국내 연구진이 소량의 전류만을 사용해 높은 정밀도로 배터리의 상태를 진단하고 모니터링할 수 있는 기술을 개발했다.

KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 권경하 교수와 이상국 교수 연구팀이 전기차 대용량 배터리의 안정성과 성능 향상에 활용할 수 있는 전기화학 임피던스 분광법(EIS) 기술을 개발했다고 19일 밝혔다.

EIS 기술은 배터리의 임피던스 크기와 변화를 측정해 배터리 효율과 손실을 평가할 수 있는 강력한 도구로 배터리의 충전 상태(state-of-charge, SOC)와 건강 상태(state-of-health, SOH)를 평가하는 중요한 도구로 여겨진다. 또 배터리의 열적 특성과 화학적·물리적 변화, 수명 예측, 고장의 원인을 식별하는 데 활용 가능하다.

배터리 임피던스는 배터리 내부에서 전류 흐름에 저항하는 요소로, 이를 통해 배터리 의 성능과 상태를 평가할 수 있는 지표다.

그러나 기존 EIS 장비는 비용과 복잡성이 높아 설치·운영·유지 보수가 쉽지 않다. 또 검사과정에서 고장이나 화재 위험이 높아질 수 있어 활용이 어려웠다.

연구팀은 낮은 (10mA) 전류 교란으로 배터리의 임피던스를 정밀하게 측정할 수 있으며 측정 시 발생하는 열적 영향과 안전 문제를 최소화한 EIS 시스템을 개발하고 입증했다. 또 부피가 크고 비용이 많이 드는 구성요소를 최소화해 차량 내 탑재가 용이하도록 설계했다.

권경하 교수(교신저자)는 “이 시스템은 전기차용 배터리 관리 시스템 (BMS)에 쉽게 통합 가능하며, 기존의 고전류 EIS 방식 대비 비용과 복잡성을 현저히 낮추면서도 높은 측정 정밀도를 입증했다”면서 “전기차 뿐만 아니라 에너지저장시스템(ESS)의 배터리 진단과 성능 향상에도 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지 ‘IEEE Transactions on Industrial Electronics’에 지난 9월 5일 발표됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단의 기초연구사업, 산업통상자원부 한국산업기술기획평가원의 차세대지능형반도체기술개발사업 및 정보통신기획평가원의 인공지능반도체대학원사업의 지원을 받아 수행됐다.