전기차 주행 조건을 재현하는 Variable Power Discharge Testing(Variable Power Discharge Testing,가변 전력 방전 시험,전기차 배터리 시험,FUDS,DST)

 

목차

 

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USABC, FUDS, DST 시험 절차, 배터리 주행 시험, 팜테크

 

Variable Power Discharge Testing은 전기차가 실제 도로를 주행할 때 배터리에 가해지는 불규칙한 충·방전 부하를 시험실에서 재현하는 시험이다. 일정한 전류나 일정한 전력으로 배터리를 방전하는 시험과 달리, 차량의 가속과 감속에 따라 요구 전력이 계속 변화하도록 시험 프로파일을 구성한다. 특히 감속 시 발생하는 회생제동 충전까지 포함하기 때문에 배터리의 출력 성능뿐 아니라 실제 운행 조건에서의 내구성과 에너지 수용 능력을 함께 평가할 수 있다. USABC 시험 절차에서는 이를 전기차의 운전 거동이 배터리 성능과 수명에 미치는 영향을 확인하기 위한 핵심 성능시험 중 하나로 정의하고 있다.

 

실제 도심 주행을 모사하는 FUDS 시험

FUDS USABC 배터리 도심 주행 시험, 팜테크

 

FUDS는 Federal Urban Driving Schedule의 약자로, 실제 도심 주행 데이터를 기반으로 만들어진 시간-속도 프로파일이다. USABC 시험에서는 이 차량 속도 변화를 배터리가 공급하거나 회수해야 하는 전력-시간 프로파일로 변환하여 사용한다. FUDS 기반 시험 프로파일은 총 1,372초 동안 초 단위로 전력이 복잡하게 변화하며, 급가속에 해당하는 높은 방전 출력과 감속 시의 회생 충전이 반복된다. 원래 계산된 최대 요구 출력은 배터리 질량당 약 111 W/kg이지만, 시험 적용을 위해 79 W/kg에서 제한한 FUDS79 프로파일을 사용하고 이를 시험 대상 배터리의 출력 수준에 맞게 확대하거나 축소할 수 있다.

 

FUDS 시험은 배터리를 완전히 충전하고 지정된 시험 온도로 안정화한 후 시작한다. 이후 설정된 최대 시험 출력에 맞춰 조정된 FUDS 프로파일을 휴지 시간 없이 연속으로 반복한다. 시험은 정격 용량에 도달하거나 방전 전압 한계와 같은 배터리 제한 조건에 도달할 때까지 진행된다. 프로파일의 특정 구간에서 요구 전력을 달성하지 못하면 시험을 종료하며, 회생 충전으로 인해 배터리 손상 가능성이 있는 경우에는 시험 계획에서 회생 전력, 전류 또는 전압 제한을 별도로 설정할 수 있다.

 

 

시험실 적용성을 높인 DST 시험

USABC DST 배터리 주행 시험, 팜테

 

DST, 즉 Dynamic Stress Test는 복잡한 FUDS 프로파일을 일반적인 배터리 시험 장비에서도 구현할 수 있도록 단순화한 가변 전력 시험이다. DST는 360초 동안 20개의 시간 구간과 7개의 전력 수준을 조합하며, 낮은 방전 부하와 최대 출력 방전, 그리고 회생 충전 구간을 반복한다. 첨부 문서의 16페이지 그래프에서는 방전 출력이 최대 출력의 -100%까지 증가하고, 회생 충전은 +50%까지 적용되는 형태를 확인할 수 있다. 시험 출력은 배터리의 정격 출력이나 목표 출력에 맞춰 조정하며, 예를 들어 최대 출력이 120 W/kg인 시험은 DST120으로 표시한다.

 

DST 프로파일은 배터리가 완전 충전된 상태에서 시작하여 360초 주기를 휴지 시간 없이 반복한다. 각 전력 단계의 전환 시간은 최대 1초이며, 시험은 정격 용량이나 지정된 방전 깊이에 도달하거나 배터리가 전압 및 전류 제한 안에서 요구 전력을 더 이상 따라가지 못할 때 종료한다. 시험 결과에서는 최대 전력 단계, 완료한 프로파일 횟수, 총 방전 용량과 회생 충전을 제외한 순 방전 용량, 에너지량 및 시험 중 적용된 제한 조건을 함께 분석한다. 따라서 Variable Power Discharge Testing은 단순한 배터리 용량 측정을 넘어 실제 차량 운행 중 발생하는 반복적인 출력 변화, 회생제동 수용 능력, 전압 안정성 및 동적 내구성을 종합적으로 평가하는 시험이라고 할 수 있다.

 

 

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