KAIST “소량 전류로도 배터리 정밀진단…안정·효율성↑”

소량의 전류로 배터리를 정밀 진단할 수 있는 기술이 개발됐다. 이 기술은 전기차 배터리의 장기적 안정성과 효율성을 높이는 역할을 할 것으로 기대된다.

KAIST는 전기및전자공학부 권경하 교수와 이상국 교수 공동연구팀이 전기차 대용량 배터리의 안정성과 성능 향상에 활용할 수 있는 전기화학 임피던스 분광법(이하 EIS) 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

전기차 배터리 임피던스 측정을 통한 상태 진단 및 사고 방지 흐름도. KAIST 제공

EIS 기술은 배터리의 임피던스(배터리 내부에서 전류 흐름에 저항하는 요소) 크기와 변화를 측정해 배터리 효율과 손실을 평가할 수 있는 도구다. 배터리의 열적 특성과 화학·물리적 변화, 수명 예측, 고장의 원인 식별을 가능케 한다.

단 기존 EIS 장비는 감도 및 정밀도 제약으로 수 암페어(A)의 전류 교란을 배터리에 인가하는 과정에서 전기적 스트레스로 고장 또는 화재 위험을 증가시켜 활용하는 데 어려움이 따랐다.

공동연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 소전류 EIS 시스템을 개발했다. 이 시스템은 낮은(10mA) 전류 교란으로 배터리의 임피던스를 정밀하게 측정할 수 있고, 측정 시 발생하는 열적 영향 및 안전 문제를 최소화한다.

부피가 크고 비용이 많이 드는 구성 요소를 최소화해 차량 내 탑재가 용이하게 설계된 점도 강점이다.

공동연구팀은 소전류 EIS 시스템이 전기차 배터리의 다양한 온도 및 배터리 잔존 용량을 나타내는 SOC 레벨에서 배터리의 전기화학적 특성을 효과적으로 파악하는 기능도 입증했다.

(왼쪽부터) 이영남 박사과정, 이상국 교수, 권경하 교수. KAIST 제공

권 교수는 "소전류 EIS 시스템은 전기차 배터리 관리 시스템(BMS)에 쉽게 통합할 수 있고, 기존의 고전류 EIS 방식보다 비용과 복잡성을 현저히 낮춰 높은 측정 정밀도를 입증했다?며 "향후 전기차는 물론 에너지저장시스템(ESS)의 배터리 진단과 성능 향상에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다?고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 기초연구사업, 한국산업기술기획평가원 차세대 지능형반도체기술개발사업 및 정보통신기획평가원 인공지능반도체대학원사업의 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 지난달 5일 국제 저명 학술지 ‘IEEE Transactions on Industrial Electronics’에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr