액티브 배터리 밸런싱에 대한 경제적 분석

Abstract

지금까지의 전기차용 중대형 배터리는 모듈의 직렬 연결을 이용하여 고정된 높은 전압으로 팩을 설계하고, 모터의 요구 파워에 맞도록 전류를 제공하는 방식으로 단순 전원 공급 장치로 이용되었다(수동적 에너지원). 이로 인해 한 개의 모듈에 고장이 발생하여도 전류 패스가 차단되어 배터리 팩 전체를 교환하여야 하는 것이 일반적이었다. 설령 문제가 발생한 한 개의 모듈을 교환한다고 하더라도, 다른 모듈과의 수명을 맞추어 주기 위해 유사 수명을 가진 모듈을 찾거나, 일부러 에너지를 가속 소모함으로써 다른 모듈과 수명을 맞추어 주어야 하는 문제점을 가지고 있었다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 배터리 모듈에 스위치를 추가하고 이것의 제어를 통해 모듈을 선택함으로써 직렬 연결로 구성된 배터리 시스템의 전압 변화를 만들어 내고, 이를 이용하여 모터가 요구하는 파워에 효율적이고 능동적으로 대응하고자 한다(능동적 에너지원). 본 논문에서는 이런 배터리 시스템의 개념적 변화에 의한 모듈의 개별 제어가 가능한 시스템을 제안함으로써 모듈의 에너지 낭비를 줄이면서도 다른 모듈과의 수명을 맞추어 줌으로써, 모듈 한 개의 문제 발생 시 어려움 없이 교체할 수 있게 하고자 하였다. 제안된 시스템의 효율적인 운영을 위하여 유전적 알고리즘(Genetic Algorithm)을 이용하여 최적의 모듈 제어 알고리즘을 제시하였다. 이 알고리즘을 적용한 시스템이 기존의 교체 방식과의 비용적 효율성을 시뮬레이션을 통하여 검증하였고, 이를 이용하여 고장 시 모듈의 잔여 수명에 따른 구체적 교체 시기에 대한 전기차 소유자와 제작 업체의 의사 결정 기준을 제시해 줌으로써 사용성이 제한된 중고 배터리의 생산을 줄이고, 배터리에 정해진 수명에 맞는 사용을 보장해 줌으로써 불필요한 비용 낭비를 줄이는데 기여할 것으로 기대한다.