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리튬 이온 배터리의 열폭주 시 열전파 과정 확인 (LR8450-01, SF4300)

요약

열전달 평가 시험

전기 자동차(EV)에 사용되는 리튬이온 배터리는 제조 시의 결함이나 충격으로 인한 손상으로 인해 내부 단락이 발생할 수 있습니다. 내부 단락이 발생한 배터리는 급속히 발열하여 배터리 열폭주를 유발할 우려가 있습니다. 한 개의 셀에서 발생한 열폭주는 인접한 셀로 연쇄적으로 전파되어 배터리 시스템 전체의 화재를 일으키는 원인이 됩니다. 이러한 사태를 미연에 방지하기 위해 각종 국제 규격이 제정되었으며, 설계 검증 및 인증 시험에서 열폭주에 의한 열전파 평가 시험이 요구되고 있습니다

본문에서는 배터리 열폭주 시의 열전파 과정을 파악하기 위한 열전파 평가 시험에 HIOKI의 데이터 로거를 활용하는 솔루션을 소개합니다.

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열전달 평가 시험이란

이 시험에서는 단일 셀에 가열이나 못 박기 등의 충격을 가해 셀의 열폭주를 유발합니다. 배터리의 이상 발열을 시뮬레이션함으로써, 열폭주 발생이 배터리 시스템에 미치는 영향을 확인합니다. 열 폭주가 발생하여 주변으로 전파될 때, 각 셀의 전압과 온도를 측정하여 열 전파 과정을 확인합니다. 일부 규격에서는 전압 및 온도 변화에 대한 정량적인 판정 기준을 설정하거나 측정값의 기록을 요구합니다.

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열전달 시험에 필요한 측정기

열전파 시험은 측정 대상인 배터리의 파괴 시험이므로, 비용적인 측면에서 여러 번 수행하기 어렵고, 단 한 번의 시험으로 필요한 데이터를 확실하게 확보할 수 있는 데이터 로거가 필요합니다. 또한 배터리의 발열, 발화 등 위험을 수반하는 시험이므로 시험자의 안전 확보가 요구됩니다. 이 시험에서는 다음과 같은 측정이 필요합니다.

・시험자의 안전을 확보하고자 한다

・각 셀의 온도와 전압, 열에 의한 패키지의 변형 상태를 동시에 관측하고자 한다

・열 폭주 시 BMS의 동작도 함께 평가하고자 한다

・배터리 셀의 전압 변동을 고속 샘플링으로 측정하고자 한다

HIOKI 데이터 로거를 사용하여 안전하고 확실한 시험을 수행할 수 있습니다

배터리 열전파 시험에서 전압 및 온도 데이터를 기록하려면 HIOKI의 데이터 로거 LR8450-01이 적합합니다. LR8450-01은 디스플레이가 장착된 본체와 측정 모듈로 구성된 데이터 로거입니다. LR8450-01은 멀리 떨어진 곳에 설치된 모듈에서 측정된 데이터를 무선으로 수신할 수 있습니다. 발화 등 위험이 따르는 시험을 안전한 장소에서 실시간으로 확인할 수 있습니다. 다양한 종류의 측정 모듈이 구비되어 있어 여러 가지 파라미터를 동시에 측정할 수 있습니다. 1대의 로거에 최대 4대의 유선 측정 모듈과 7대의 무선 측정 모듈을 동시에 연결할 수 있습니다. 따라서 LR8450-01은 최대 330채널까지 측정할 수 있으며, 모듈화된 각 셀의 데이터를 기록할 수 있습니다.

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배터리 열전파 시험에 LR8450-01을 추천하는 이유는 다음 두 가지입니다.


1. 무선 데이터 수집 및 경보 기능을 통해 안전하게 시험을 수행할 수 있다

무선으로 데이터를 수집할 수 있으므로, 로거 본체와 측정 모듈을 멀리 떨어뜨려 설치할 수 있습니다. 실험실에는 측정 모듈을 설치하고, 로거 본체는 떨어진 안전한 장소에 두어 데이터를 관측할 수 있습니다. 발화 등 위험이 따르는 시험도 안전한 장소에서 실시간으로 확인할 수 있습니다. 또한, 로거 본체에서 경보를 출력할 수 있습니다. 예를 들어 온도가 급격히 상승하면 경보를 출력하도록 설정해 두면, 시험 대상이 위험한 상태에 이르기 전에 시험을 중단할 수 있습니다. 

 

2. 다양한 측정 모듈을 조합하여 각종 파라미터를 다중 채널로 동시에 측정할 수 있습니다.

LR8450-01의 측정 모듈은 각종 파라미터 측정에 대응하는 풍부한 라인업을 갖추고 있습니다. 서로 다른 파라미터를 다중 채널로 동시에 측정하고 기록할 수 있습니다.app_LR8537_5_5

제품명 형명 열전달 시험에서의 역할 
무선 전압·온도 센서 LR8532 각 셀의 온도와 전압 변동을 관측할 수 있다
무선 고속 전압 장치 LR8533 1ms 샘플링으로 전압 변동을 고속 관측할 수 있다
무선 스트레인 유닛 LR8534 열에 의한 패키지의 변형 상태를 관측할 수 있다
무선 CAN 유닛 LR8535 BMS의 CAN 출력을 동시에 측정하면, 열 폭주 시 BMS의 동작도 평가할 수 있다
무선 서미스터 모듈 LR8537 배터리 팩에 탑재된 서미스터를 통해 직접 온도를 측정할 수 있다

 

영상과 온도 데이터를 동기화한 배터리 열 동작의 시각화 평가

GENNECT Space를 사용하면 배터리 온도 측정 외에도 카메라 영상이나 열화상 카메라를 통해 얻은 온도 분포를 측정 데이터와 동기화하여 기록할 수 있습니다. LR8450으로 수집된 측정 데이터는 1ms 간격으로 업데이트되어 PC에 저장되며, USB 연결 카메라의 영상과 동일한 시간축으로 통합됩니다.

이를 통해 배터리 팩 전체의 상태를 영상과 수치로 정확하게 파악할 수 있으며, 온도 상승이나 열 폭주의 징후·진행·결과를 일관된 증거로 남길 수 있습니다.

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요약

HIOKI의 데이터 로거 LR8450-01과 다양한 측정 모듈은 배터리 열전파 시험 평가를 안전하고 확실하게 수행하는 데 도움이 됩니다. 열전파 과정을 파악하고, 열전파 대책을 배터리 팩 개발에 반영하는 것이 중요합니다. 이 솔루션을 통해 각 셀의 온도 및 전압 변동을 관측하고, 열에 의한 패키지의 변형이나 BMS의 동작과 함께 종합적으로 평가할 수 있습니다.

자세한 제품 정보는 웹사이트를 참조해 주십시오.

특정 어플리케이션에 대한 시연이나 상담이 필요하시면 문의 양식을 통해 당사로 연락해 주십시오.