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제품정보 > 현장을 IT로 연결

배터리 팩 개발 시의 다점 온도 측정

요약

배터리 팩의 온도 평가가 왜 이토록 중요한가

전기차(EV)와 하이브리드차(HEV)의 보급이 확대됨에 따라, 배터리 팩에는 더 높은 에너지 밀도와 출력, 그리고 높은 안전성이 동시에 요구되고 있습니다. 이러한 상황에서 온도 관리는 배터리의 성능과 신뢰성을 좌우하는 중요한 요소로 자리 잡고 있습니다.


배터리 온도는 성능, 수명, 안전성 모두에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 다음과 같은 문제가 있습니다.


・온도가 너무 낮으면 출력이나 충전 성능이 충분히 발휘되지 못합니다.

・온도가 너무 높으면 성능 저하가 가속화되거나 안전성 위험이 높아집니다.

・팩 내부의 온도 편차는 셀별 성능 저하의 불균형을 초래합니다.


이러한 문제에 대응하기 위해 배터리 팩에는 BMS(배터리 관리 시스템)가 탑재되어, 온도 정보를 바탕으로 충방전 및 냉각 제어가 이루어집니다. 개발 단계에서는 BMS의 제어 및 알고리즘 설계를 검증하기 위한 ‘기준이 되는 온도 데이터’를 확보하는 동시에, 온도 모니터링 지점의 배치가 적절한지 확인하기 위해 셀 간의 온도 차이와 팩 내의 온도 분포를 보다 상세히 파악해 두는 것이 중요합니다. 

그렇기 때문에 배터리 팩 평가에서는 제한된 측정 지점만 살펴보는 것이 아니라, 다중 지점에서 온도를 측정하여 온도 분포와 그 변화를 시각화하는 것이 중요합니다. 

배터리 팩의 온도 평가 방법

서미스터와 열전대의 역할

배터리 팩의 온도 평가에서는 용도에 따라 서미스터와 열전대를 함께 사용하는 것이 일반적입니다.

・서미스터

배터리 팩에 미리 내장된 온도 센서입니다. BMS 개발에는 시간이 소요되므로, BMS가 완성되지 않은 단계에서도 이미 장착된 서미스터를 이용해 열 거동을 평가함으로써 개발을 병행하여 진행할 수 있습니다.

・열전대

설치 자유도가 높아 팩 전체의 온도 분포나 핫스팟 경향을 파악하는 용도에 적합합니다.


이처럼 서미스터는 ‘BMS 관점의 온도 확인’, 열전대는 ‘팩 전체의 온도 분포 파악’이라는 역할에 따라 구분하여 사용함으로써, 배터리 팩의 온도 상태를 보다 포괄적으로 평가할 수 있습니다.

다점 온도 측정은 왜 번거로운가

설정 및 분석에 드는 ‘보이지 않는 비용’

배터리 팩의 온도 측정은 언뜻 보기에는 단순한 작업처럼 보입니다. 하지만 현장 엔지니어들이 상당한 시간을 소모하는 부분은 온도를 측정하는 과정 자체가 아니라, 측정 전의 ‘준비’와 그 후의 데이터 정리 및 재작업입니다. 

배선 배선, 노이즈 대책, 스캐너 및 로거 설정, 배선 확인, 단선 점검, 그리고 서미스터와 열전대 데이터를 정렬하기 위한 후처리……. 이러한 작업이 쌓여 평가 일정을 서서히, 그러나 확실하게 압박해 갑니다. 

특히 다점 측정의 경우, 측정 지점이 늘어남에 따라 배선 및 설정에 드는 수고도 증가하여, ‘측정 전 준비’만으로도 상당한 공수가 소요됩니다. 게다가 측정이 끝난 후에도 데이터 정리와 시각화에 시간이 소요되어, ‘측정 후 작업’ 또한 결코 가볍지 않습니다. 이러한 작업들이 누적되어 배터리 팩 평가 일정을 압박하는 주요 요인이 되고 있습니다. 

설치 과정을 대폭 줄여주는 무선 온도 측정 솔루션

컴팩트하고 휴대성이 뛰어난 데이터 로거

HIOKI의 무선 메모리 하이로거 LR8450-01과 무선 서미스터 모듈 LR8537, 무선 전압·온도 유닛 LR8532를 조합한 모듈 분산형 온도 측정 시스템은, 그동안 다점 온도 측정 현장에서 골칫거리였던 설정 문제를 시스템 구조 자체에서부터 해결하는 접근 방식입니다.


배선 작업을 대폭 단축


측정 모듈을 배터리 팩 근처에 배치할 수 있으므로, 모든 센서 배선을 측정기까지 연결할 필요가 없습니다. 이를 통해 배선 길이를 대폭 단축할 수 있어, 배선 비용 절감과 노이즈 영향 저감을 동시에 실현할 수 있습니다. 

배선 작업 중에도 LR8450의 화면에서 각 채널의 온도 값을 실시간으로 확인할 수 있습니다. 이를 통해 배선 오류나 단선을 현장에서 쉽게 파악할 수 있어, “측정 후에야 오류를 발견하는” 등의 재작업을 방지할 수 있습니다.

다점 측정이 될수록 이 효과는 더욱 커지며, 설정 작업 자체의 부담을 크게 줄여줍니다.


서미스터와 열전대를 동일한 타임라인에 동기화하여 기록

LR8537으로 서미스터 15채널, LR8532로 열전대 30채널을 동일한 LR8450에 연결하여 완벽하게 동기화된 데이터로 기록할 수 있습니다. 이를 통해 측정 후 서미스터와 열전대 데이터를 대조하여 시간을 맞추는 등의 번거로운 후처리가 필요 없어집니다. 

LR8537은 최대 200 kΩ까지의 서미스터를 지원하므로, 제조사나 사양이 다른 서미스터도 그대로 사용할 수 있습니다. 이를 통해 측정기의 제약에 맞춰 센서를 다시 선정하는 등의 불필요한 작업을 줄이고, 기존에 설치된 서미스터를 활용한 평가가 가능해집니다.　　


열화상 이미지와 파형을 ‘동기화’하여 본다는 발상

GENNECT Space를 통한 온도 분석의 새로운 접근 방식

GENNECT Space는 HIOKI 계측기로 수집한 측정 데이터를 직관적으로 시각화 및 분석하기 위한 데이터 통합 소프트웨어입니다. 로거의 온도 파형뿐만 아니라 USB 카메라, 열화상 이미지 및 기타 측정 데이터까지 하나의 PC 화면에서 처리할 수 있습니다.


GENNECT Space는

열화상 × 파형 동기화

라는 단순한 컨셉으로, 온도 데이터를 보는 방식 자체를 바꿉니다.


시간 축을 스크롤하기만 하면 다음 사항을 동시에 파악할 수 있게 됩니다.

・“이 순간, 팩의 어느 부분이 발열하고 있는가”

・“그때, 어느 측정 지점의 온도가 어떻게 변화하고 있는가”


“장소”와 “시간”의 관계를 직관적으로 이해할 수 있게 됨으로써, 측정 결과의 분석이 ‘생각하는 작업'에서 '보고 알 수 있는’ 작업으로 바뀝니다.



시스템 구성

이 기사에서는 다음 구성으로 배터리 팩의 온도 측정 및 분석을 수행합니다. 


메모리 데이터 로거 LR8450-01

LR8450은 휴대용 데이터 로거입니다. 여러 개의 측정 모듈을 갖추고 있어, 다점 측정 데이터를 완벽하게 동기화된 형태로 기록할 수 있습니다. 무선 LAN 모델인 LR8450-01은 측정 모듈과 무선으로 연결할 수 있습니다


무선 서미스터 모듈 LR8537

LR8537은 최대 15채널의 서미스터 입력을 지원하는 모듈입니다. 최대 200 kΩ까지의 서미스터를 지원하며, 제조사나 사양이 다른 서미스터도 유연하게 사용할 수 있습니다. BMS에서 사용되는 서미스터와 동일한 조건에서의 온도 평가에 적합합니다. 


무선 전압·온도 유닛 LR8532

LR8532는 열전대를 이용한 온도 측정에 대응하는 모듈로, 최대 30채널의 입력이 가능합니다. 배터리 셀의 전압 측정에도 활용할 수 있습니다.


GENNECT Space

GENNECT Space는 측정기 설정, 계측 데이터 수집, 데이터 분석까지를 완결하는 HIOKI 데이터 통합 소프트웨어입니다.


GENNECT Space에서 분석 체험을 해보세요

배터리 팩의 온도 평가에서는 다점 온도 측정과 그 결과를 최대한 활용하는 분석 환경이 개발 속도와 정확도를 크게 좌우합니다.

측정 전의 번거로움을 줄이고, 측정 후에는 직관적으로 ‘한눈에 파악할 수 있는’ 형태로 확인할 수 있는 것이 앞으로의 온도 평가의 기본이 될 것입니다.


GENNECT Space는 이러한 분석을 실현하기 위한 소프트웨어로, 무료로 공개되어 있습니다.

직접 사용해 보시고 그 조작감을 확인해 보시기 바랍니다.