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[숭실대학교] EIS 기술을 이용한 배터리 진단 및 모니터링

최고관리자　 0 Comments　 1 Views　 20-11-10 15:46　 기계

디지털 록인 앰프를 이용한 대용량 전기화학기기의 임피던스 측정 방법 및 측정 장치

보유기관 및 연구자 : 숭실대학교 / 최우진

상담신청 기술문의

TRL09
사업화
- 본격적인 양산 및 사업화 단계
TRL08
시작품 인증/
표준화
- 일부 시제품의 인증 및 인허가 취득 단계
  - 조선 기자재의 경우 선급기관 인증, 의약품의 경우 식약청의 품목 허가 등
TRL07
Pilot 단계 시작품
신뢰성 평가
- 시작품의 신뢰성 평가
- 실제 환경(수요기업)에서 성능 검증이 이루어지는 단계
TRL06
Pilot 단계 시작품
성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려한, 파일로트 규모의 시작품 제작 및 평가
- 시작품 성능평가
TRL05
시제품 제작/
성능평가
- 개발한 부품/시스템의 시작품(Prototype) 제작 및 성능 평가
- 경제성(생산성)을 고려하지 않고, 우수한 시작품을 1개~수개 미만으로 개발
TRL04
연구실 규모의
부품/시스템 성능평가
- 연구실 규모의 부품/시스템 성능 평가가 완료된 단계
- 실용화를 위한 핵심요소기술 확보
TRL03
연구실 규모의
성능 검증
- 연구실/실험실 규모의 환경에서 기본 성능이 검증될 수 있는 단계
- 개발하려는 시스템/부품의 기본 설계도면을 확보하는 단계
- 모델링/설계기술 확보
TRL02
실용 목적의 아이디어/
특허 등 개념 정립
- 실용 목적의 아이디어, 특허 등 개념 정립
TRL01
기초 이론/
실험
- 연구과제 탐색 및 기회 발굴 단계

기술개요: ○ 임피던스 분광법 방식
- 측정 대상의 임피던스 등가회로의 파라미터를 추출한 후 추출된 파라미터를 새 배터리의 파라미터와 비교하여 전기화학적기기의 화학반응 활성도 및 노화를 평가 가능함
- 배터리, 연료전지, 커패시터와 같은 전기화학적 에너지저장장치의 상태 진단 용도로 활용이 가능함

○ 하드웨어 대신 디지털 록인 앰프를 이용하여 측정
- DAQ보드에서 출력된 주파수별 디지털 전압 및 전류 값의 임피던스 스펙트럼을 계산하는 역할을 함
- 기존의 위상 감지기와 같은 하드웨어 대신 디지털 록인 앰프를 이용한 소프트웨어 사용

○ 경제적이고 실용적인 제품 구현 가능
- 하드웨어 대신 소프트 웨어를 이용한 방식으로 하드웨어의 크기 최소화, 제품 경량화, 시스템 단순화, 저가격화 실현이 가능함
- 소프트 웨어 형태 특징 상 다양한 전자 제품 및 시스템에 적용이 용이함

기존기술 대비 개선점: ○ 신호 측정 기술을 디지털 록인 앰프를 이용한 SW로 대체하여 측정 대상의 주파수별 임피던스 산출 방식
- 스펙트럼 측정을 위한 신호 발생기 및 위상 감지기 등 복잡한 하드웨어 장치를 대체하여 장치를 경량화 하며, 퓨리에 변환을 이용한 방식에 비해 계산량을 단순화함
- 등가회로를 이용한 커브피팅으로, 연속재생기능을 이용한 실시간 수동피팅 기능을 제공하여 나이퀴스트 평면의 퀘적에 미치는 영향을 쉽게 파악할 수 있음

○ 셀 단위에서 2개 이상 연결된 배터리 모듈 단위로 측정 가능
- 종래 배터리 진단은 셀 단위로 이뤄져 소모 시간과 비용이 크고, 모듈 혹은 팩 단위로 이뤄진 상용 제품에 적용 한계가 존재함
- 대용량 소자의 측정에 있어서 부스터나 전압분배회로를 사용하지 않고 직접 임피던스의 스펙트럼을 측정하기 때문에 대용량 배터리를 모듈 단위로 측정할 수 있음

○ 종래 배터리 진단 제품 대비 경제적이고 실용적인 제품 구현 가능
- 하드웨어 대신 소프트웨어를 이용한 방식으로 하드웨어의 크기 최소화, 제품 경량화, 시스템 단순화, 저가격화 실현 가능함
- 소프트웨어 형태 특징상 다양한 전자 제품 및 시스템에 적용이 용이함

전기화학적 임피던스 분광법 방식

시장동향: - 배터리 진단 및 모니터링 기술 개발, 저가형 전기화학전 임피던스 분광 시스템 장치 개발 등 여러 분야에서 개발이 이루어 지고 있으며, 기존 장비에 비해 저렴한 가격으로 제품 개발이 이루어져 지속적으로 발전할 전망
- 미래형 연료전지 및 전기자동차, 전력변환기, 신재생 에너지를 이용하는 분산 전원과 계통연계 등 배터리 관리 시스템의 전반적인 분야에 활용 가능