배터리 수명 예측/추정 및 열화 방지/최소화, 성능 개선 관련 조사

[주요 키워드]

• 리튬 이온(Li-ion), 리튬인산철(LFP), 니카드(NiCd)
• 배터리 수명 예측/추정, 성능 평가
• 충전 및 방전, 전류, PWM, 주파수, 듀티비, 평균 전류, 피크 전류

 

[주요 질의 내용]

• Li-ion, NiCd, LFP 등 다양한 이차전지가 있습니다. 이러한 전지들의 수명과 관련된 데이터를 조사하여 설명하시오
• 다양한 종류의 이차전지에 대해 충전 특성 및 방전 특성을 나타내는 특성 그래프를 조사하여 설명하시오.
• 다양한 종류의 이차전지에 대해 충전 특성 및 방전 특성을 나타내는 특성 그래프를 조사하여 설명하시오. 그래프를 조사할 때 해외 사이트의 데이터를 중심으로 조사하시오.
• 다양한 이차전지의 배터리 수명 추정 또는 예측 방법에 대해 조사하여 설명하시오.
• 다양한 이차전지에 대해 해외에서 주로 사용하는 배터리 수명 예측 또는 추정 방법을 조사하여 설명하시오.
• 이차전지의 배터리 수명 예측 추정과 관련하여 국내 전문가와 해외 전문가를 조사하여 설명하고 그들이 사용하는 추정 기법에 대해 설명하시오.
• 상기 설명 중 NASA/UL 등 대규모 공개 DB가 있다고 했는데, 이 DB에 대해 자세히 설명하고 활용 방법에 대해서도 설명하시오.
• NASA와 UL의 이차전지 데이터베이스의 데이터 내용과 데이터 확보를 위해 수행했던 실험 방법 등에 대해 설명하시오.
• NASA와 UL의 데이터는 충전 또는 방전 시에 지속적으로 충전/방전했나요? 단속적으로 충전/방전했나요? 즉, 일정시간(몇 초 또는 몇 분) 충전/방전하다가 잠시(몇 초 또는 몇 분) 중단했다가 다시 충전/방전하는 실험을 반복했나요?
• NASA와 UL의 데이터에서 지속적 충방전 데이터와 단속적 충방전 데이터는 어떻게 구분돼 있나요?
• 이차전지의 수명예측과 성능평가 이 두가지는 어떻게 구분하는 것이 적당한가요? 국제적인 기준이 있다면 국제 기준을 중심으로 설명하고 국제 기준이 없다면 해외 사례를 조사하여 몇 가지 방법에 대해 설명하시오.
• 리튬이온 이차전지를 이용하여 충전 및 방전(100%) 테스트를 하는 경우, 부하가 정전류일 때와 LED조명용 드라이버일 때 이차전지에 수명이나 성능에 미치는 영향에 어떤 차이가 있는지 조사하여 설명하시오.
• 다음 내용에 대해 국내 및 해외 연구 사례를 조사하여 구체적으로 설명하시오 ### 정전류 부하에 비해 LED 드라이버의 변동 부하는 전극 구조에 가해지는 스트레스를 분산시켜 수명을 연장시키지만
• 다음 내용이 어떻게 가능한지 논리적이며 기술적인 측면에서 조사하여 설명하시오 ### 10% 듀티 사이클: 전해질 재분포 시간 확보 → 전압 회복 0.05V 향상
• 10% 듀티 사이클이 적용돼도 배터리 방전이 여전히 지속되는 게 일반적인 현상입니다. 어떻게 휴지구간이 생기는지를 조사하여 설명하시오. 그리고 휴지 구간의 시간이 어느 정도가 돼야 적당한지 최소 시간과 최대시간을 조사하여 설명하시오.
• 90% 듀티사이클인 경우에는 정전류 방식의 부하와 성능 차이가 없는지도 조사하여 설명하시오.
• PWM 신호에서 10%의 휴지기간은 수십 마이크로초 단위로 매우 짧습니다. 이런 경우에도 휴지 기간으로 인해 회복 현상이 발생하는지 조사하여 설명하시오.
• 듀티비가 작다는 것은 소비 전류가 작다는 것입니다. 이는 당연히 수명 연장이 도움이 되는 방법입니다. 동일한 소비전류를 가지는 조건 하에서 정전류 방전과 LED 드라이버 방전의 장점과 단점, 수명 및 성능 차이 등에 대해 조사하여 설명하시오.
• 상기 설명에서 다음 내용은 상당한 단점이 될 것으로 생각됩니다. 손상의 효과가 배터리의 특성에 어떤 영향을 미치는지와 손상을 최소화하기 위한 방법을 조사하여 설명하시오 ### - 피크 전류로 인한 국소적 손상 위험
• 배터리의 방전 전류를 PWM 주기로 끊는 것과 PWM 주기로 1/10로 줄이는 것은 배터리 성능이나 특성에 어떤 차이가 있는지 조사하여 설명하시오.
• 방전전류가 1/10C에서 차츰 증가하여 2C까지 배터리의 방전테스트를 수행하는 경우, 각각의 방전전류에 대해 덴트라이트 성장 가능성이 어떻게 되는지 각 구간별로 구분하여 설명하시오.
• 방전전류 피크치가 2C를 초과하지 않는다면 단속적인 방전전류 차단이 좋나요? 단속적인 방전전류 감소가 좋나요?
• SEI층이 두꺼워지는 경우에 나타나는 배터리의 특성 및 성능 변화는 어떤 것들이 있나요? 그리고 어느 정도 두꺼워져야 위험성이 생기나요?
• SEI층과 내부 저항이 충전 특성과 방전 특성, 수명, 안전성에 어떤 상관관계가 있는지 조사하여 설명하시오.
• 전해질 저항, SEI층 저항, 전하 이동 저항, 확산 저항 각각은 내부 저항에 어떤 영향을 어느 정도 미치는지를 조사하여 설명하시오. 그리고 제조 시 생성되는 저항과 사용 시 생성되는 저항을 구분하여 설명하고 각각의 메커니즘도 설명하시오.;
• 내부저항의 각 요소가 제조 시점과 특정 조건에서 특정 시간 사용 시 각각 어느 정도 영향을 미치는지를 조건과 시간을 구분하여 설명하시오.
• NiCd 이차전지를 이용하여 충전 및 방전(100%) 테스트를 하는 경우, 부하가 정전류일 때와 LED조명용 드라이버일 때 이차전지에 수명이나 성능에 미치는 영향에 어떤 차이가 있는지 조사하여 설명하시오.
• 리튬이온 이차전지와 NiCd 이차전지 각각에 대해 1kHz 50% 듀티의 PWM 신호가 충전 및 방전 시에 적용될 경우 각 이차전지의 성능 및 특성, 수명에 어떤 영향을 어떻게 미치는지를 조사하여 설명하시오.
• 리튬이온 이차전지와 NiCd 이차전지 각각에 대해 1kHz 50% 듀티의 PWM 신호가 충전 및 방전 시에 적용될 경우 각 이차전지의 성능 및 특성, 수명에 어떤 영향을 어떻게 미치는지를 조사하여 설명하시오.(2)
• 다음 설명에서 50% 사용과 100% 충전 상태 유도가 어떤 관계가 있나요? 서로 관계없는 내용인 듯 합니다 ### 완전 충전 주기 유도: PWM은 부분 충전을 방지하여 완전 충전-방전 사이클을 촉진합니다. 예를 들어, NiCd 배터리를 50%만 사용하고 충전하는 습관이 반복되면 메모리 효과가 발생하지만, PWM은 배터리를 항상 100% 충전 상태로 유도해 이러한 문제를 줄입니다.
• 1kHz 주파수의 PWM 듀티가 10%라면 ON 상태의 시간은 얼마인가요?
• 이차전지의 충전 및 방전과정 중에 배터리 전류를 PWM을 이용하여 단속적으로 차단하는 것이 배터리 수명에 도움이 된다고 알려져 있습니다. 피크 전류를 1C로 고정하고 평균 전류를 0.5C로 고정한다면 PWM 주파수와 듀티비는 이차전지의 수명과 특성에 어떤 영향을 미치는지 설명하시오. 영향 메커니즘도 설명하시오.
• NASA와 UL의 이차전지 데이터에 PWM 주파수 또는 듀티비 관련 정보가 포함돼 있나요?
• 배터리 충전 시 PWM 듀티비를 줄이고 피크 전류를 높이는 경우와 PWM 듀티비를 높이고 피크 전류를 낮추는 경우 두 경우에 배터리 수명과 성능에 어떻게 영향을 미치는지 조사하여 설명하시오.
• 그리고 듀티비를 높이는 것이 어떤 경우에 좋은 영향을 주고 또 어떤 경우에 나쁜 영향을 주는지 설명하시오.
• 평균 전류가 동일하다는 조건하에서 PWM 주파수 2kHz에서 100% 듀티비와 70% 듀티비 중 어느 경우가 수명과 성능에 얼마만큼 더 좋은 영향을 주는지 조사하여 설명하시오.
• 음극 흑연 층의 리튬 이온 재분배가 수십 마이크로초의 시간 내에 가능한가요?