배터리 관리 시스템 1 : 배터리 모델링

Gregory L. Plett 지음 | 김종훈 옮김

한빛아카데미 2024년 12월 05일 출간 국내도서 : 2024년 12월 05일 출간

작품소개

책소개

이 책은 배터리 관리 시스템(BMS) 전문가를 목표로 하는 전기 및 기계공학 전공자와 배터리 업계 실무자를 대상으로 한다. 배터리 분야의 세계적인 권위자인 그레고리 플렛(Gregory L. Plett) 교수의 저서를 국내 실정에 맞게 번역한 도서로, BMS 국내 1호 박사인 김종훈 교수의 전문 지식과 경험을 더해 완성했다. 이 책에서는 배터리 셀의 내외부 동작을 다양한 수학적 방정식과 모델을 통해 설명하며, 직관적인 그림과 체계적인 수식 전개를 통해 배터리 관리와 제어의 핵심 원리를 소개함으로써 BMS를 제대로 학습할 수 있게 했다

목차

CHAPTER 01 배터리 부트 캠프
1.1 서론
1.2 셀의 동작 방식
1.3 물질 선택
1.4 삽입 전극 셀
1.5 리튬 이온 셀의 개요
1.6 제조
1.7 고장 모드
1.8 결론 및 향후 방향

CHAPTER 02 등가회로 모델
2.1 개방회로 전압
2.2 충전 상태 의존성
2.3 등가 직렬 저항
2.4 확산 전압
2.5 대략적인 파라미터 값
2.6 와버그 임피던스
2.7 히스테리시스 전압
2.8 향상된 자가 교정 셀 모델
2.9 셀 데이터 수집을 위한 실험실 장비
2.10 OCV 관계를 확인하기 위한 실험실 테스트
2.11 동적 관계를 결정하기 위한 실험실 테스트
2.12 모델링 결과 예시
2.13 결론 및 향후 방향
2.14 MATLAB ESC 모델 툴 박스

CHAPTER 03 마이크로스케일 셀 모델
3.1 장 목표 : 마이크로스케일 모델 방정식 도출
3.2 전극 내부의 전하 보존
3.3 전극 내부의 질량 보존
3.4 열역학
3.5 물리화학
3.6 이원 전해질의 기본 특성
3.7 농축 용액 이론 : 전해질 질량 보존
3.8 농축 용액 이론 : 전해질 전하 보존
3.9 버틀러-볼머 방정식
3.10 모델 구현
3.11 셀 수준의 양(정보)
3.12 결론 및 향후 방향
3.13 OCP 소스
종합 용어집 : 핵심 용어 및 개념

CHAPTER 04 연속체 스케일 셀 모델
4.1 장 목표 : 연속체 스케일 셀 모델 방정식 도출
4.2 서론
4.3 체적-평균 정리 Ⅰ
4.4 체적-평균 정리 Ⅱ
4.5 체적-평균 정리 Ⅲ
4.6 전극 내부의 전하 보존
4.7 전극 내부의 질량 보존
4.8 전해질 내부의 질량 보존
4.9 전해질 내부의 전하 보존
4.10 전극과 전해질 상에서의 리튬 이동
4.11 의사 2차원 모델의 경계 조건
4.12 셀 수준의 양(정보)
4.13 모델 시뮬레이션
4.14 COMSOL 실행
4.15 결론 및 향후 방향
종합 용어집 : 핵심 용어 및 개념

CHAPTER 05 상태 공간 모델과 이산시간 구현 알고리즘
5.1 상태 공간 모델 소개
5.2 전극의 동적 상태를 설명하는 방정식
5.3 상태 공간 구현
5.4 이산시간 구현 알고리즘
5.5 이산시간 구현 알고리즘의 단계별 예제
5.6 고유 시스템 구현 알고리즘
5.7 결론 및 향후 방향
종합 용어집 : 핵심 용어 및 개념

CHAPTER 06 축소 차수 모델
6.1 j ^{pos} (z, t)의 1차원 모델
6.2 c_{s,e}^{neg} (z, t)의 1차원 모델
6.3 ∅_{s}^{neg} (z, t)의 1차원 모델
6.4 양극 변수 j^{pos} (z, t), c_{s,e}^{pos}(z, t), ∅_{s,e}^{pos}(z, t)
6.5 c_{e} (x , t)의 1차원 모델
6.6 ∅_{e}(x , t)의 1차원 모델
6.7 전달함수 요약
6.8 셀 전압 계산하기
6.9 주파수 응답 및 셀 임피던스
6.10 다중 출력 DRA
6.11 전체 셀 모델
6.12 시뮬레이션 예제
6.13 혼합 모델
6.14 결론 및 향후 방향
6.15 모달 솔루션 코드
종합 용어집 : 핵심 용어 및 개념

CHAPTER 07 열적 모델링
7.1 사전 정의
7.2 마이크로스케일 열 모델
7.3 연속체 스케일 열 모델
7. 파라미터 온도 변화
7.5 축소 차수 모델
7.6 그라디언트 전달함수
7.7 열발생 항
7.8 열유속 항
7.9 결합되지 않은 모형 결과
7.10 결합된 모델 결과
7.11 결론 및 향후 방향
종합 용어집 : 핵심 용어 및 개념

부록 슈퍼커패시터

출판사 서평

이 책은 배터리 관리 시스템을 설명하는 세 권의 시리즈 중 첫 번째 도서입니다. 이 시리즈의 목표는 백과사전처럼 단순히 모든 내용을 다루기보다 현재 최선인 실습 방법을 충분한 이론적 배경을 바탕으로 이해할 수 있도록 제공하는 것입니다. 1권에서는 배터리 셀의 내외부 동작 방식을 설명하는 다양한 수학적 방정식 또는 모델을 도출하는 데 집중하며, 저자의 원어(영어) 강의 및 강의교안, 실습용 소스 코드 등 학습을 위한 다양한 학습 보조 자료를 제공합니다.

작가정보

저자(글) Gregory L. Plett

미국 콜로라도 대학교 콜로라도 스프링스 캠퍼스(University of Colorado Colorado Springs, UCCS)의 전기 및 컴퓨터 공학 교수이다. 2001년부터 하이브리드 및 전기차와 같은 고용량 배터리 시스템의 관리 및 제어를 위한 제어 시스템 이론의 응용에 초점을 맞춘 연구를 진행했다. 현재 이상적인 리튬 이온 동역학의 물리 기반 축소 차수 모델링, 전류 - 전압 입출력 데이터만을 사용한 물리 기반 모델 파라미터의 시스템 식별, 전기화학 셀의 열화 메커니즘에 대한 물리 기반 축소 차수 모델링, 셀 내부 상태와 열화 상태 추정에 대한 연구 및 배터리의 충전 상태(SOC)와 성능 상태(SOH) 및 수명 상태(SOL) 추정, 수명 연장을 위한 전력 및 에너지 예측, 배터리 팩의 고속 충전 등을 연구하고 있다.

이론적이면서도 실험적인 성격의 연구를 위해 UCCS 고용량 배터리 연구 및 시험 연구소에 셀, 모듈, 배터리 팩을 테스트할 수 있는 장비를 갖추고 있으며, 실질적인 알고리즘 프로토타입을 개발하는 최첨단 연구가 가능한 맞춤형 배터리 관리 시스템 및 하드웨어 배터리 팩 시뮬레이터 프로젝트를 진행하고 있다. 또한 제어 시스템과 배터리 모델링 및 관리를 주제로 강의를 진행하고 있다. 캐나다 온타리오의 칼턴 대학교에서 컴퓨터 시스템 공학 학사 학위를, 미국 캘리포니아의 스탠포드 대학교에서 전기공학 석사 및 박사 학위를 받았다. 전기전자공학자협회(IEEE)의 시니어 회원이자 전기화학 학회의 종신 회원이다.

번역 김종훈

서울대학교에서 전기컴퓨터공학부 박사 학위를 받았다. 삼성SDI와 조선대학교를 거쳐 2016년부터 충남대학교 전기공학과에서 전기회로, 신호 처리, 배터리공학개론/특론 등을 강의하고 있다. 주로 효율적인 배터리 운용을 위한 배터리 관리 시스템(BMS)과 전력전자 관련 연구를 하고 있으며, 최근 BMS 최적화 및 고도화를 위한 다양한 연구를 활발히 진행하고 있다.