냉각 팬을 적용한 리튬이온 배터리의 온도특성에 관한 연구

Abstract

Many problems have occurred in environmental pollution such as resource depletion, fine dust and global warming in various countries around the world, and development of renewable energy is being actively promoted as a measure to solve this problem. In order to provide high quality electric power based on renewable energy, smart grid which intelligent electricity network utilizing electricity and information communication technology is applied. The energy storage device (ESS Energy Storage System) which is one of the core of smart grid) is expanding the necessity for stable supply of renewable energy sources, peak power reduction and frequency adjustment. Among the energy storage systems (ESS), lithium ion batteries account for the majority, and when facilities are constructed, they can develop semipermanently and have advantages of high energy density, but depending on external conditions and environment The lifetime is remarkably lowered. Also, there is a potential danger that fire and thermal runaway can occur as the temperature rises. In order to solve these problems, it is necessary to maintain a static temperature, and it is inevitable to use it in various temperature ranges depending on the season, the geographical environmental condition, etc. Therefore, research on deterioration by temperature is necessary. In this thesis, we fabricated the lithium-ion battery TRAY, compared the temperature before and after applying FAN to cool the module, and presented an efficient cooling method according to the position of FAN|세계 각국의 자원 고갈 및 미세먼지, 지구온난화와 같은 환경오염으로 많은 문제들이 발생 되고 있으며, 이를 해결하는 방안으로 신재생 에너지의 개발이 활발히 진행 되고 있다. 신재생 에너지란 기존의 화석연료를 재활용하거나, 재생 가능한 에너지를 변환 하는 에너지이며, 태양광, 지열, 해양, 풍력 발전, 바이오 등이 있다. 신재생에너지 확산을 위해 “에너지 미래 전략위원회 출범식“을 개최하여 2020년까지 신재생 에너지에 30조원을 투자하여 기업뿐만 아니라 민간도 참여 할 수 있도록 마련되고 있다. 또한 2016년 기준 7%인 신재생 에너지 발전량을 2022년에는 10.5% 2030년에는 20% 수준으로 높이는 계획이 추진되고 있다.[1] 신재생에너지를 바탕으로 고품질의 전력 제공을 위해 전기 및 정보 통신 기술을 이용한 전력망을 지능화한 스마트 그리드 시스템이 적용 되고 있다. 스마트 그리드의 핵심 중 하나인 에너지 저장 장치(ESS, energy storage system)는 신재생 에너지원의 안정적 전력 공급 및 피크 전력 저감, 주파수 조정을 위해 필요성이 확대 되고 있다. 에너지 저장 장치는 저장 방식에 따라 물리적(비 배터리식), 화학적(배터리식) 에너지로 구분된다. 물리적 에너지 저장 방법은 양수 발전, 압축 공기 저장, 플라이휠저장 시스템 등이 있으며, 평균 수명 및 에너지 효율이 높고 안정적이지만, 발전 설비 구축을 위해서는 초기 비용이 높고, 에너지 밀도가 낮으며, 지리적 제약의 문제점 등이 있다. 반면에 화학적 에너지 저장 방법은 현재 널리 적용되고 있는 리튬이온 전지와 더불어 나트륨 유황 전지, 슈퍼커패시터 전지 등이 있으며 물리적 에너지에 비해 시스템 구축 기간이 짧고 설비가 구축되면 반영구적으로 발전 가능 하고, 에너지 밀도가 높은 장점이 있다. 하지만 외부 조건 및 환경에 따라 수명이 현저히 떨어지고 온도가 상승 하면 화재 및 열 폭주가 발생 할 수 있는 잠재적 위험성이 있다. 따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 정적 온도를 유지 하여야 하며, 계절적 및 지리적 환경조건 등으로 인하여 다양한 온도범위에서의 사용이 불가피하므로 온도에 따른 열화 연구가 필요하다.[2] 본 논문에서는 리튬이온 배터리 1랙(rack)를 제작 하여 모듈의 냉각을 위해 팬(fan)를 적용하여 전후의 온도를 비교 분석하였고, 팬의 위치에 따른 효율적인 냉각 방식을 제시 하고자 한다.