에너지저장장치 운용조건에 따른 리튬이온전지 모듈의 열적 거동 해석
Analysis of the thermal behaviors of a lithium-ion battery module under operating conditions of energy storage system
- 주제(키워드) 리튬이온배터리 , 모델링
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 신치범
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032678
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
에너지원의 간헐성을 보완하고 안정적으로 에너지를 저장 및 운반하기 위해 적절한 에너지저장시스템을 선택하는 것은 중요하다. 리튬이온전지는 높은 에너지 밀도와 긴 사이클 수명 등의 장점으로 에너지저장장치 시장에서 큰 인기를 얻고 있다. 하지만, 리튬이온전지는 정상 작동범위를 벗어날 경우 지속적인 열화로 용량, 출력에 손실이 발생하거나 최악의 경우 화재사고로 이어질 수 있다. 따라서 리튬이온전지의 안정적인 운용을 위해 실제 에너지저장장치의 작동 환경에서 리튬이온전지의 열적 거동을 해석하는 것은 필수적이다. 본 연구에서는 에너지저장장치의 운용조건에 따른 리튬이온전지의 열적 거동을 해석하기 위해 3차원 모델링을 수행하였다. 63Ah 셀의 전위 및 전류밀도 분포 모델링 결과를 이용하여 리튬이온전지 모듈의 열해석을 진행하였다. 해석 대상 모듈은 2개의 셀이 병렬로 연결되어 하나의 가닥을 이루고 14개의 가닥이 직렬로 연결되어 있다(2P14S). 모델링 결과를 검증하기 위해 15℃, 25℃, 35℃에서 방전 시험을 진행하였고, 각각의 시험 결과와 모델링 결과를 비교하여 모델링의 타당성을 검증하였다. 모델링 결과를 토대로 에너지저장장치용 리튬이온전지 모듈 내 최적의 온도 센서 위치를 제안하여 리튬이온전지의 안정적인 운용에 효과적으로 활용할 수 있도록 하였다.
more초록/요약
It is important to choose an appropriate energy storage systemto compensate for intermittent energy sources and to stably store and transport energy. Lithium-ion batteries have gained great popularity in the energy storage market due to their advantages such as high energy density and long cycle life. However, if the lithium-ion battery deviates from its normal operating range, continuous deterioration may cause a loss of capacity and output, or in the worst case, a fire. Therefore, for the stable operation of lithium-ion batteries, it is essential to interpret the thermal behavior of lithium-ion batteries in the operating conditions of actual energy storage devices. In this study, three-dimensional modeling was performed to analyze the thermal behavior of lithium-ion batteries according to the operating conditions of energy storage devices. Thermal analysis of the lithium-ion battery module is advanced by utilizing the potential and current density distribution modeling results of the 63Ah cell. In the module to be analyzed, two cells are connected in parallel to forma strand and 14 strands are connected in series (2P14S). To verify the modeling results, discharge tests were conducted at 15°C, 25°C, and 35°C. Based on the modeling results, we proposed the optimumtemperature sensor position in the lithium-ion battery module for energy storage devices, and made it possible to effectively utilize it for stable operation of the lithium-ion battery
more목차
1. 서론 1
1.1 에너지저장장치용 리튬이온전지 1
1.2 리튬이온전지의 열관리 5
1.3 연구목표 6
2. 수학적 모델 7
2.1 전기적 거동 모델 7
2.2 열적 거동 모델 13
3. 리튬이온전지의 시험 19
3.1 셀 방전 시험 19
3.2 모듈 방전 시험 32
4. 결과 41
4.1 셀 모델링 결과 41
4.2 모듈 모델링 결과 50
5. 결론 62
참고문헌 63
Abstract 65
