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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김창완
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 건국대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수34
이 논문의 연구 히스토리 (6)
2020
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최근 환경규제로 인해 전기자동차가 많이 보급되고 있다. 전기자동차의 배터리는 주로 대형 LIB를 사용한다. 대형 LIB는 소형 LIB와 달리 큰 형상으로 인해 국부적인 셀 내부의 온도차이(temperature difference)가 크게 발생하여 셀의 수명이 감소하는 문제가 발생하여 이에 대한 해결이 필요하다.
본 연구는 45Ah LFP/graphite large-format pouch cell의 형상설계에 따른 셀의 온도분포를 분석하고 Tdiff를 최소화하기 위한 최적화를 수행한다. 대형 LIB 셀의 온도분포와 수명을 계산하기 위해 3D 열전기화학모델을 사용한다. 실험계획법을 통해 설계인자인 탭 type, 양극 탭과 음극 탭의 부착위치, 셀 종횡비가 셀 내부의 최대온도, 최소온도, 최대온도와 최소온도의 차이(Tdiff)에 미치는 영향을 분석하고 analysis of variance (ANOVA)로 설계인자의 중요도를 판별한다. 인자분석 결과 탭 type, 양극 탭과 음극 탭의 부착위치, 셀 종횡비 모두 유의미한 설계인자로 나타났다.
셀 내부의 Tdiff를 최소화하기 위하여 탭 type, 셀 종횡비와 양극/음극 탭 부착위치의 최적화를 수행한다. LIB 셀의 용량을 동일하게 유지하기위해서 제한조건으로 LIB 셀 면적이 일정하게 유지된다. 최적화 결과 CT type, 셀 종횡비 2, 양극 탭과 음극 탭이 셀 중앙에 위치하는 것으로 수렴했고 Tdiff가 initial design 대비 77.2% 감소했다. Tdiff가 감소한 결과 1000 cycle에서 용량감소가 initial design대비 7.3% 개선되었다. 본 연구를 통해 대형 LIB의 형상설계를 통해 온도분포를 개선하여 셀의 수명을 개선할 수 있음을 보였다.
본 연구는 45Ah LFP/graphite large-format pouch cell의 형상설계에 따른 셀의 온도분포를 분석하고 Tdiff를 최소화하기 위한 최적화를 수행한다. 대형 LIB 셀의 온도분포와 수명을 계산하기 위해 3D 열전기화학모델을 사용한다. 실험계획법을 통해 설계인자인 탭 type, 양극 탭과 음극 탭의 부착위치, 셀 종횡비가 셀 내부의 최대온도, 최소온도, 최대온도와 최소온도의 차이(Tdiff)에 미치는 영향을 분석하고 analysis of variance (ANOVA)로 설계인자의 중요도를 판별한다. 인자분석 결과 탭 type, 양극 탭과 음극 탭의 부착위치, 셀 종횡비 모두 유의미한 설계인자로 나타났다.
셀 내부의 Tdiff를 최소화하기 위하여 탭 type, 셀 종횡비와 양극/음극 탭 부착위치의 최적화를 수행한다. LIB 셀의 용량을 동일하게 유지하기위해서 제한조건으로 LIB 셀 면적이 일정하게 유지된다. 최적화 결과 CT type, 셀 종횡비 2, 양극 탭과 음극 탭이 셀 중앙에 위치하는 것으로 수렴했고 Tdiff가 initial design 대비 77.2% 감소했다. Tdiff가 감소한 결과 1000 cycle에서 용량감소가 initial design대비 7.3% 개선되었다. 본 연구를 통해 대형 LIB의 형상설계를 통해 온도분포를 개선하여 셀의 수명을 개선할 수 있음을 보였다.
목차
제1장 서론 1제1절 연구배경 1제2절 연구동향 및 연구 필요성 2제3절 연구목적 및 연구과정 4제2장 리튬이온배터리 열전기화학 연성해석 모델 5제1절 3D 열전기화학 연성해석 모델의 이론적 배경 5제2절 3D 열전기화학 연성해석 모델 검증 8제3장 리튬이온배터리 형상 설계인자 분석 10제1절 형상 설계인자 및 관심응답 정의 10제2절 실험계획법을 통한 설계인자 분석 13제3절 형상 설계인자에 따른 셀 내부 온도분포 변화 분석 161. 배터리 형상 설계인자가 온도분포에 영향을 미치는 원인 분석 162. 배터리 형상 설계인자의 최대온도에 대한 영향 분석 183. 배터리 형상 설계인자의 최소온도에 대한 영향 분석 204. 배터리 형상 설계인자의 셀 내부 온도차이에 대한 영향 분석 22제4절 형상 설계인자의 온도분포에 대한 유의성 분석 23제4장 LIB의 균일한 온도분포 목적 형상 최적설계 24제1절 리튬이온배터리 형상 최적설계 24제2절 리튬이온배터리 형상 최적설계 결과 분석 26제5장 결론 32참고문헌 33국문초록 36
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