○ 강 연 일 : 2019년 6월 21일(금)
○ 강 연 자 : 김 종 훈교수(충남대학교 전기공학과 에너지저장변환연구실(ESCL)
그림 1. 리튬이차전지의 응용분야
○ 연구배경
화석연료 사용에 따른 환경오염이 전 세계적으로 심각한 문제로 대두되고 있으며 이를 해결하기 위한 방안으로 전기에너지가 크게 각광받고 있다. 특히, 전기에너지를 동력으로 사용하는 하이브리드, 연료전지, 전기자동차의 연구 및 태양광, 풍력, 연료전지 발전기와 같은 분산전원의 시스템 분야에서 배터리 최적 활용에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다. 배터리의 시작은 방전만 가능한 일차전지(1차) 였으나, 최근엔 방전과 충전이 모두 가능한 이차전지(2차)(Rechargeable Battery)를 사용하고 있다. 이러한 이차전지는 전지 내부구성물질 및 이의 화학반응식 차이에 따라 다양한데, 니켈카드뮴(NiCd), 니켈메탈하이브리드(NiMh) 및 납축전지(Lead-acid)가 초창기 사용되었으나 최근엔 배터리의 충전/방전 성능 및 효율이 개선된 리튬전지(Lithium) 사용이 활발하다. 하지만, 리튬전지가 우리 생활에 편리함을 제공함과는 반대로 전기자동차(Electric vehicle; EV)나 에너지저장시스템(Energy storage system; ESS)내 배터리의 폭발 및 화재가 심각한 사회문제로 부각되고 있으며, 이의 원인분석 및 해결을 위한 배터리관리시스템의 필요성이 대두되고 있다.
○ 강연내용
해당 강연에서는 고대 배터리의 기원 및 리튬이차전지의 동작원리를 간단히 소개하고 리튬이차전지의 응용분야인 전기자동차, 에너지저장시스템, 철도분야, 이동체분야, 항공우주분야, 방산분야 등을 먼저 논의하고자 한다. 다양한 응용분야와 상관없이 리튬이차전지의 충전 및 방전 성능을 개선하고 효율성을 높이기 위한 전문적인 관리시스템이 필요한데, 이를 전문용어로 배터리관리시스템(Battery management system; BMS)이라 한다. 배터리 사용자는 ‘현재 배터리의 충전상태가 어떠한가’와 ‘얼마나 오래 사용할 수 있는가’라는 근본적인 질문 및 정답을 수시로 요구하고 있으며, 이러한 요구를 해결하는 것이 배터리관리시스템의 주요 목적이라 할 수 있다. 배터리관리시스템의 설계를 위해서는 입력전류에 따른 출력전압 정보의 관계를 토대로 하드웨어(H/W) 및 소프트웨어(S/W)의 융합이 잘 이루어져야 한다(우리 몸으로 비유할 때, 하드웨어는 뼈이며, 소프트웨어는 몸을 구성하는 여러 장기임). 충전상태와 수명상태를 알기 위한 모니터링 알고리즘, 전기적 등가회로 모델링 및 기타 이슈 등을 논의함으로써 배터리의 안전한 사용 및 효율적 관리를 위한 목적을 달성하고자 한다.
○ 연구팀 및 연구 소개
충남대학교 전기공학과 김종훈교수 연구팀은 배터리관리시스템(BMS) 국내 1호 박사이며 최고 전문가인 김종훈교수를 주축으로 다양한 국가과제 및 기업과제를 수행하여 국내 이차전지 및 배터리관리시스템 분야에 이바지하고 있다. 이러한 연구 및 과제 수행을 토대로 독일, 미국 및 중국 등 선두국가에 거의 근접하는 뛰어난 연구결과를 선보이고 있다. 더불어, 국내 산학연 외 외국 다양한 기관과 협업관계 구축 및 뛰어난 연구결과를 도출하여 배터리관리시스템의 세계적인 권위자로 인정받고 있다(세계인명사전 등재, IEEE Senior Member 등). 김종훈교수 연구팀은 배터리관리시스템 외 연료전지 시스템, 전력전자 응용분야 및 인공지능 기반 신재생에너지 분야 등도 동시에 연구를 수행하고 있으며 다양한 국제저널 및 특허를 통해 상기 연구 분야도 널리 인정받고 있다.
