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전력기기실험 실험 9. 리튬이온 배터리 기본특성실험 예비보고서

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최초등록일 2025.08.12 최종저작일 2024.11
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전력기기실험 실험 9. 리튬이온 배터리 기본특성실험 예비보고서
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    소개

    "전력기기실험 실험 9. 리튬이온 배터리 기본특성실험 예비보고서"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. 실험명
    2. 실험 개요
    3. 이론 조사
    4. 예비보고서
    5. 실험기기
    6. 실험 순서

    본문내용

    1. 실험명
    실험 9. 리튬이온 배터리 기본특성실험

    2. 실험 개요
    최근 화석연료에 의한 지구 온난화의 주원인인 온실가스 배출 억제를 위해 태양광, 풍력, 연료전지 등의 신재생에너지가 각광받고 있다. 더욱이, 이러한 신재생에너지를 저장할 수 있는 에너지저장장치의 수요가 나날이 증가하고 있으며, 이에 대한 연구가 전 세계적으로 매우 활발하다. 특히, 철도용 트램(Tram), 전기자전거(E-bike), 에너지저장장치(Energy Storage System; ESS) 및 휴대용 IT 기기(노트북, 휴대폰) 등 소용량부터 대용량 어플리케이션에 광범위하게 적용되는 리튬계열 배터리의 성장이 두드러진다. 그러므로, 본 실험에서는 리튬이온 배터리의 기본용어를 학습하고 배터리의 기본특성을 충/방전 실험을 통해 확인해보도록 한다.
    (1) 리튬이온 배터리 내부 등가회로에 대한 파라미터 값을 추출해 보도록 한다.
    (2) 리튬이온 배터리를 방전을 통해 배터리의 OCV, SOC, C-rate 값을 계산해보도록 한다.

    참고자료

    · 광운대학교 전기공학과, 전기공학실험, 86-94p. 외
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    • 1. 리튬이온 배터리 기본 특성 및 구조
      리튬이온 배터리는 현대 전자기기의 핵심 에너지원으로서 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 제공합니다. 양극, 음극, 전해질, 분리막으로 구성된 구조는 리튬 이온의 이동을 통해 전기화학적 반응을 일으킵니다. 이러한 기본 특성을 이해하는 것은 배터리 성능 최적화와 안전성 확보에 필수적입니다. 특히 충방전 과정에서의 구조적 변화와 화학적 반응 메커니즘을 파악하면 배터리 열화를 예측하고 수명을 연장할 수 있습니다. 다양한 양극재와 음극재의 조합은 서로 다른 성능 특성을 제공하므로, 응용 분야에 맞는 최적의 배터리 선택이 중요합니다.
    • 2. CC-CV 충전법 및 방전 특성
      CC-CV(정전류-정전압) 충전법은 리튬이온 배터리의 표준 충전 방식으로, 배터리 수명과 안전성을 보장하는 효과적인 방법입니다. 초기 정전류 단계에서 빠른 충전을 가능하게 하고, 후기 정전압 단계에서 과충전을 방지합니다. 방전 특성은 방전율, 온도, 배터리 상태에 따라 달라지며, 이를 정확히 파악하는 것이 시스템 설계에 중요합니다. 방전 곡선의 형태는 배터리 내부 저항과 화학적 특성을 반영하므로, 방전 특성 분석을 통해 배터리 건강도를 평가할 수 있습니다. 충방전 프로토콜의 최적화는 배터리 성능 향상과 에너지 효율 증대에 직결됩니다.
    • 3. 배터리 상태 지표 및 보호회로
      배터리 상태 지표(SOC, SOH, SOP)는 배터리 관리 시스템의 핵심 요소로, 정확한 측정이 시스템 신뢰성을 결정합니다. SOC는 남은 용량을, SOH는 배터리 건강도를, SOP는 안전한 동작 범위를 나타냅니다. 보호회로는 과충전, 과방전, 과전류 등의 위험 상황을 방지하여 배터리와 사용자의 안전을 보장합니다. 정교한 보호회로 설계는 배터리 수명 연장과 안전성 향상에 필수적입니다. 다양한 추정 알고리즘과 센서 기술의 조합으로 더욱 정확한 상태 지표 측정이 가능해지고 있으며, 이는 배터리 관리 기술의 발전을 주도하고 있습니다.
    • 4. 실험 장비 및 측정 방법
      배터리 성능 평가를 위한 실험 장비와 측정 방법의 정확성은 연구 결과의 신뢰성을 좌우합니다. 배터리 테스터, 임피던스 분석기, 온도 제어 챔버 등의 장비는 다양한 조건에서 배터리 특성을 정밀하게 측정합니다. 표준화된 측정 프로토콜의 준수는 서로 다른 연구 결과의 비교 가능성을 높입니다. 전압, 전류, 온도, 임피던스 등 다중 파라미터의 동시 측정으로 배터리의 종합적인 특성 파악이 가능합니다. 고급 측정 기술의 도입으로 배터리 내부 상태를 더욱 정확히 진단할 수 있으며, 이는 배터리 기술 발전의 기초가 됩니다.
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