바이모달트램용 리튬폴리머배터리(LPB)의 차량주행특성과 온도와의 관계에 대한 연구

초록

직렬형 하이브리드 차량에서 하이브리드모드로 차량을 운행하는 것은 엔진에 직결된 발전기와 배터리 상호간 적절한 출력분배를 요구한다. 가속시에는 순간 출력이 가능한 배터리로부터 전력이 주로 공급되고 발전기에 요구되는 출력이 엔진에 부담되지 않고 즉 엔진속도를 변화시키지 않는 반응시간(일정속도 또는 일정부하이상 도달시)에 발전기 출력이 증가하며 가속에 요구되는 전력량을 배터리 대신 담당하게 되면 배터리 출력은 발전기 출력의 순간 저하(순시토크증가)분만큼만 신속히 외부장치에 공급하므로 방전전류는 가속초기에 비해 상당히 줄어들게 된다. 타행 또는 차량이 정거장에 정차시에는 발전기로부터 발전된 출력이 외부 전기장치들에 전력을 공급하게 되고 잉여전력은 배터리로 충전된다. 차량의 감속시에는 차량내 견인전동기가 발전기로 작용하여 회생전력이 발생되고 배터리를 충전하게 되며 배터리의 과도충전을 막기 위해 회생전력의 일부를 저항측으로 흘려 전력을 소모하기도 한다. 이와 같은 차량의 가속, 타행, 감속, 정지등의 운행조건은 지속적으로 이루어지게 되며 이때 배터리의 전압과 전류는 운행조건에 따라 계속적으로 변화하는 양상을 나타내게 되므로 이러한 연속적인 운행조건하에서는 배터리 상태를 정확하게 추정하는 것은 어렵다. 배터리는 주변환경 및 운영조건에 따라 초기 용량이 시간이 지남에 따라 감소된다는 것은 기존 관련 논문 및 배터리제작사의 배터리 calendar life를 살펴보면 알 수 있다. 대부분의 배터리제작사에 제시하는 calendar life는 DOD(Depth Of Discharge) 80%를 기본으로 하고 있다. 그러나 하이브리드차량에서 사용되는 배터리의 DOD는 SOC(State of Charge) 50%~70%사이로 최대 20%이므로 DOD가 80%로 사용될 때 보다 가혹하지 않으므로 배터리 lifetime은 비약적으로 증가하게 될 것으로 예상되나 차량운행조건에 따라 운전패턴이 다양해 질 수 있어 배터리 lifetime을 정확하게 예측하는 것은 매우 어려우므로 유지보수에 대한 예측을 어렵게 한다. 본 논문에서는 차량의 실제사용환경에서 별도의 차량에 대한 조건을 만들지 않는 상황에서 배터리의 전압과 전류와의 관계를 이용하여 열화계수를 도출하고 기존 배터리에 대한 실험실에서 행해진 온도특성과 비교하여 도출된 열화계수의 효용성을 살펴보고자 한다.