리튬이온 배터리 고온 열화에 의한 Weibull distribution 기반 배터리 수명 MTTF 분석 연구
저자
박성윤(Seongyun Park) ; 김종훈(Jonghoon Kim) ; 허건의(Konyi Heo) ; 유기수(Kisoo Yoo)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
KDC
550
자료형태
학술저널
발행기관 URL
수록면
19-19(1쪽)
제공처
온실가스로 인한 지구 온난화 방지를 위하여 한국 등 여러 나라에서는 온실 가스 배출 저감을 목표로 재생에너지 3020 과 탄소 중립화(Net-zero) 정책을 시행하고 있다. 탄소 배출 저감을 위해 태양광 및 풍력 등 신재생 에너지 기반의 발전원을 지향하고 있으며, 운송수단에서는 내연기관을 대체하기 위해 전기적인 에너지저장시스템의 사용이 활발해지고 있다. 그 중에서도 높은 출력 밀도, 에너지 밀도 및 장수명 특성을 갖는 리튬이온 배터리 기반의 에너지저장장치가 다양한 산업에 사용되고 있다. 하지만, 배터리의 제조불량, 사용 환경 등 다양한 원인으로 배터리의 고장이 발생할 수 있으며, 전원 공급의 불안전성 및 화재, 폭발을 유발할 수 있다. 배터리의 고장은 배터리 용량의 급격한 저하, 출력 특성 저하 등을 통해 분석되고 있으며, 일반적으로 배터리 정격 사양보다 80% 감소된 경우를 수명 종료 시점, 즉 고장 시점으로 분석하고 있다. 배터리의 고장 시점을 분석하기 위해 신뢰성 평가 방법들이 연구되어 왔으나 사이클 기반의 데이터를 통한 연구가 주를 이루고 있다. [1, 2] 하지만 실제 어플리케이션에서는 잦은 부하 변동으로 인해 일정한 사이클을 정의하기에 어려움이 있어 운용 중인 에너지저장장치의 수명을 평가하기에 적절하지 않다. 따라서, 본 논문에서는 리튬이온 배터리의 수명 신뢰성 평가를 위해서 실제 어플리케이션에 정의하기 어려운 사이클을 대신하여 운용 중 추출할 수 있는 배터리 특성 데이터와 용량정보를 이용하여 고장 확률 함수를 도출하였으며, 리튬이온 배터리는 고장 발생 시 수리가 불가능한 제품이기 때문에 배터리의 신뢰성을 평가하기 위해서 Mean time to failure(MTTF, 평균 고장 시간) 기반 분석을 수행하여 고온 노출에 의한 리튬이온 배터리의 신뢰성 평가를 방법을 제안하였다.
더보기In order to reduce greenhouse gases, various countries such as Korea are implementing various carbon reduction policies such as Net-zero and Renewable energy 3020. It is aiming for power generation sources based on renewable energy such as solar and wind power, and the use of electric energy storage systems to replace internal combustion engines in transportation is becoming more active for reduction of carbon emission. However, failure of the battery may occur due to various conditions such as manufacturing defect of the battery and the operating environment, and the failure may cause unsafety of power supply, fire and explosion. The failure is analyzed through a sudden decrease in battery capacity, and generally, a case of 80% from the battery rated capacity which is analyzed as the end of life. Reliability evaluation methods have been studied to analyzed the time of failure of the battery, but researches have been performed through cycle-based data. In this paper, in order to evaluate the life reliability of a lithium-ion battery, a failure probability function was proposed using battery characteristic feature that can be extracted during operation instead of a cycle and capacity. Since lithium-ion batteries cannot be repaired in the event of a failure, we suggest a method evaluate the reliability of lithium-ion batteries by exposure to high temperatures by performing mean time to failure (MTTF) based analysis to evaluate the reliability of the battery.
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