다.

• 에너지공학
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• 제22권2호
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• pp.175-183
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• 2013

차량 전기 시스템의 최적 설계를 위해 납축전지의 동적 거동을 예측하는 것은 중요하다. 동적 거동을 예측하기 위해서는 믿을만한 모델링 프로그램이 필요하다. 본 연구에서는 1차원 모델링을 통하여 12V 차량용 납축전지의 동적거동을 예측하였다. 수학적 모델에는 전기화학반응과 전지 내부에서 일어나는 이온 물질전달을 포함하였다. 모델링을 검증하기 위해 용량이 다른 2개(68Ah, 90Ah)의 납축전지 모델링 결과를 실험 결과와 비교하였다. 본 연구에서 사용한 납축전지는 현대자동차 차량에 적용되는 납축전지를 사용하였다. 방전 실험의 조건은 C/3, C/5, C/10, C/20의 방전율을 조합하여 진행하였다. 그리고 충전과 방전이 연속적으로 일어나는 동적 실험을 수행하였다. 모델링 결과와 실험 결과를 비교하여 보면 모델링 결과가 실험결과를 잘 예측하는 것을 볼 수 있다. 모델링은 고체상과 액체상에서의 전위분포와 전극 내에서 전류밀도에 근거한 모델링은 충 방전 시간의 함수로 예측할 수 있다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제18권3호
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• pp.53-59
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• 2010

The Developing & Producing of Eco-Friendly vehicle have been more incremented, as People appreciate the importance of Earth Environment Conservation. The needs of Neighborhood Electric Vehicle(NEV) that suits Current people's short drive distance is incremented. In this Paper, we define Neighborhood Electric Vehicle through out National Highway Traffic Safety Administration of United States of America's regulation and explain motor and battery of primary constituents of that. We used MATLAB and ADVISOR 200 programs for Simulation, and propsed NEV's Model that tow people can be got in. In this Model, the battery is Lead-acid battery(72V, 85Ah) and the motor is 8kW permanent magnet synchronous motor(PM motor). We compared change of driving range of NEV through out non-changing speed Driving(10km/h, 20km/h, 30km/h, 40km/h) and Manhattan driving schedule.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제32권2호
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• pp.181-187
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• 2015

납축전지 활물질 제작 공정 중 숙성공정에서 온도 제어를 통해 활물질 결정 크기를 제어할 수 있고, 생성된 활물질에 따라 초기 성능 향상, 내구성능 향상 효과를 얻을 수 있었다. 숙성반응 후 생성된 활물 중 3BS는 초기성능에는 유리 하였고, 4BS의 경우 초기 성능은 불리하였으나 내구 성능이 3BS활물질에 비해 48% 향상 되었다. 자동차용 납축전지를 ISG시스템이 적용된 자동차에 사용하기 위해 평가하는 DOD17.5% 수명시험 평가 결과, 일반 자동차 시동용으로 널리 사용하고 있는 Flooded 납축전는 적합하지 않은 것으로 확인 되었고, AGM 납축전지가 적합한 것으로 확인되었다. 그리고 3BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지에 비해 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지가 내구력이 우수하여 ISG 시스템에 적용된 자동차에 적합한 것으로 확인 되었다.

• Corrosion Science and Technology
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• 제20권5호
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• pp.315-323
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• 2021

In this study, we examined corrosion behaviors of two types of Pb alloys for a lead acid battery comparatively. One containing 6.6 wt% Sn, 36 mg/kg Bi, and 612.4 mg/kg Ca was prepared by twin-roll continuous casting. The other containing 5.2 wt% Sn, 30.5 mg/kg Ag, and 557 mg/kg Ca was made by twin-belt continuous casting. Potentiodynamic polarization tests were performed to evaluate corrosion resistance. Cyclic voltammetry was done to examine oxidation and reduction reactions occurring on the surface of each alloy in 4.8 M H₂SO₄ solution. Electrochemical test results implied that the Pb alloy prepared with the twin-belt casting method was less stable than that cast with the twin-roll method. Such results might be due to precipitations formed during the casting process. Rolling did not appear to affect the corrosion behavior of the twin-roll samples with Ag < 10 mg/kg, while it reduced the anodic reaction of Ag on the surface of the twin-belt sample with 30.5 mg/kg Ag.

• 한국재료학회지
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• 제31권2호
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• pp.75-83
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• 2021

To cope with automobile exhaust gas regulations, ISG (Idling Stop & Go) and charging control systems are applied to HEVs (Hybrid Electric Vehicle) for the purpose of improving fuel economy. These systems require quick charge/discharge performance at high current. To satisfy this characteristic, improvement of the positive electrode plate is studied to improve the charge/discharge process and performance of AGM(Absorbent Glass Mat) lead-acid batteries applied to ISG automotive systems. The bonding between grid and A.M (Active Material) can be improved by applying the Sand-Blasting method to provide roughness to the surface of the positive grid. When the Sand-Blasting method is applied with conditions of ball speed 1,000 rpm and conveyor speed 5 M/min, ideal bonding is achieved between grid and A.M. The positive plate of each condition is applied to the AGM LAB (Absorbent Glass Mat Lead Acid Battery); then, the performance and ISG life characteristics are tested by the vehicle battery test method. In CCA, which evaluates the starting performance at -18 ℃ and 30 ℃ with high current, the advanced AGM LAB improves about 25 %. At 0 ℃ CA (Charge Acceptance), the initial charging current of the advanced AGM LAB increases about 25 %. Improving the bonding between the grid and A.M. by roughening the grid surface improves the flow of current and lowers the resistance, which is considered to have a significant effect on the high current charging/discharging area. In a Standard of Battery Association of Japan (SBA) S0101 test, after 300 A discharge, the voltage of the advanced AGM LAB with the Sand-Blasting method grid was 0.059 V higher than that of untreated grid. As the cycle progresses, the gap widens to 0.13 V at the point of 10,800 cycles. As the bonding between grid and A.M. increases through the Sand Blasting method, the slope of the discharge voltage declines gradually as the cycle progresses, showing excellent battery life characteristics. It is believed that system will exhibit excellent characteristics in the vehicle environment of the ISG system, in which charge/discharge occurs over a short time.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제33권1호
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• pp.83-91
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• 2016

ISG (Idle Stop & Go) 시스템이 적용되는 자동차에 적합한 납축전지를 개발하기 위해 전극재료인 3BS ($3PbO{\cdot}PbSO_4{\cdot}H_2O$)와 4BS ($4PbO{\cdot}PbSO_4$)의 생성조건과 활물질의 화성 방법에 따른 납축전지 초기 성능과 심방전에 미치는 영향에 대해 연구 하였다. 양극과 음극 활물질을 숙성반응 중 온도 제어로 최종 생성 활물질의 상이 변하며, 납축전지의 수명에 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다. 초기 성능에는 3BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지와 Flooded 납축전지가 우수한 성능을 나타내는 반면 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지는 상대적으로 낮은 성능을 나타내었다. 또한, 활물질 화성 효율을 비교분석하기 위해 화성을 3 step과 9 step으로 구분하여 시험한 결과, 3BS로 제작된 AGM 납축전지에 비해 4BS 활물질을 적용한 AGM 납축전지의 초기 성능이 우수 하였다. DOD17.5% 수명시험으로 수명성능을 비교한 결과, 잦은 심방전이 요구되는 ISG 시스템에서 Flooded 납축전지는 적합하지 않았으나, AGM 납축전지는 적합한 결과를 나타내었다. 결론적으로 AGM 납축전지가 ISG 시스템 적용 자동차에 적합하였고, AGM 납축전지의 숙성, 화성 방법에 따라 수명 성능이 80% 차이를 나타내는 것으로 확인되었다.

• Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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• 제40권1호
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• pp.28-33
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• 2016

배터리는 휴대폰, 전기자동차, 무인잠수정 등과 같은 분야에서는 주 동력원으로 사용되고, 일반 자동차에서는 시동기 또는 램프구동용으로 사용되며, 일반 선박에서는 비상전원으로 사용되고 있다. 2차 전지로는 납축전지와 리튬이온 배터리를 많이 사용하고 있으며, 납축전지는 가격이 비교적 저렴하고 안전하다. 리튬이온전지는 에너지 밀도가 높고 출력이 우수하며 수명이 긴 장점이 있으나 공기 중의 수분과 반응하여 폭발의 위험성을 가지고 있다. 그러나 최근에는 방수, 방염, 방진 기술의 발달에 힘입어 리튬배터리의 사용이 증가하고 있고, 특히 하이브리드 선박 및 전기추진 선박 등의 주동력원으로 사용될 만큼 그 사용범위가 점점 넓어지고 있으므로 좀 더 엄격한 배터리의 관리가 필요하다. 하이브리드 선박에서는 500kWh 이상의 대용량 동력원을 만들기 위하여 셀(Cell) 단위로 이루어진 수십 개의 리튬배터리가 들어 있는 팩들로 접속이 된 전원을 사용한다. 따라서 배터리 점검에 필요한 검출 전압, 전류 및 온도 데이터들을 관리용 서버로 보내 주는 유선 점검 및 감시시스템을 구현하는 데에는 많은 전선과 통신 모듈이 필요하다. 본 논문에서는 직렬통신 모듈보다 가격이 저렴하고 전선을 사용하지 않는 저 전력 블루투스(Bluetooth low energy, BLE) 무선통신 모듈과 전력선 모뎀을 사용하여 하이브리드 선박용 리튬배터리 저가형 점검 및 감시시스템을 구현하고자 한다. 배터리의 점검요소에는 잔존용량(State of charge, SOC)과 잔존수명(State of health, SOH)이 있으며, 제안한 시스템은 이들을 규칙적으로 점검하여 배터리의 수명 예측과 예방 정비를 할 수 있기 때문에 안전사고를 방지할 수 있을 것으로 전망된다.