“축전지 셀 단시간 용량 시험기” 활용방안 제안서

1. 축전지 진단관련 기준 검토 및 신뢰성있는 용량 시험방법
가. IEEE 1188-2005 기준 중 핵심 기술권고 사항
  o 5.2.2항 분기점검 항목
   -  축전지 셀 내부저항값 측정, 트렌드 관리 (내부저항계로 측정 가능)
     · +30~50% 내부저항 증가시 제조사 협의, 용량시험 (방전시험 권고)
   -  각 셀의 (-)극주의 온도 측정 (리플전류 영향 조사를 위해서 필요)
   - 각 셀의 전압 측정
  o 5.2.3항 연간 점검항목
   - 셀간 결선저항 측정 (마이크로미터계로 측정가능)
   - AC 리플 전류 측정
  o 6.2항 : 축전지 검수 시험 항목
   - 반드시 용량 시험(방전시험)을 제조공장 또는 현장에서 설치 후 방전시험 결과 기
     록해 두고 기준값으로 관리
   - 제조 규격 확인을 사용자에 의해서 방전시험이 수행되어야 함.

o 6.3항 : 축전지 용량 만족시험은 최초 설치 시와 이상 징후 발생시 수시로 반드시 수행해야 함.

o 축전지 내부저항 측정만으로 관리할 경우의 문제점

        - 최근 공장 내부의 노이즈 증가로 인하여 내부저항 측정시 오차가 발생하여 내부저항 증가만으로 정확한 판단이 곤란함. (방전 시험시 결과가 다름) 

        - 휴대형 내부저항 측정계로 측정시 측정자마다 측정값이 달라서 정확한 추이관리가 곤란함. ( 휴대형 측정계 만으로 관리시 간헐적으로 축전지 사고 발생함 )

        -  축전지 내부 제조결함 또는 내부단락 시에는 내부저항이 감소하여 방전시험을 하면 용량이 저하되는 결과가 나와서 “내부저항 증가=축전지 열화” 라는 기본적인 공식에 불일치가 일어나고 있음.

    나. 축전지 용량의 정확한 시험방법
        o 축전지 용량시험 (방전시험) 방법
         - 축전지 용량 시험을 하기 위해서는 반드시 방전시험을 해야 하는데, 방전시험
           조건은 아래와 같음
         - 방전시험 전류와 시간을 정확히 산정 후 시험
         - 방전 시험율은 반드시 정전류 또는 정부하, 정시간 시험이어야 함
         - 참조 : IEEE1188-2005 관련 7.3항 권고 조항

7.3 Test length and discharge rate 7.3.1 Test length Three different types of battery discharge tests are presented in this recommended practice: acceptance, performance, and service tests. Acceptance and performance tests are both tests of a battery’s capacity. The service test will verify the battery’s ability to meet its duty cycle. ⎯ See 7.6 for determining the length of a service test. ⎯ The performance and acceptance tests are presented in 7.5, and the duration is recommended to be approximately the same as the duty cycle. These tests may not confirm the ability of the battery to meet its duty cycle, particularly if very high-rate, short-duration loads determine the battery size. 7.3.2 Discharge rate The discharge rate for a capacity test should be a constant current or constant power load based on the manufacturer’s rating of the battery for the selected test length. See 7.4 for discussion on determining the discharge rate for capacity tests.

 

2. 단순 간이 축전지 용량 시험기 사용 문제

가. 현재 국내에서 사용 중인 축전지 용량 간이 시험장비 사진 (가격 5만원 / 30만원대)

 

 

 

o 본 단순 방전시험기의 실제 용도 : 자동차 1개 셀 축전지에 간이 방전 시험용

o 본 장치 사용시 현장에서 일어나는 문제들
 - 여러 셀 중에서 한 개의 셀을 방전할 경우 방전 후 충전시 타 셀에 과충전 발생
 - UPS 용 축전지 조에서 여러 셀을 방전 시험할 경우에 방전시간이 다르고 정전류 방전이 아니라서 각 셀간 불균형 충전으로 인해 과충전 우려가 높아, 전체 샐 수명저하
 - 본 장치 사용으로 과거 사고 사례
  . 모 UPS 축전지에서 내부저항이 높은 셀들에 대해서 수시로 간이 용량시험기로 집중관리, 확인하던 중에 다른 셀들에 과충전이 일어나서 축전지 전체에 화재가 발생한 사례가 있었음.
​

o 향후 대응방안 : 간이 방전용량 시험기는 자동차용 단셀 축전지에만 사용하고 절대로 다량 셀로 구성된 축전지 개별 셀 용량시험에는 사용을 금지하여야 함.

3. 정식 축전지 용량 시험장비 종류
가. Megger 사의 축전지 진단 장비들 소개

      o TORKEL 840 장비 : 정전류, 정시간 방전시험기
- EXTRA 부하시험기 : 부하용량 증설용
- BVM은 정전류 방전시 각셀의 전압을 자동으로 컴퓨터로 전송하는 전압센서
- BITE3는 내부저항 측정기
- 기타 비중계
- 마이크로미터기 : 셀간 결선저항 측정기 

   나. 미국 SBS 축전지 진단 장비들 소개

    o 미국의 SBS 회사의 축전지 관련 장비들도 대부분 Megger사와 기능과 가격이 유사함.

다. 축전지 용량 시험기의 사용상 문제점
    - 축전지 용량 시험은 반드시 수행하여야 하기 때문에 본 장치들을 이용하여 축전지를 사용할 경우에는 오버홀 기간을 이용하여야 하고,

  - 방전 시험시 스트링(열)별, 또는 전체 조에 대해서 본 장비를 이용하여 시험하여야 하므로 방전시험 인력과 장시간 방전에 따른 비용 발생과 위험성이 항상 있음

4. B-BEST 장비를 이용한 축전지 셀별 단시간 용량시험기 소개

     가. 1차 진단 : 정기적인 일상 점검을 시행한다.

나. 2차 진단 : B-BEST 축전지 셀별 단시간 용량시험기를 이용하여 평상시 온라인 운전 중에 배터리 셀별 내부저항 측정과 용량 시험을 동시에 실시한다. (초기는 연간 1회, 기대 수명에 가까울 때는 연2회로 측정함)

다. 본 장비 사용시 장점

o 기존의 용량 시험에 비해 저렴한 비용으로 할 수 있다.

o 축전지의 셀 하나씩 모두 방전 시험을 실시하여 특성을 명확하게 하기 때문에 불편이 있었을 경우에 최적의 처치법을 선택할 수 있으며, 정전시 시스템 다운 예방에 도움이 된다. 진단 작업 실시시 설비의 정지 재시작하는 일정 조정 및 설비가 복귀하지 않는 위험이 없다.

    라. 본 장비 특징

      O 진단 작업은 축전지의 전문 지식을 가지고 실시해, 결과는 그날로 판명합니다.

진단 후 치료에 대해 전문가가 적절한 조언을 제공합니다.

1 일 최대 500 셀 정도 진단이 가능합니다.

  O 진단 사례    

      MSE 타입 축전지의 기대 수명은 7 - 9 년으로 되어 있습니다. 당사가 고객의 축전지를 실제로 진단 한 결과는 9 년 이상 경과 한 축전지의 90 % 이상이 80 %의 용량이 유지되고 있음을 알 수 있습니다. 반면 기대 수명보다 빨리 부족 (80 % 미만)의 축전지도 4 % 발생하고 있습니다. 현재까지 일본, 대만, 터어키, 미국, 유럽 등에서 총 7만셀 이상 용량시험기로 활용 중임. (불량 셀을 정확하게 찾아내고 있음)

5.   동경전력의 B-BEST 장비 사용 후 결론

3종의 축전지에 대해서 지금까지보다도 높은 정도로 노화진단을 하는 것이

가능하게 되었고, 2008년도부터 본 진단방법을 적용하여 동경전력 직영으로 노화진

단을 시행하고 있다. 그 결과 적정 수명에서의 축전지의 단셀 교체가 가능하게 된

것으로부터 설비 신뢰도를 유지하면서 대폭적인 설비 교체시기를 연장하는 것이 가능하다.

더구나 지금부터 축전지 단 셀의 용량을 파악할 수 있는 것으로서 정기 점검을

시험적으로 늘리고 설비 신뢰도를 지키면서 점검 비용을 삭감하는 방법을 진행

하고 있다.