원안작성협력 : 한국전지산업협회단체표준심의위원회 성 명 근무처 직 위 ( 대표전문위원 ) 현정은 한국자동차부품연구원 선임연구원 ( 위 원 ) 박은성 SK이노베이션 부 장 ( 위 원 ) 이선호 티유브이슈드코리아 차 장 ( 위 원 ) 이희엽 삼성SDI 차 장 ( 위 원 )

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현시 서
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1 KBIAKBIAK KBIAKBIA KBIAKBI KBIAKB KBIAK KBIA KBIA KBIA KB 배터리에너지저장장치용리튬이차전지 단전지및전지시스템 제 2 부 : 성능시험 KBIA 한국전지산업협회 2013 년 00 월 00 일제정

2 원안작성협력 : 한국전지산업협회단체표준심의위원회 성 명 근무처 직 위 ( 대표전문위원 ) 현정은 한국자동차부품연구원 선임연구원 ( 위 원 ) 박은성 SK이노베이션 부 장 ( 위 원 ) 이선호 티유브이슈드코리아 차 장 ( 위 원 ) 이희엽 삼성SDI 차 장 ( 위 원 ) 진성장 LG화학 과 장 ( 간 사 ) 김유탁 한국전지산업협회 차 장 표준열람 : 한국전지산업협회 ( 제정자 : 한국전지산업협회 제 심 정 :2013 년 00 월 00 일 의 :2013 년 01 월 30 일 원안작성협력 : 한국전지산업협회의단체표준심의위원회 이표준에대한의견또는질문은한국전지산업협회 ( ) 로 연락하거나웹사이트를이용하여주십시오 ( h t t p : / / w w w. k - b i a. o r. k r ).

3 목 차 머리말... ii 1 적용범위 인용표준 용어와정의 일반요구사항 시험조건 시험순서계획 시험개요 일반시험 일반충전조건 SOC 조절 치수측정 중량측정 표준사이클 전기적시험 용량측정시험 에너지밀도 저장시험 사이클수명시험 효율시험 부속서 A ( 참고 ) 선택적시험조건 i-

4 머리말 이표준은산업표준화법을근거로해서단체표준심사위원회의심의를거쳐제정한한국산업표준이다. 이표준은저작권법에서보호대상이되고있는저작물이다. 이표준의일부가기술적성질을가진특허권, 출원공개후의특허출원, 실용신안권또는출원공개후의실용신안등록출원에저촉될가능성이있다는것에주의를환기한다. 한국전지산업협회장및단체표준심의회는이러한기술적성질을가진특허권, 출원공개후의특허출원, 실용신안권또는출원공개후의실용신안등록출원에관계되는확인에대하여책임을지지않는다. 이표준은배터리에너지저장장치용리튬이차전지 단전지및전지시스템이라는공통제목으로다음의부로구성된다. KBIA , 배터리에너지저장장치용리튬이차전지 단전지및전지시스템-제1부 : 안전성시험 KBIA , 배터리에너지저장장치용리튬이차전지 단전지및전지시스템-제2부 : 성능시험 -ii-

5 한국전지산업협회단체표준 KSBIA 배터리에너지저장장치용리튬이차전지 단전지및전지시스템 제 2 부 : 성능시험 Secondary Lithium-ion Cell and Battery System Battery Energy Storage System Part 2 : Performance test 1 적용범위 KBIA 의이부는순수배터리에너지저장장치의전기에너지저장용으로사용되는리튬이차전지단전지및전지시스템의성능시험에대해규정한다. 이표준의시험절차와조건은배터리에너지저장장치의설계를위해사용되는단전지및전지시스템의성능을최소수준확보및필수데이터를얻기위해수행하여야한다. 비고 1 제조자와사용자간의합의에의해서세부시험조건을선택하여사용할수있다. 선택가능한시험조건은부록에나타내었다. 비고 2 전기적으로연결된단전지, 모듈, 랙, 전지시스템은이표준을참고하여시험할수있다. 2 인용표준 다음의인용표준은이표준의적용을위해필수적이다. 발행연도가표기된인용표준은인용된판만을적용한다. 발행연도가표기되지않은인용표준은최신판 ( 모든추록을포함 ) 을적용한다. KS C IEC 61434, 알칼리및비산성전해액계이차전지의전류표시법 KS C IEC , 전기자동차용리튬이차전지셀성능평가 KS C IEC , 전기자동차용리튬이차전지셀안전성평가 KS C ISO , 전기자동차용리튬이차전지팩 / 시스템평가 제 1 부 : 고출력용전지 ISO :2012, Electrically propelled road vehicles - Test specification for lithium-ion traction battery packs and systemsiec , International Electrotechnical Vocabulary - Part 482 : Primary and secondary cells and batterieskbia , 배터리에너지저장장치용리튬이차전지 - 단전지및전지시스템 - 제 1 부 : 안전성시험 3 용어와정의 이표준에서사용하는용어와정의는 KS C IEC 및 KBIA 에서주어지고다음을적용한다. 3.1 시험전류 (I t )

6 제조자에의해규정된 ampere-hour(ah) 단위로나타낸단전지또는전지시스템의정격용량에시간으로나눈값 비고 KS C IEC 참조 3.2 실온 (room temperature) (25 ± 2) 의범위인일반적인실내온도 3.3 정격용량 (rated capacity) 제조자가규정한제원으로방전율, 온도, 방전, 차단, 전압등과같은규정된시험설정조건에서완전히충전된단전지, 모듈, 시스템으로부터회수할수있는전류의총량 3.4 충전상태 (SOC, state of charge) 정격용량의백분율로표현되는단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템의가용용량 비고 KS C IEC , 3.7 에서개작됨 4 일반요구사항 4.1 시험조건 일반 측정에사용된기기의상세사항은결과보고서에기록되어야한다 측정기기 측정기기의범위 사용되는측정기기는측정될전압및전류값을잘나타낼수있어야한다. 측정기기의범위와측정방법은각시험항목에서규정하는정밀도를제공할수있어야한다. 아날로그기기의경우눈금의 3 번째자리까지읽을수있는것이어야한다. 동등한정밀도를제공할수있는다른측정기기를사용하여도된다 전압측정 전압측정에사용되는전압계는최소 1 MΩ/V 의저항을가져야한다 전류측정 전류측정에사용되는전류계및션트 (shunt) 는 0.5 급이상의정밀도를가져야한다 온도측정 단전지의온도는 에규정되어있는수치정의와교정정밀도를갖는표면온도측정기기를사용 2

7 하여측정한다. 온도는단전지의온도를가장잘반영할수있는위치에근접해서측정해야한다. 필요하다면, 추가로적절한위치의온도를측정할수도있다 ( 그림 1 참조 ). 온도측정에필요한상세조건은제조자의조건을따른다 기타측정 그림 1 단전지온도측정방법예 용량, 출력, 등을포함하는다른측정값들은 에제시된측정기기로측정한다 허용오차 규정된또는실측된값에대한제어및측정의전반적인정확도에대한오차한계는다음과같다. a) 전압 : ± 0.5 % b) 전류 : ± 1 % c) 온도 : ± 2 d) 시간 : ± 0.1 % e) 질량 : ± 1 % f) 치수 : ± 1 % 이오차는측정기기의정밀도, 측정오차및기타시험과정에서발생하는다른모든요소들을포함한다 시험온도 특별한언급이없으면각시험전에단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템을시험온도에서최소 12 h 이상안정화시켜야한다. 만약열안정화가빨리이루어진다면이시간은단축될수있다. 3 h 동안유지후단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템의온도변화가 2 미만이라면열안정화가이루어졌다고본다. 이표준에서별다른언급이없다면단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템은제조자가제시하는방법에의하여 3

8 실온에서시험한다. 보기 1 용량측정혹은사이클수명시험등과같은충 방전사이의휴지기간은 30 min 이내로지정한다. 보기 2 시험과시험사이의열평형을위한휴지기간은 3 h 이상으로지정한다. 4.2 시험순서계획 개별단전지, 모듈, 랙이나전지시스템의시험순서는 4.3 에따라고객과공급자사이의합의를전제로한다. 4.3 시험개요 시험에대한개요와특정조항에대한참조는표 1 와같다. 표 1 시험에대한개요 시험항목단전지모듈전지시스템판정기준 1) 용량측정시험 O O O a 제조자가제시한개별제품성능조건을만족하여야한다. 2) 에너지밀도 O O - 3) 저장시험 O O - 4) 사이클수명시험 O O - 제조자가제시한개별제품성능조건을만족하여야한다. 제조자가제시한개별제품성능조건을만족하여야한다. 제조자가제시한개별제품성능조건을만족하여야한다. 5) 효율시험 O a 제조자가제시한개별제품성능조건을만족하여야한다. a 전지시스템구성이유닛랙으로직렬혹은병렬로연결되었을경우, 해당시험항목은유닛랙으로대체시험가능하다. 5 일반시험 5.1 일반충전조건 단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템의시험평가전일반시험이다. 이표준에서특별히언급하지않으면전기적시험전에단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템을다음과같이충전한다. 충전전에단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템은실온에서 0.5 I t A 로제조자가제시하는방전하한전압까지방전한다. 그후제조자가제시하는방법에의해실온에서다시충전한다 5.2 SOC 조절 단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템은다음에규정된바와같이충전되어야한다. 이항목은 KBIA 의이부에서규정하는시험에서요구하는다양한 SOC 상태를만들기위한절차에관한것이다. 4

9 a) 5.1에따라충전한다. b) 충전후 4.1.4에서규정하는방법에따라실온에서휴지시간 3 h 둔다. c) 0.5 I t A 로제조자가제시하는방전하한전압까지방전한다 5.3 치수측정 이항목은단전지의치수를측정한다. 단전지의전체너비, 두께또는지름및셀길이의최대값은 4.1.3에나타낸숫자 3자리까지표기한다. 허용오차에따라유효 최대치수의표기예는그림 2~7 을참조한다. A 형 B 형 C 형 식별부호 1 단자 2 단전지외함 3 벤트 그림 2 원통형단전지 5

10 D H h 지름단자를포함한높이단자를제외한높이 그림 3 원통형단전지의치수측정 식별부호 1 단자 2 단전지외함 3 벤트 A 형 B 형 C 형 그림 4 각형단전지 T W H h 두께너비단자를포함한높이단자를제외한높이 그림 5 각형단전지의치수측정 6

11 A 형 B 형 식별부호 1 단자 2 단전지외함 그림 6 파우치단전지 T W H h 두께너비단자를포함한높이단자를제외한높이 그림 7 파우치단전지의치수측정 7

12 보기타입별 ( 원통형, 각형, 파우치 ) 치수측정표기방법은아래와같다. A 1 A 2 A 3 A 4 N 1 /N 2 /N 3 A 1 E : 배터리에너지저장장치에사용되는단전지 A 2 I : 단전지 A 3 R : 원통형단전지 / P : 각형단전지 /F : 파우치단전지 / Y : 그밖의 A 4 A : A형 / B : B형 / C : C형 N 1 지름 (R일경우 ), 두께 (P, F의경우 ) N 2 전체너비 (P, F의경우, R은해당없음 ), ( 단자포함 ) N 3 전체높이 ( 단자제외 ) 5.4 중량측정 단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템의중량은 에나타낸허용오차에따라유효숫자 3 자리까지표기한다. 5.5 표준사이클 목적 이표준사이클목적은단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템의각테스트에대해동일한초기상태를유지하는데있다 에설명된대로표준사이클은각시험이전에수행하여야한다. 이시험은단전지 / 모듈 / 랙 / 전지시스템모두에적용한다 시험절차 일반 표준사이클은상온에서수행하여야한다. 표준사이클은표준충전 ( 참조 ) 과표준방전 ( 참조 ) 으로구성해야한다. 만약, 어떤이유로표준사이클의종료와새로운시험시작사이의시간간격이 3 h 보다길어지면, 표준사이클을반복할수있다 표준방전 방전율 : 0.5 I t A 또는공급자에의해주어진사양에따른다른규정된방전기간 방전제한 : 공급자에의해주어진사양에따름 안정상태에도달하기까지의방전후휴지시간은 30 min 또는시험대상장치가상온에서열평형에도달할때까지이다 표준충전 충전절차및충전종료판단기준은공급자가정한사양에따라적용하고, 그사양은충전조건으로전반적인충전진행에대한제한시간을포함해야한다. 8

13 충전후안정상태에도달하기까지의휴지시간은 30 min 또는시험대상장치가상온에서열평형에도달할때까지 6 전기적시험 6.1 용량측정시험 a) 5.1 에따라충전한다. 충전후 에서규정하는방법에따라안정화시킨다. b) 정전류로제조자가제시하는방전하한전압까지특정온도에서방전한다. 방전전류는 0.5 I t A 을사용한다. c) 5.5 에따라 2 회진행하여 2 번째사이클의방전용량을측정대상의용량으로취한다 6.2 에너지밀도 시험방법 단전지 / 모듈의중량에너지밀도 (Wh/kg) 및부피에너지밀도 (Wh/L) 는 0.5 I t A 로방전하여결정되며, 구체적인시험방법은다음의절차를따른다. a) 5.3 에규정된방법으로단전지 / 모듈치수를측정한다. b) 5.4 에규정된방법으로단전지 / 모듈중량을측정한다. c) 6.1 의용량측정시험중시간에따른방전전압의적분값을방전시간으로나누어방전중평균방전전압을구한다. 평균방전전압은간단히다음의방법에의해서구할수도있다. d) 방전전압 V 1, V 2, V 3,, V n 을 5 s 간격으로기록한다. 5 s 이하의전압측정값은버린다. 평균방전전압 V avr 은식 1 을이용하여간단히계산하여유효숫자 3 자리로반올림한다. V avr V + V + + V = 1 2 n n... (1) 비고충분한정밀도가보장된다면측정기기자체에서제공되는값을사용할수있다 에너지밀도의계산 단위중량당에너지밀도단위중량당에너지밀도는식 (2) 및식 (3) 에의해계산하며유효숫자 3자리로반올림한다. W = C ed d V avr... (2) 여기에서 W ed : 단전지 / 모듈에너지 (Wh) C d : 방전용량 0.5 I t A V avr : 평균방전전압 (V) 9

14 r ed W = m ed... (3) 단위부피당에너지밀도 여기에서 ρ ed : 중량당에너지밀도 (Wh/kg) W ed : 단전지 / 모듈에너지 (Wh) m: 단전지 / 모듈중량 (kg) 단위부피당에너지밀도는식 (4) 에의해계산하며유효숫자 3 자리로반올림한다. r evlmd W = V ed... (4) 여기에서 ρ evlmd: 부피당에너지밀도 (Wh/L) W ed: 단전지 / 모듈에너지 (Wh) V : 단전지 / 모듈부피 (L) 각형또는파우치단전지의부피는단자를제외한높이, 너비, 길이등을곱하여계산하고, 원통형단전지는단면적에단자를제외한길이를곱하여계산한다. 6.3 저장시험 상온저장시험 100 % SOC 단전지 / 모듈에대한상온저장시험을다음의절차에따라진행한다. a) 6.1 의용량측정시험을통해측정대상의용량을구한다. 이때얻은용량을 C b 로한다. b) 용량측정후 100 % SOC 으로조정된시험대상을 (25 ± 2) 의주변온도에 30 일동안방치한다. c) 720 h (30 일 ) 후시험대상을 C r1 라한다 (6.1 1 번째사이클방전용량참조 ). 2 번째사이클의방전용량은 C r2 라한다. 충전용량보존율은다음식 (5-1) 에의해결정된다. R C r1 1 = C b (5) 10 여기에서 R 1: 충전용량보존율 (%) C r1: 상온방치후 1 번째사이클방전용량 (Ah) C b: 상온방치전방전용량 (Ah)

15 Cr 2 R 2 = (6) C b 여기에서 R 2: 충전용량회복율 (%) C r2: 상온방치후 2 번째사이클방전용량 (Ah) C b: 상온방치전방전용량 (Ah) 충전용량회복율은식 (5-2) 에의해결정된다 고온저장시험 고온저장시험을다음의절차에따라진행한다. a) 6.1 의용량측정시험을통해측정대상의용량을구한다. b) 용량측정후 100 % SOC 으로조정된측정대상을 (45 ± 2) 의주변온도에 720 h (30 일 ) 저장한다. c) 720 h (30 일 ) 후시험대상을 6.1 에따라방전한후식 (5) 및식 (6) 를통해충전용량보존율및용량회복율을구한다. 6.4 사이클수명시험 일반사항 충전및방전으로인한열화를측정하기위해서사이클수명시험을수행하여야한다. 이시험은단전지, 모듈에만적용한다 시험방법 a)~ f) 은필수항목, 제조자가 500 사이클이상의시험결과를제시할때는 g)~j) 을실시해야한다. a) 단전지 / 모듈을주위온도 (25 ± 2) 로규정된방전종지전압까지 1.0 I t A 방전한다. b) 단전지 / 모듈의주위온도 (25 ± 2) 로표준충전한다. c) 단전지 / 모듈을소정의종지전압까지 (25 ± 2), 1.0 I t A 로방전한다. 비고시험시간단축을위해제조자가지정한값의방전전류를적용해도된다. d) a) 와 b) 를 500 회반복한다. e) 6.1 에따라 500 사이클후의용량을측정한다. f) e) 로측정한용량의정격용량에대한비율을산출하여야한다. g) 제조자가 500 사이클이상의시험결과를제시할때는, 그제조자가제시한사이클수까지 b) 와 c) 를반복한다. h) 6.1 에따라제조자가제시한사이클후의용량을측정한다. i) h) 에서측정한용량의정격용량에대한비율을산출하여야한다. j) 사이클시험종료 6.5 효율시험 일반사항 11

16 효율시험의목적은요구되는방전속도에서계산되어진전지시스템의충 방전효율을결정하는것이다. 이시험은어느정도충전된에너지저장시스템이실온에서일정한전력으로사용된이후재충전되었을경우를가정하여제공되는전지시스템의에너지효율을측정한다. 시험되는전력양은제조자와사용자가합의된시험되는에너지저장장치의최대전력사용량을기준으로하여시험한다 시험방법 상온 (25 ± 2) 에서수행하면서초기 SOC 의영향이없는상태에서효율을산출하도록한다 방전 방전출력은공급자가정한정격출력 ( 사양이정해지지않은경우는 0.5 I t A 와평균전압의곱으로산출 ) 사양에따라적용하고, 그사양은방전조건으로전반적인방전진행에대한제한을시간을포함해야한다. 방전제한 : 공급자가제시한사양에따름 안정상태에도달하기까지방전후휴지기간 30 min 또는시험대상장치가상온 (25 ± 2) 에서열평형에도달할때까지 충전 충전출력은공급자가정한정격출력 ( 사양이정해지지않은경우는 0.5 I t A 와평균전압의곱으로산출 ) 사양에따라적용하고, 그사양은충전조건으로전반적인충전진행에대한제한시간을포함해야한다. 충전제한 : 공급자가제시한사양에따름 충전후안정상태에도달하기까지휴지시간 : 30 min 또는시험대상장치가상온 (25 ± 2) 에서열평형에도달할때까지 충전전력량및방전전력량의계산 충전또는방전하는동안의에너지량은다음방법에의해계산할수있다. 방전이시작되면일정시간마다 (30 s 이내 ) 방전전류 (I) 및방전전압 (V) 를읽는다. 식 (7) 을이용하여방전전기에너지및충전전기에너지를계산한다. W = I1 V1 + I 2 V2 + + I 3600 s n V n... (7) 여기에서 12

17 W: 방전전기에너지또는충전전기에너지 (Wh) I n :N 시간간격으로측정된방전전류값또는충전전류값 (A) V n :N 시간간격으로측정된방전전압 (V) 효율계산 표준충전에의한충전총에너지와표준방전에의한총에너지를식 (8) 을이용해서에너지효율을계산한다. W h e = W d c (8) 여기에서 η c : 효율 (%) W d : 표준방전전력량 (Wh) W c : 표준충전전력량 (Wh) 13

18 부속서 A ( 참고 ) 선택적시험조건 이부속서는용량측정시험 (6.1) 및사이클수명시험 (6.4) 에대한선택적추가시험에대한정보를제공한다. 'r' 로표기된시험조건은이표준에규정되어있다. 'a' 로표기된시험조건은단전지제조자와사용자간의합의에따라추가적으로수행할수있다 ( 표 A.1, A.2 참조 ). 구분 표 A. 1 용량시험조건 온도 전류 I t A a a a a 0.5 I t A a a r a 1.0 I t A a a a a 구분 표 A. 2 사이클수명시험조건 온도 전류 I t A a a 1.0 I t A r a 14

20 KBIA KBIAKB KBIAK KBIA KBI KB KBI KBIA KBIAK KBIAKB Secondary Lithium-ion Cell and Battery System Battery Energy Storage System Part 2 : Performance test ICS Korean Battery Industry Association

원안작성협력 : 한국전지산업협회단체표준심의위원회 성 명 근무처 직 위 ( 대표전문위원 ) 현정은 한국자동차부품연구원 선임연구원 ( 위 원 ) 박은성 SK이노베이션 부 장 ( 위 원 ) 이선호 티유브이슈드코리아 차 장 ( 위 원 ) 이희엽 삼성SDI 차 장 ( 위 원 )

원안작성협력 : 한국전지산업협회단체표준심의위원회 성 명 근무처 직 위 ( 대표전문위원 ) 현정은 한국자동차부품연구원 선임연구원 ( 위 원 ) 박은성 SK이노베이션 부 장 ( 위 원 ) 이선호 티유브이슈드코리아 차 장 ( 위 원 ) 이희엽 삼성SDI 차 장 ( 위 원 ) KBIAKBIAK KBIAKBIA KBIAKBI KBIAKB KBIAK KBIA KBIA-10104-01 KBIA KBI 배터리에너지저장장치용리튬이차전지 단전지및전지시스템 제 1 부 : 안전성시험 KBIA -10104-01 한국전지산업협회 2013 년 00 월 00 일제정 http://www.k-bia.or.kr 원안작성협력 : 한국전지산업협회단체표준심의위원회