리튬이온전지의 환경온도를 고려한 충/방전 거동과 내구수명 모델링

Abstract

자동차용 전지의 성능은 운전자의 안전과 밀접하게 연결되어 있기 때문에 엄격한 성능 조건이 요구된다. 리튬이온전지는 높은 에너지 밀도, 고전압, 고출력 등 뛰어난 성능으로 인해 전기자동차의 전력 공급원으로 널리 사용되고 있으며, 차량 내부의 BMS(Battery Management System)을 통해 전지의 상태를 실시간으로 체크한다. 그러나 리튬이온전지의 성능 및 수명은 온도, SOC, 충‧방전 횟수 등의 다양한 물리적 및 화학적 작용으로 인해 열화된다. 따라서 전지의 성능 및 상태를 파악하고 최적화하기 위해서는 이러한 요소들을 고려한 성능 예측 모델의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 리튬이온전지의 환경온도에 따른 전기적 거동을 예측하고, 노화로 인한 내구수명 변화를 예측할 수 있는 수학적 모델을 사용하였다. 환경 온도 25℃ 에서의 전위 및 전류 밀도 분포에 사용되는 모델링 방법론을 다른 온도로 확장하기 위해 실험 데이터로부터 모델링에 필요한 파라미터를 얻었다. 또한 리튬이온전지의 충‧방전 횟수에 따른 전기적 거동 및 용량 변화를 확인하기 위해 모델링을 진행하였다. 특히, 기존의 내구수명 예측 모델에 BOL(Beginning of life)에서 일어나는 현상 중 하나인 Break-in 메커니즘을 반영하여 예측 정확도를 향상시켰다. 모델링 결과와 실제 실험 결과를 비교해 리튬이온전지의 전기적 거동 및 내구수명 예측 모델의 타당성을 검증하였다.