인버터 방전부하형 직렬접속 다중 배터리의 특성 측정시스템 연구

Abstract

IMO 규정에 의해, Nox, Sox 배출량 규제 등의 환경문제가 대두되면서 전기추진선박이 늘어나고 있다. 전기추진선박의 추진용 유도전동기는 각각의 배터리가 직렬로 접속된 다중 배터리 모듈의 양 단자에 연결된 인버터로부터 생성된 교류 전압에 의해 구동된다. 따라서 전원으로 사용하고 있는 배터리의 수명이나 노화를 상시적으로 관리해야 할 필요가 있다. 선박이 운항 중일 때 배터리의 각 셀에 문제가 발생하면 공급전압이 급감하거나 배터리 전체가 단락되어 안전사고로 이어지기 때문에 배터리의 전압, 전류, 온도 등을 검출하여 안전한 범위로 관리해야 한다.

본 논문은 부하전류의 고조파 특성이 다른 2-3레벨 인버터로 구동되는 전동기를 배터리의 방전 부하로 접속하고, 사용하는 배터리 내부의 등가 저항과 리액턴스를 인버터의 레벨에 따라 측정하여 배터리의 노화를 추정하는 직렬접속 다중 배터리 특성 측정시스템의 개발에 관한 연구이다. 또한, 직렬로 접속된 배터리 셀마다 전기화학적 분광법(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)에 의한 임피던스 측정을 위하여 각 단위 셀을 회로의 구조적인 변경 없이 순차적으로 미소교류 전류를 주입할 수 있도록 접지 분리형 회로를 가진 EIS 다중 배터리 측정시스템을 구성하였다. EIS 임피던스 측정법은 다양한 주파수의 미소 교류 신호를 중첩한 직류전원을 배터리에 인가하여 주파수별 임피던스를 측정하는 방법이다. 1KHz∼50mHz 주파수 범위의 전원공급에 따라 그려지는 임피던스 도의 저항 성분을 참조하여 노화 정도를 추정할 수가 있다. 또한, 전류 고조파가 노화에 어떻게 영향을 주는지 확인하기 위하여 인버터에 의한 부하 방전을 시키면서 배터리의 임피던스 값을 검출하여 배터리의 노화 상태를 비교·분석한다.

|As a result of IMO regulations, environmental problems are emerging, and the

number of vessels driven by electric propulsion system are getting increased.

Induction motor for propulsion driven by AC voltage output from inverter that

connected in each battery module connected in series with each other. Therefore,

it is necessary to constantly manage the battery life or aging degree. If a

problem occurs in each cell of the battery while the ship is in operation, the

supply voltage may be reduced or the entire battery may be short-circuited to lead

to a safety accident. Therefore, the voltage, current, and temperature of the

battery should be detected and managed in a safe range. This paper is the

development of a multi-battery characteristics measurement system that estimates

the aging of the battery by measuring the equivalent resistance and reactance

inside the battery connected in 2-3 level inverter load with different

characteristics in harmonics. In addition, the EIS(Electrochemical Impedance

Spectroscopy) multi-battery measurement system circuit is configured for the

impedance measurement by the EIS method for each battery with grid-separated type

per cell. The EIS impedance measurement method is that of measuring a

frequency-dependent impedance by applying a direct-current power source which

superimposes micro AC signals of various frequencies on a DC power source to a

battery. The degree of aging can be estimated by referring to the resistance

component of the impedance diagram drawn according to the power supply in the

frequency range of 1 kHz to 50 mHz. In order to check how the current harmonics

affect the aging, we measure the impedance value by driving the inverter loads,

and compare and analyze the aging state each other.