• 제목/요약/키워드: electric battery

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Analysis and Design of a Multi-resonant Converter with a Wide Output Voltage Range for EV Charger Applications

  • Sun, Wenjin;Jin, Xiang;Zhang, Li;Hu, Haibing;Xing, Yan
    • Journal of Power Electronics
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    • 제17권4호
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    • pp.849-859
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    • 2017
  • This paper illustrates the analysis and design of a multi-resonant converter applied to an electric vehicle (EV) charger. Thanks to the notch resonant characteristic, the multi-resonant converter achieve soft switching and operate with a narrowed switching frequency range even with a wide output voltage range. These advantages make it suitable for battery charging applications. With two more resonant elements, the design of the chosen converter is more complex than the conventional LLC resonant converter. However, there is not a distinct design outline for the multi-resonant converters in existing articles. According to the analysis in this paper, the normalized notch frequency $f_{r2n}$ and the second series resonant frequency $f_{r3n}$ are more sensitive to the notch capacitor ratio q than the notch inductor ratio k. Then resonant capacitors should be well-designed before the other resonant elements. The peak gain of the converter depends mainly on the magnetizing inductor ratio $L_n$ and the normalized load Q. And it requires a smaller $L_n$ and Q to provide a sufficient voltage gain $M_{max}$ at ($V_{o\_max}$, $P_{o\_max}$). However, the primary current increases with $(L_nQ)^{-1}$, and results in a low efficiency. Then a detailed design procedure for the multi-resonant converter has been provided. A 3.3kW prototype with an output voltage range of 50V to 500V dc and a peak efficiency of 97.3 % is built to verify the design and effectiveness of the converter.

Li2O Co-Sputtering을 통한 비정질 LLZO 고체전해질의 전기화학 특성 평가 (Evaluation of Electrochemical Properties of Amorphous LLZO Solid Electrolyte Through Li2O Co-Sputtering)

  • 박준섭;김종헌;김현석
    • 한국재료학회지
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    • 제31권11호
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    • pp.614-618
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    • 2021
  • As the size of market for electric vehicles and energy storage systems grows, the demand for lithium-ion batteries (LIBs) is increasing. Currently, commercial LIBs are fabricated with liquid electrolytes, which have some safety issues such as low chemical stability, which can cause ignition of fire. As a substitute for liquid electrolytes, solid electrolytes are now being extensively studied. However, solid electrolytes have disadvantages of low ionic conductivity and high resistance at interface between electrode and electrolyte. In this study, Li7La3Zr2O12 (LLZO), one of the best ion conducting materials among oxide based solid electrolytes, is fabricated through RF-sputtering and various electrochemical properties are analyzed. Moreover, the electrochemical properties of LLZO are found to significantly improve with co-sputtered Li2O. An all-solid thin film battery is fabricated by introducing a thin film solid electrolyte and an Li4Ti5O12 (LTO) cathode; resulting electrochemical properties are also analyzed. The LLZO/Li2O (60W) sample shows a very good performance in ionic conductivity of 7.3×10-8 S/cm, with improvement in c-rate and stable cycle performance.

리튬이온 전지용 분리막의 표면 개질 기술 및 연구 동향 (Surface Modification Technology and Research Trends of Separators for Lithium-Ion Batteries)

  • 하성민;김대섭;곽철환;이영석
    • 공업화학
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    • 제33권4호
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    • pp.343-351
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    • 2022
  • 리튬이온 전지(lithium-ion batteries, LIBs)는 높은 에너지 밀도, 느린 자가방전율, 고율 충전 능력 및 긴 배터리 수명 등의 좋은 성능으로 촉망받는 에너지 저장 장치로 꼽힌다. 그러나 고에너지 밀도의 전기자동차 및 대형 디바이스 산업에서 이러한 LIBs의 적용은 큰 안전 문제를 일으키고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 열적 안정성 및 내재적 안전성이 높은 재료를 개발하는 것이 LIBs의 안정성 및 전기화학적 성능을 향상시키는 궁극적인 해결방법이다. 본 총설에서는 상용 분리막의 안정성 문제 극복을 위한 분리막의 표면 개질 기술을 소개하였으며 이를 이용하여 개질된 리튬이온 전지용 분리막을 활용한 연구 동향을 요약, 정리하였다. 또한 이를 기반으로 표면 개질에 따른 분리막에 대한 향후 전망을 논의하였다.

낮은 일조량 구간에서 에너지 하베스팅 기술을 통한 발전량 향상 (Improvement of Power Generation through Energy Harvesting Technology in Low Sunlight Section)

  • 윤용호
    • 한국인터넷방송통신학회논문지
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    • 제22권3호
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    • pp.201-206
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    • 2022
  • 에너지 하베스팅(Harvesting)은 1954년 미국 벨 연구소가 태양광을 에너지로 바꾸는 태양전지 연구를 진행하면서 소개된 개념이다. 이러한 에너지 하베스팅 기술은 일상생활 속 버려지거나 미활용 되는 에너지를 모아 전력으로 재활용하는 기술로서 에너지를 효율적으로 활용할 수 있게 하는 친환경 에너지 방안 중 하나로서 다양한 에너지를 적용할 수 있다. 특별히 태양광발전시스템의 경우 맑은 날에 비해 흐린 날씨에 전력생산 Loss가 발생하는 형태로 인버터에서 발생하는 전력 소모를 줄이기 위해, 배터리를 이용하여 발생하는 전기를 저장함으로써 에너지 하베스팅을 적용할 수 있다. 따라서 본 논문에서는 일출, 일몰, 흐린 날씨 등의 낮은 일조량 구간에서 에너지 하베스팅 기술을 적용하여 인버터 동작 최저전압 이하 및 소멸하는 전력을 회수하여 발전량을 개선하고자 한다. 이에 따라 태양광발전 전력량에 따른 시스템 및 알고리즘 개발과 일몰, 일출, 그 밖에 환경에서 발전되는 저 전력을 이용한 시스템과 알고리즘 개발을 통해 연구내용을 증명하였다.

리튬이차전지의 과충전에 의한 열폭주 현상의 이해 (Understanding Thermal Runaway Phenomena in Overcharged Lithium-Ion Batteries)

  • 이민서;유지선;강경신;이재승;봉성율
    • 전기화학회지
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    • 제27권2호
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    • pp.55-72
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    • 2024
  • 이차전지는 우리 생활에 있어 지구온난화에 따른 화석연료의 대체원으로서 전기차 및 에너지저장장치(Energy storage system, ESS) 등 필수불가결한 신재생에너지원으로 활용하고 있다. 그러나, 과방전, 고속충방전, 단락 등 여러 원인에 따른 이차전지 내 열폭주 현상으로 인해 배터리 화재 및 폭발에 대한 사건사례들이 보고되고 있으며, 각각의 원인에 적합한 해결책을 찾기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 특히, 과충전 과정에서 원인으로 추정되는 사례들이 지속적으로 보고되고 있으므로, 본 총설에서는 과충전 과정에서 발생할 수 있는 이차전지의 화학적 반응들을 살펴보고, 이를 점검 및 예방하기 위한 위험조사방법에 대해서 이야기하고자 한다.

전해질 첨가제에 따른 graphite 음극의 SEI분석 및 전기 화학적 특성 고찰 (Characterization of SEI layer for Surface Modified Cathode of Lithium Secondary Battery Depending on Electrolyte Additives)

  • 이성진;차은희;임수아
    • 전기화학회지
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    • 제19권3호
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    • pp.69-79
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    • 2016
  • 높은 에너지 밀도를 지닌 리튬 이온 전지는 현재 리튬 이온 전지에 상용화된 음극 활물질인 천연 흑연의 보다 높은 율 별 특성과 안정한 장수 명 특성을 요구하고 있다. 천연 흑연계 음극 활물질을 이용하여 리튬 전지 음극을 제작하여, SEI 피막의 형성 및 제어의 대표적인 전해질 첨가제인 VC (vinylene carbonate), VEC (vinyl ethylene carbonate), FEC (fluoroethylene carbonate)등의 다양한 첨가제를 사용하여 초기 반응에 의해 생성되는 SEI 피막을 분석하고 이에 따른 전기 화학 특성 변화를 측정하기 위하여 SEM, EVS (electorochemical voltage spectroscopy), 피막 분석, EIS (electrochemical impedance spectroscopy), FT-IR (Fourier transform infrared spectroscopy)등을 측정하여, 고온 수명 평가, 용량 유지율 및 성능 평가를 실시하여, $0^{\circ}C$ 수명특성 이후의 음극에 대한 분석을 비교 및 분석 평가 하였다. 초기 충전 시 profile에서 SEI의 형성에 의한 변화를 나타냈으며, EVS를 통하여 No-Additive가 약 0.9 V에서 SEI의 형성이 이루어지지만, VC, VEC, FEC의 경우 1 V 이상에서 형성반응이 이루어졌다. $60^{\circ}C$ 수명특성평가에서 초기 효율은 No-Additive가 가장 높게 나타나며 용량 유지율이 높게 나타났으나, cycle이 진행 될수록 충전 시 용량과 효율이 감소하여 VC, FEC보다 용량 유지율이 낮아졌고, VEC는 효율 및 용량 유지율 모두 성능이 가장 낮게 나타났다. SEM을 통하여 SEI의 변화를 확인할 수 없었지만, FT-IR을 통하여 SEI의 성분이 cycle이 진행이 될수록 첨가제에 의해 $2850-2900cm^{-1}$영역의 Alkyl carbonate ($RCO_2Li$) 계열의 성분이 더욱 견고하게 유지되는 것을 확인하였으며, EIS를 통하여 cycle이 진행될수록 저항은 증가하는 것으로 나타났고, 특히 No-Additive 및 VEC의 SEI에 의한 저항이 매우 커졌다는 것을 알 수 있었다.

에너지전환 정책하에 전기차 수요자원의 경제적 가치 분석: 9차 전력수급계획 중심으로 (The Economics Value of Electric Vehicle Demand Resource under the Energy Transition Plan)

  • 전우영;조상민;조일현
    • 자원ㆍ환경경제연구
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    • 제30권2호
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    • pp.237-268
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    • 2021
  • 에너지전환 정책의 가속화로 변동성 재생에너지가 가파르게 증가하면서 계통수용비용이 빠르게 상승하고 있다. 변동성 재생에너지 증가는 기존 전통적 발전자원의 이용률을 하락시켜서 전력공급에 비효율성을 가중시키는데 이에 대한 해결책으로 수요자원이 주목받고 있다. 본 연구에서는 수요자원 중 큰 잠재력을 가지고 있는 전기차 수요가 재생발전에 대한 유연성 자원으로 활용될 경우 전력공급비용을 얼마나 경감시킬 수 있는지 9차 전력수급계획을 반영하여 분석하였다. 분석모형으로 재생발전의 확률적 특성을 사실적으로 반영할 수 있는 확률적 전력시스템 최적화 모형을 적용해서 재생에너지가 유발하는 비용과 전기차 수요자원의 편익을 분석하였다. 분석결과 계시별 요금제보다 가상발전소 기반의 직접제어방식이 편익이 더 높고, 발전구성에서 재생에너지의 비중이 높아질수록 편익이 더 높아지는 것으로 나타났다. 전기차 수요자원의 구현비용인 중개사업자 수수료와 배터리마모비용을 고려한 순편익 추정결과, 충방전이 가능한 가상발전소 방식의 경우 월평균 운행비용의 67~85% 수준으로 나타났다. 이러한 수요자원 순편익이 소비자에게 효과적으로 분배되는 요금체계가 적용될 경우 시장참여유인이 높을 것으로 추정된다.

수용가 형태에 따른 전지전력저장시스템의 경제성 평가 (Economic Assessment of the Battery Energy Storage System with Its Customer Type)

  • 손학식;최준호;김재철
    • 조명전기설비학회논문지
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    • 제16권2호
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    • pp.81-89
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    • 2002
  • 전지전력저장시스템은 부하 평준화, 순동 예비력 확보, 주파수·전압 조정, 신뢰도 향상 및 송변전 설비의 투자지연효과 등의 많은 장점을 가진다. 전지전력저장시스템의 보급을 확산하기 위해서는 수용가 입장에서 본 경제성 평가가 중요하다. 본 논문에서는 기존의 모델을 보완, 개선한 전지전력저장시스템의 경제성 평가 모델을 제안하였다. 제안된 경제성 평가 모델을 한국전력의 부하 조사로부터 얻어진 전형적 수용가인 경공업, 상업, 가정용 수용가에 적용하여 순현재가치, 수익률 등의 경제 척도를 통해 각 수용가의 경제성 타당성을 분석하였다. 이의 결과를 보면 전지전력저장시스템은 특정 수용가 형태(가정 수용가)에 유리하다는 것을 알 수 있었으며, 정부 및 에너지 에이전트는 이의 보급 확산을 위해 세금 혜택, 금융 지원 등의 프로그램을 실행하여야 할 것이다. 본 논문의 결과는 수용가의 투자 의사결정 및 정부 에너지 관련 부서의 정책에 도움이 될 것이다.

Counter anion effects in anion exchange membrane-fabricated non-aqueous vanadium redox flow battery

  • Son, Pyeong Soo;Oh, Min-Seok;Ye, Jun-Hee;Choi, Seong-Ho
    • 분석과학
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    • 제28권5호
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    • pp.341-346
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    • 2015
  • In order to understand the counter anionic effects in a non-aqueous vanadium redox flow battery (VRFB), we synthesized four types of electrolyte salts (1-ethyltriethamine tertafluoroborate, [E-TEDA]+[BF4], 1-ethyltriethamine hexafluorophosphate, [E-TEDA]+[PF6], 1-butyltriethylamine tertafluoroborate, [B-TEDA]+[BF4], and 1-buthyltriethamine hexafluorophosphate [B-TEDA]+[PF6]) by counter anion exchange reaction after the SN2 reaction. We confirmed the successful synthesis of the electrolyte salts [E-TEDA]+[Br] and [B-TEDA]+[Br] via 1H-NMR spectroscopy and GC-mass analysis before the counter anion exchange reaction. The electric potential of the vanadium acetylacetonate, V(acac)3, as an energy storage chemical was shown to be 2.2 V in the acetonitrile solvent with each of the [E-TEDA]+[BF4], [E-TEDA]+[PF6], [B-TEDA]+[BF4], and [B-TEDA]+[PF6] electrolyte salts. In a non-aqueous VRFB with a commercial Neosepta AFN membrane, the maximum voltages reached 1.0 V and 1.5 V under a fixed current value of 0.1 mA in acetonitrile with the [E-TEDA]+[BF4] and [E-TEDA]+[PF6] electrolyte salts, respectively. The maximum voltage was 0.8 V and 1.1 V under a fixed current value of 0.1 mA in acetonitrile with the [B-TEDA]+[BF4] and [B-TEDA]+[PF6] electrolyte salts, respectively. From these results, we concluded that in the non-aqueous VRFB more of the [PF6] counter anion than the [BF4] counter anion was transported onto the commercial Neosepta AFN anion exchange membrane.

등부표 전력 시스템 설계에 관한 연구 (A Study on the Design of Power System for Buoy)

  • 조관준;오진석
    • 한국항해항만학회지
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    • 제35권8호
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    • pp.631-636
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    • 2011
  • 등부표의 등명기에 안정적으로 전력을 공급하는 것은 매우 중요하며 전력공급이 안정적이지 못하면 해난 사고를 발생시킨다. 태양광 발전 환경은 해상에서 큰 차이가 있음에도 불구하고, 등부표의 태양광 발전 시스템은 육상의 독립 발전 시스템의 설계 기준에 따라 설계되고 있다. 또한 등부표가 갖는 구조적인 특성을 반영하지 않고 태양광 발전 설비의 용량을 설계하고 있다. 그러므로 해상 환경에 맞지 않는 잘못되 설계로 인하여 발전량이 부족하게 되어 축전지가 과방전하게 된다. 축전지가 과방전하면 등명기에 안정적인 전력을 공급하지 못한다. 본 논문은 태양광 기반의 등부표의 설계 기준을 나타내었다. 3개월 동안 등부표 전력 시스템의 태양광 발전 전력, 소비 전려, 축전지 전압을 측정하였다. 또한 수집한 자료를 바탕으로 해상 등부표 전력운용을 분석하였다. 분석 결과 육상 설계 기준의 태양광 발전 전력과 등부표의 실제태양과 발전 전력이 다르다는 것을 확인하였다. 분석 결과를 바탕으로 등부표의 전력 시스템 설계 기준을 제안한다.