Earticle

This study emphasizes the necessity of artificial intelligence for rapid and accurate battery state-of-charge (SOC) prediction, a critical parameter in battery condition prediction. We compared and evaluated time series models previously used for SOC prediction, namely LSTM, GRU, and Transformer. In addition to model comparison, we experimented with data preprocessing techniques suitable for battery SOC prediction. The study utilized NASA's aging dataset comprising different cells under various experimental conditions. A Sliding Window technique was employed to multiply data and evaluate model performance. The results showed that the GRU model most effectively predicted battery SOC without data multiplication. However, after applying the Sliding Window technique to generate more learning data, the Transformer model outperformed others with an average RMSE of 0.032 and MAE of 0.006 across all batteries. This research paves the way for advancements in AI technology based on Transformer models for improved analysis of battery conditions, which can benefit manufacturing and recycling processes.

This paper describes a battery equivalent model’s SOC(state of charge) coefficient calibration method to improve the accuracy of the battery equivalent model. The battery SOC difference between each cells is a major factor of decreasing the battery life. BMS (battery management system) has been developed in order to reduce the inter-cell battery SOC deviation. however, since the general battery cell balancing techniques operate by measuring only the voltage of the battery cell, they can not keep up with the electrical characteristics due to variation of the internal resistance of the capacitor. In this paper, we propose the battery equivalent model’s SOC coefficient calibration algorithm : (1)choses the battery and battery model, (2)measure the battery charging and discharging characteristics, (3)extracting the resistance and the capacitor value on the simulation, following the actual battery charge and discharge characteristic curve. in this paper, we use a 3.7 V, 280 mAh and 650 mAh lithium battery. And a RC Tank based battery equivalent model is adopted. The maximum error of charging and discharging characteristic between measurement and modeling is approximately 2.13 %.

본 논문에서는 확장 칼만 필터를 이용한 SOC 추정이 가능한 배터리 모니터링 시스템을 개발하였다. 배터리의 충·방전 상태를 정확하게 추정하기 위해 배터리 셀을 테브닌 모델로 모형화하고, 모델에 맞는 파라미터를 추출하였다. 이를 이용하여 확장 칼만 필터 알고리즘을 이용한 SOC 추정이 가능한 배터리 모니터링 디바이스를 제작하였으며, 다중 배터리 모니터링 디바이스 제어 및 배터리 상태 측정이 가능한 모니터링 서버를 제작하였다. 또한, 관리자가 실시간으로 상태를 확인하며 배터리 모니터링 디바이스 제어가 가능한 웹 서비스를 제작하였다. 특히, 배터리 SOC를 각각의 배터 리 모니터링 디바이스에서 추정하고, 최종 결과만 모니터링 서버로 전달함으로써 서버의 계산량을 줄일 수 있다.

A Battery Monitoring System capable of State-of-Charge(SOC) estimation using the Extended Kalman Filter(EKF) is described in this paper. In order to accurately estimate the SOC of the battery, the battery cells were modeled as the Thevenin equivalent circuit model. The Thevenin model’s parameters were measured in experiments. For the Battery Monitoring System, we designed a battery monitoring device that can calculate the SOC estimation using the EKF and a monitoring server that controls multiple battery monitoring devices. We also develop a web-based dashboard for controlling and monitoring batteries. Especially the computation of the monitoring server could be reduced by calculating the battery SOC estimation at each Battery Monitoring Device.

친환경 전기차는 충전하는데 시간이 오래 걸린다는 단점 때문에 대중교통에 적용이 힘들다. 하지만 이러한 단점을 보완하는 시스템으로 배터리 교체형 전기버스가 있다. 전기버스의 배터리를 정류장에서 교체하는 방식이며, 전기버스 정류장은 배터리, 충전 시스템 그리고 교환 시스템 등으로 구성된다. 그 중 배터리 충전 시스템은 배터리를 충전하기 위해서 배터리 그리고 정류장을 운영하는 운영 시스템과 통신이 되어야 한다. 본 논문에서는 배터리 교체형 정류장에서 사용되는 충전기 시스템과 통신 구조에 대해서 설명한다.

전기자동차용 배터리 하우징 소재로 사용되고 있는 금속 소재에서 경량소재로 대체하기 위한 열가소성복합 재료를 제조하였다. 매트릭스 소재는 고분자 소재인 나일론 6를 사용 하였으며 방열 성능을 부여하기 위해 열전도 도가 높은 Boron Nitrate(BN)를 사용하였다. 동일한 필러의 함량 및 입자 크기에 따른 열전도성 고분자 복합재료의 방열 특성을 분석하였다. 필러의 함량이 증가할수록 열전도도 값이 증가하였으며, 입자크기가 60∼70㎛인 BN의 함량이 50%인 복합재료의 경우 1.4W/mK 이상 열전도도를 나타내었다. 입자 크기가 클수록 입자 간 계면 접촉면이 넓어져 Thermal path가 이루어짐을 확인하였다. 제조된 열전도성 고분자복합재료를 이용하여 배터리 하우징을 제작하였으며 셀의 충방전 동안 온도 변화를 관찰하여 배터리 하우징의 대체 소재로서의 가능성을 확인하였다.

Manufactured thermoplastic composite materials to replace the metal materials used as battery housing materials for electric vehicles with lightweight materials. As the matrix material, nylon 6 which is a polymer material was used. Boron Nitrate(BN), which has high thermal conductivity, was used to provide heat dissipation performance. The heat dissipation characteristics of the thermally conductive polymer composite material according to the BN content and particle size were analyzed. The thermal conductivity value increased as the filler content increased, and composite materials particle size of 60 to 70㎛ and BN content of 50%, the thermal conductivity was 1.4 W/mK. The larger the particle size, the wider the inter-particle interface contact surface, which means that a thermal path was formed. wider the interfacial contact surface between the particles, and the thermal path was formed. A battery housing was manufactured using the manufactured thermally conductive polymer composite material, and the temperature change during charging and discharging of the cell was observed, and the possibility as a substitute material for the battery housing was confirmed.)

Because Li-ion battery and Li-Polymer battery have high-energy storage density, they are used for various electronic devices such as electronic cigarette, electronic bicycle, drone, second battery, even golf cart and electronic car. Recently, however, battery explosion is sometimes occurring on electronic devices using Li-ion battery and is becoming serious as bodily harm is breaking out due to explosion. For this, this paper described the Li-ion Battery’s operating principles and Fire was caused through previous research and re-testing based on exposure to foreign substances such as water from the battery in contrast. According to the these experiments, we conducted a study to develope scanning techniques of fire and safety measures. (Most previous studies have been about the risk of fire in the battery due to physical shock, overcharging, and high temperature exposure.)

식 구간에서 인공위성이 필요로 하는 모든 전력을 공급하는 배터리의 수명은 인공위성의 수명과 직결된다. 배터리의 수명은 배터리충전 방식에 의해 영향을 받으므로, 배터리 충전을 제어하는 전력제어유닛은 배터리 수명을 고려하여 설계되어야 한다. 배터리 충전은 낮 구간에서 태양전지로부터 생성된 전력을 전력제어유닛의 충전 전류 제어를 통해 이루어진다. 계절마다 다른 식 구간의 빈도를고려하고 배터리 과충전 방지를 위하여 배터리 충전관련 변수들은 계절에 따라 각각 다르게 설계되어야 한다. 또한 충전 시 과전류충전과 과전압 충전을 방지하기 위해 배터리 충/방전 상태, 충전전류 양, 배터리 전압, 배터리 용량, 배터리 온도, 배터리 셀 전압등을 모니터링 하여 충전 전류를 제어한다. 인공위성에서는 각 조건을 반영하여 충전 전류를 제어하는 tapering 방식을 사용한다. 본 논문에서는 tapering 충전 방식을 적용한 인공위성 전력제어유닛의 배터리 충전 알고리즘을 설계한다. 설계된 알고리즘을 위성에업로드 할 수 있는 코드로 변환하고 구축된 위성환경에서의 시험을 통해 동작을 검증한다.

The lifetime of a battery that supplies all the power required by a satellite in the eclipse is directly related to the lifetime of the satellite. Because the lifetime of the battery is influenced by the charging method of the battery, the power control unit that controls the charging of the battery should be designed in consideration of battery life. The battery charging is performed by controlling the charge current in the power control unit generated from the solar cell in the daytime. In order to prevent overcharge of the battery and for considering frequency of eclipse in each season, parameters related battery charging should be designed differently according to the season and to prevent over-current charging and over-voltage charging during charging, charge current is controlled by monitoring battery charge / discharge status, charge current amount, battery voltage, battery capacity, battery temperature and battery cell voltage. In satellite, tapering method is used to control charge current by reflecting each condition. In this paper, design battery charging algorithm of satellite power control unit using tapering charging method. convert the designed algorithm into a code that can be uploaded to satellites and verify the operation through testing in the established satellite environment.

중국은 환경보호를 위해 탄소 배출량을 줄일 수 있는 전기자동차 산업을 대대적으로 육성하고 있다. 중국 정부가 자국 전기자동차 배터리 산 업에 대한 보조금 정책을 강력히 추진한 결과, 2019년 출하량 기준 세계 10대 전기자동차 배터리 기업 중 6개가 중국 기업으로 나타났다. 특히 중 국의 CATL사는 생산량 기준으로 세계 1위 기업으로 성장했으며, 중국 내 시장점유율도 2019년 기준 50%를 넘어섰다. 본 연구는 한국과 중국의 대표적인 전기자동차 배터리 생산업체인 CATL과 LG화학을 비교함으로써 양국 간 전기자동차 배터리 분야의 경쟁력을 비교 연구했다. 연구결 과에 따르면, 재무성과 중 기업 규모와 수익성 측면에서 CATL이 월등히 앞선 것으로 나타났다. 하지만 중국 정부의 전기자동차에 대한 보조금 지급 요건 강화로 인해 CATL의 성장성은 2018년 이후 하락한 것으로 분석됐다. 기업의 안정성 분야에서는 CATL의 추격이 빠르게 진행되고 있 으며, 연구개발비 비중에서는 이미 국내 기업의 수준을 넘어선 것으로 나타났다. 반면 CATL은 자국시장을 중심으로 성장하고 있어, 국제화 수 준에서 국내기업과 큰 격차를 보이고 있다. 중국 정부가 자국 기업이 생산한 배터리를 탑재한 전기자동차에 대해서만 보조금을 지급하던 정책을 2019년 폐지함으로써, 외국 자동차 배터리 생산업체들이 다시 적극적으로 중국 시장을 공략하고 있다. 외국기업에게 다시 개방된 중국 전기자동 차 배터리 시장을 공략하기 위해서는 중국 전기자동차 생산업체와 관계 개선에 나서는 등 선제적 전략이 필요할 것이다.

China is extensively promoting the electric vehicle industry to reduce carbon emission. Since Chinese government provided subsidies to consumers who bought electric vehicles using batteries produced by domestic companies, Chinese battery companies have grown up rapidly. Six companies out of the world's top 10 electric vehicle battery producers were Chinese ones. In particular, CATL became the world biggest battery producer and its market share in China exceeded 50% as of 2019. This study compared the competitiveness of electric vehicle battery producers, CATL and LGChem. This study found that CATL outperformed LG Chemin terms of sales and profitability. However, the growth rate of CATL has declined since 2018 because the Chinese government raised standards for consumers to get subsidy for electric vehicles. In terms of stability, CATL rapidly catches up and its expenditure of research and development has already exceeded LG Chem. CATL has grown up based on domestic market, its internationalization level is w ell behind LG Chem. In 2019, Chinese government abolished the policy supporting domestic battery companies and many foreign battery producers are aggressively targeting the Chinese market again. In order to increase market share in China, foreign companies try to find new strategies such as improving relations with Chinese electric vehicle producers.

본 논문은 전력변환기를 포함한 배터리의 충·방전기 회로를 제안하였다. 비 접촉 방식으로 전력을 전송 할 수 있는 무선충전시스템의 전송거리 향상을 위한 새로운 토폴로지를 적용하였고, 스마트 그리드 시대에 대비하여 전력변환기의 충전된 배터리의 에너지를 계통으로 보낼 수 있도록 계통과 양방향 전력 전달이 가능 하게 시스템을 구성하였다. 또한, 고 전력 밀도와 수명 향상을 위한 무선 전력 충 ․ 방전기 회로를 제안하여 최적의 설계 가이드를 이론적으로 제시한 후 실험을 통해 검증하였다. 그 결과 전송거리 향상을 위한 HQ_PWM방식의 설계 가이드를 제시하였고 동작분석을 통해 대용량의 무선전력전송을 구현하였다. 그리고 스마트와 그리드와의 연계를 위한 양방향 단상 계통연계 인버터의 프로토타입을 제작하여 양방향 구성을 검증하였다.

This paper proposes a battery charger/discharger circuit including a power converter. A new topology was applied to improve the transmission distance of the wireless charging system that can transmit power in a non-contact manner. Additionally, in preparation for the smart grid era, a system was constructed to enable power transmission in bi-directional with the grid so that energy from the charged battery of the power converter can be sent to the grid. In addition, a wireless power charger/discharger circuit was proposed for high power density and improved lifespan, and the optimal design guide was presented theoretically and verified through experiments. As a result, a design guide for the HQ_PWM method was presented to improve transmission distance, and large-capacity wireless power transmission was implemented through motion analysis. dditionally, a prototype of a bi-directional single-phase grid-connected inverter for smart and grid connection was produced and the bi-directional configuration was verified.

본 연구는 주요 회의 및 보안을 요하는 장소의 음성 정보보호 장비에 대한 시스템 개발이다. 가청소음 및 초음파 발생을 통한 정보 유출 방지기술로 보안 성능 및 안정성을 확보하였다. 녹음방지 모듈에 대한 무선전파의 특성상 직진성 이 강한 음성정보 유출 차단을 위한 차단주파수 대역은 20~20,000Hz 광대역 주파수 차단 음성정보 유출차단을 위해 기만재밍 기술을 적용함으로 보안성을 크게 향상시켰다. 이러한 문제 해결을 위해 배터리를 이용한 휴대용 스마트폰 녹음을 차단시켜주는 시스템을 개발하였고, 별도의 장치 설치를 고객이 인지하지 못하도록 소형·경량화시켰다. 아울러, 원거리 녹음방지를 위하여 녹음방지 스피커의 출력을 효율적으로 사용하기 위한 방안 및 대책은 지속적으로 연구가 필요하다.

This study is a system development for voice information protection equipment in major meetings and places requiring security. Security performance and stability were secured with information leakage prevention technology through generation of false noise and ultrasonic waves. The cutoff frequency band for blocking the leakage of voice information, which has strong straightness due to the nature of the radio wave to the recording prevention module, blocks the wideband frequency of 20~20,000Hz, and the deception jamming technology is applied to block the leakage of voice information, greatly improving the security. To solve this problem, we developed a system that blocks the recording of a portable smartphone using a battery, and made the installation of a separate device smaller and lighter so that customers do not recognize it. In addition, it is necessary to continuously study measures and countermeasures for efficiently using the output of the anti-recording speaker for long-distance recording prevention.

이 논문은 그린 딜로 인한 전기 에너지 수요가 급증을 될 수 있기 때문에 이를 제시하고자 한다. 그러나 미래의 전기 자동차와 많은 전기 에너지의 조달은 여전히 화석 연료에 의존한다. 이에 IT 산업의 중요성이 부각되고 수소-전기차의 수요와 연관 산업으로 그 수요가 증가하게 된다. 본 연구의 방법은 IT 산업의 전기 에너지 수요보다 미래 차세대 동력으로 전기차의 충전과 연관성을 조사하였다. 이는 실증적 회귀 분석을 통해 경제 성장에 따른 산업용 전기와 가정용 에너지를 성장에 따른 PPP의 상관관계를 도출하였다. 그 결과 전기차와 차세대 전기차를 포함한 변화량은 GDP 대비 구매력 변화 국가의 1/3에서 유의미한 것으로 나타났다. 이는 전기차의 수요가 있는 32개국 중 12개 국가(이탈리아, 캐나다, 스위스, 폴란드, 슬로베니아, 독일, 슬로바키아, 핀란드, 스웨덴, 체코, 에스토니아, 덴마크)가 더 많은 전기 에너지에 더 민감하기에 전체 구매력에 영향을 미치게 된다. IT-전기 에너지원의 미사용 전력 낭비를 방지하고, 수소전기 충전-보존함으로써, 향후 성장을 위한 수급에 국가의 IT 산업 보존 완충 시설대비가 필수불가결하다.

The paper dealt with the fact that the green deal took place when the demand for electrical energy surged. However, the procurement of electric vehicles and much of the electric energy of the future still depends on fossil fuels. Accordingly, the importance of the IT industry is highlighted, and the demand for hydrogen-electric vehicles and related industries increases. The method of this study investigated the relevance of EV charging as a future next-generation power source rather than the electric energy demand of the IT industry. This study derives the correlation between industrial electricity and household energy PPP according to economic growth through empirical regression analysis. As the result, it was found that the amount of change, including electric and next-generation electric vehicles, was significant for on thirds of the countries in the change in purchasing power compared to GDP. This affects overall purchasing power as twelve out of thirty two countries with EV demand (Italy, Canada, Switzerland, Poland, Slovenia, Germany, Slovakia, Finland, Sweden, Czech Republic, Estonia, Denmark) are more sensitive to electric energy. This is related to the charging of EVs or hydrogen as the next-generation power of the future rather than the electric energy demand of the IT industry. By preventing waste of unused electricity of IT-electric energy sources and charging-preserving hydrogen electricity, it seems indispensable to prepare for the national IT power conservation buffer facility for supply and demand in future growth.

In this study, the explosion processes of the battery according to by heating was identified using complex sensors including temperature, infrared (IR), visible, and ultraviolet (UV) sensors. A safe chamber was prepared for the explosion of the batteries according to heating. In order to detect signals from the battery during heating, complex sensors including temperature, IR, visible, and UV sensors were used inside the safe chamber. The heating was increased from room temperature to 165℃ at 10℃/min and then, kept 165℃. During the heating was kept at 165℃, the battery was exploded and a temperature was increased up to 380℃ abruptly due to explosion of the battery. Before the battery was exploded, the signals of the sensors were not detected. However, during explosion of the battery, the signals of IR, visible, and UV sensors were strongly detected. By analyzing various signals of the these sensors, the explosion of the battery according to heating was investigated.

리튬이온 2 차 전지는 신재생/그린에너지 산업의 필수 요소이며, 최근 급속도로 진행되고 있는 전기자동차 대중화의 핵심이다. 또한 전기를 주에너지원으로 하는 선박, 비행기, 잠수정, 로봇 등 다양한 제품에 적용이 시도되고 있다. 따라서, 데이터 마이닝을 활용하여 이차전지의 SOC 를 정밀하게 예측하여 배터리 방전으로 인한 위험에 대한 경보 및 사전 예방조치를 수행할 수 있다. 이에 본 연구는 SOC 에 영향을 미치는 일반적인 요인들을 측정하고 데이터 마이닝을 활용한 SOC 예측 정확성 향상을 위한 수학적 모델링 방법이 아닌 환경적인 요인에 초점을 맞추어 제시한다.

산성은 다른 유적과 달리 당시의 정치․사회․문화․경제 등 諸分野의 종합적인 특징을 가장 잘 나타내는 유적이다. 하지만 산성을 비롯한 성곽은 다른 문화유적과 마찬가지로 개발의 논리에 밀려 훼손될 처지에 있어 시급한 보호책이 필요하다. 산성이 보호되기 위해서는 우선 산성에 대한 자세한 현황 및 조사․연구 자료가 있어야 한다. 그 다음에 행정기관이 산성을 어떻게 관리할 것인가에 대한 의지가 있어야 한다. 그렇게 된다면 산성은 시민을 위한 역사교육의 장으로 활용되고 보호될 것이다. 학계와 지방 행정기관이 산성에 대해서 연차적으로 발굴조사 할 계획과 활용방안을 도출해 내기 위해서는 지표조사를 통해 얻어진 자료가 매우 중요하다.이 연구는 산성을 지표 조사할 조사자가 현장조사를 원활하기 위한 방법을 제시하는 것이다. 먼저 Ⅱ장에서는 우리나라 산성의 기능과 입지조건을 정리하였다. 이를 통해 조사자가 산성을 이해하는데 도움을 주려 했다. 산성의 기능은 임진왜란이 끝난 후 유성룡이 정의 내린 내용을 정리하였고, 이를 통해 우리나라 산성이 중국과 일본 등 동아시아의 여러 국가와 서유럽의 城과 차별성을 갖게 되는 요소를 살펴보았다. 그리고 산성의 입지조건에 따라 기능과 축성목적이 다르다는 것도 살펴보았다. 한국의 고대산성은 산성의 입지조건에 따라 정약용이 제시한 栲栳峰, 蒜峰, 紗帽峰, 馬鞍峰의 4분법에 의한 설명이 적절하다고 판단하였다.Ⅲ장에서는 산성 지표조사의 계획과 현장조사 방법론을 제시하였다. 먼저 조사자가 현장조사에 앞서 사전조사에 필요한 사항에 대해서 살펴보았다. 다음은 현장조사를 하기 전 준비 및 계획에 대해서 살펴보았다. 마지막으로 조사자가 산성을 현장에서 조사해야할 산성의 구성요소 별 이론과 조사해야 할 사항을 검토해 보았다. 마지막으로 조사자의 이해를 돕고자 지표조사 후에 발굴된 사례도 살펴보았다. 위와 같은 연구는 조사자가 지표조사시 산성 시설물을 찾고, 파악하는데 참고가 될 수 있을 것으로 판단된다. 더 나아가 지표조사를 통해 산성에 대한 자료를 이전보다 충족하게 도출해 낼 수 있을 거라 여겨진다. 이러한 산성 지표조사 방법은 산성뿐만 아니라 모든 성곽유적에 적용될 수 있는 유용한 자료가 되리라 여겨진다.

Unlikely other remains, mountain fortresses contain a wide variety of features related to the political, social, cultural and economic conditions of the time. The need to preserve mountain fortresses and associated structures, which have been targeted for development, is therefore urgent. Firstly, the existence of records and data is essential for the preservation of mountain fortresses, as is awareness on the part of local government regarding need for preservation and maintenance. If these factors are in place, the mountain fortresses can actively be used as a place of historical education for the community. In order for archaeologists and the local government to establish long-term excavation projects and consider future uses for fortresses, field survey is, however, required.This study suggests methods of field survey which researchers may utilize in the field. Chapter Ⅱ examines the function and location of Korean mountain fortresses. The function of fortress structures was based on You Sungryong(柳成龍)'s definition, established after the Japanese Invasion of Korea in 1592(壬辰倭亂). Differences which exist between the fortresses of Korea and China, Japan, South East Asia and Western Europe were also examined. The differences in fortress function according to fortress location was also considered. It was also suggested that Jung Yakyoung(丁若鏞)'s categorization of fortress locations into 栲栳峰, 蒜峰, 紗帽峰, 馬鞍峰 was appropriate for Korean mountain fortresses.Chapter III presents the field survey strategy and excavation methodology of mountain fortresses. It was suggested that fortresses could be divided into the fortress wall, battery, fortress gate, moat (consisting of the outer trench and inner trench), ritual site, and other facilities including water collection facilities, the general's command post and tile-roofed houses. This study dealt with methods for finding these remains underground, in addition to points of focus for field survey. It also looked into the cases after field survey. It is believed that this current research may help researchers find and identify these mountain fortress facilities during field survey. Furthermore, it may allow researchers to gather more information from field surveys than previously possible. Finally, it is hoped that archaeologists and concerned officials will cooperate so that mountain fortresses may be preserved for future research, as well as used as a resource for the public's history education.

This study addresses the challenge of state of health (SOH) estimation for lithium-ion batteries using a generative graphical approach under adversarial conditions. We analyze the impact of adversarial data poisoning attacks on SOH prediction models, specifically employing the fast gradient sign method (FGSM) and iterative fast gradient sign method (IFGSM). To enhance model robustness, we propose a two-defense strategy against such attacks. The effectiveness of these defenses is evaluated using error metrics such as root-mean-square error (RMSE), mean absolute error (MAE), and mean-square error (MSE). Results indicate that the proposed strategy significantly improves the model’s ability to accurately predict SOH, even in the presence of malicious data.