[한국기술뉴스] 울산대학교 전기전자공학전공 최성진교수 연구팀은 배터리 팩에 통합되어 실시간으로 측정하는 배터리 셀 임피던스 측정 장치를 개발했다. 개발된 기술은 울산대학교 산학협력단을 통해 2021년 08월 17일 특허를 출원(출원번호 제1020210108273호)했다. 특허 명칭은 '배터리 셀의 임피던스를 실시간으로 측정하기 위한 장치 및 방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

전기 자동차 및 에너지 저장시스템에서는, 높은 전압과 전류를 제공하기 위해 다수의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬 연결하여 배터리 팩을 제조하고 있습니다. 배터리 팩을 패킹하기 위해 유사한 성능을 가지는 배터리 셀들을 선별하여 결합합니다. 그러나 모든 배터리 셀들의 성능을 일치시키는 것은 불가능하고, 개별 배터리 셀의 편차에 따라  과충전 또는 과방전 문제가 발생할 수 있습니다. 따라서 배터리 팩을 효율적으로 관리하기 위해, 배터리의 임피던스 변화를 측정하여 배터리의 상태를 평가하고 있습니다. 

하지만, 현재까지 알려진 배터리 임피던스의 실시간 측정 방법들은 주로 배터리 팩 단위에서만 측정을 지원하기 때문에 배터리 셀들의 임피던스를 개별적으로 측정할 수 없다는 문제점이 있습니다.

울산대학교 최성진 교수 연구팀은 배터리 셀들의 임피던스를 개별적이면서도 실시간으로 측정할 수 있는 방법을 발명했습니다.

배터리 셀의 임피던스 측정장치는 다수의 배터리 셀들의 상태를 균일하게 밸런싱 하기 위한 임피던스 측정 회로를 내장하고 있는 밸런싱 회로와 배터리 관리 시스템으로 구성되어 있습니다. 동작은 두가지 모드로 구성됩니다. 먼저 셀 밸런싱 모드에서는, 밸런싱 회로의 스위치-매트릭스 동작에 의해 하나의 부동(Floating) 캐패시터가 여러 셀들간을 매개하면서, 충전량이 많은 캐패시터로부터 충전량이 적은 캐패시터로 전하를 이동시킵니다.

한편, 임피던스 측정모드에서는 이러한 부동 캐패시터를 주기적으로 방전시키고,  실시간으로 배터리 셀의 임피던스를 측정합니다. 이렇게 얻어진 임피던스 정보는 배터리 관리 시스템으로 보내져서, 배터리 셀의 수명정보를 업데이트하고 배터리 충전 최적화와 셀 밸런싱 회로제어에 유용하게 사용하게 됩니다.

본 발명의 임피던스 측정 장치는 배터리 팩에 통합되어 셀 밸런싱 회로에 간단한 회로만이 추가되는 구조로, 저비용으로 구현이 가능합니다. 또한 전력손실이 적으므로 효율이 높으며, 측정 정확도가 높습니다.

배터리 수명과 상태를 셀 단위로 정확하게 측정하여 개인 맞춤형 배터리 진단 서비스를 구축하고, 전기차 및 에너지 저장시스템의 생태계 확장에도 기여할 것으로 기대됩니다.