철도차량용 배터리팩의 신뢰성 향상을 위한 배터리셀 구성방안 연구 (Reliability-Ensuring Configuration for Battery-Packs of Railway Vehicles)

서지정보

· 발행기관 : 한국철도학회
· 수록지 정보 : 한국철도학회논문집 / 26권 / 1호 / 11 ~ 22페이지
· 저자명 : 조인호

초록

최근 철도차량 분야에서는 신재생에너지시스템 적용 및 추진시스템 효율화를 위한 방안으로 대용량 에너지저 장시스템을 적용하는 연구가 활발히 진행중에 있다. 이러한 에너지저장시스템은 일반적으로 높은 에너지밀도 특성을 가진 리튬배터리가 적용된다. 하지만 리튬배터리는 고장 발생 위험이 높아 철도차량 추진시스템의 동력으로 적용 시 차량 운행 안전성을 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다. 본 연구에서는 철도차량용 배터리팩의 신뢰성을 높이기 위한 방법으로 리튬배터리 셀의 이중화 회로 구성 방법을 제안하고 있다. 기존의 경우 배터리팩을 구성하는 직렬 배터리 셀의 고장 발생 시, 배터리 팩 또는 모듈 전체의 운영을 중지하고 교체하는 유지보수 과정이 필요했다. 반면, 제안하는 방법에서는 고장 셀의 연결을 분리하고 이중화 배터리셀이 고장 배터리셀의 자리를 대체함으로써 배터리팩의 지속적인 운행이 보장되는 특징이 있다. 본 논문에서는 제안하는 배터리셀 이중화 회로 구성 방법과 passive 셀 밸런싱 방식, active 셀 밸런싱 방식에 제안하는 회로를 적용하는 방법을 제안하고 있다. 또, PSIM 시뮬레이션 프로그램을 이용하여 제안하는 방법의 타당성을 검증하였다.

영어초록

Recently, in the field of railway vehicles, research is being actively conducted on the application of largecapacity energy storage systems as methods of applying renewable energy and improving efficiency of the propulsion system. Lithium batteries, having high energy density, are generally applied to such energy storage systems. However, lithium batteries have a high risk of failure and, when applied as power sources of railroad vehicle propulsion systems, may cause deterioration of vehicle operation safety. In this study, to increase the reliability of battery packs for railway vehicles, a method of configuring a redundant circuit of lithium battery cells is proposed. In the conventional case, in the event of a failure of the series of battery cells constituting the battery pack, a maintenance process has been required to stop using the entire battery pack and replace the defective battery module. On the other hand, in the proposed method, continuous operation of the battery pack is ensured by disconnecting the faulty cell and replacing it with a redundant battery cell. In this paper, the proposed redundant circuit configuration method and methods to apply to passive cell balancing circuits and active cell balancing circuits were proposed. In addition, the validity of the proposed method was verified using the PSIM simulation program.

참고자료

· 없음