배터리 충방전 시험 FUDS란?(Federal Urban Driving Schedule, 자동차, 리튬이온, Battery Cycler Tester)

 

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배터리 충방전 시험 FUDS란?

 

FUDS(Federal Urban Driving Schedule)는 미국 연방정부에서 설계한 표준 주행 사이클로, 도시 환경에서의 차량 주행 조건을 모사하여 연비, 배출가스, 에너지 효율성 등을 평가하기 위해 사용됩니다. 이 사이클은 도시 내 실제 교통 흐름 데이터를 기반으로 설계되었으며, 다양한 속도 변화와 정지, 가속, 감속 등의 반복적인 패턴을 포함하고 있습니다.

 

FUDS는 도심 주행 환경에서 차량의 에너지 소비 및 배출 특성을 정확히 반영하는 것이 목표입니다. 평균 속도는 약 32km/h로, 정체가 잦은 도시 환경의 저속 주행 특성을 나타냅니다. 최고 속도는 약 91km/h로 설정되어 도심 내 고속 구간이나 급격한 가속 상황도 포함됩니다. 주행 시간은 약 1360초(22분 40초)로, 연속적인 주행 데이터가 포함되어 차량의 지속적인 동작을 평가할 수 있습니다. 또한, FUDS는 정지와 재가속, 저속 주행의 빈번한 반복으로 구성되어 있으며, 교통 신호나 정체 상황에서의 배터리 및 차량 성능을 정확히 분석할 수 있습니다.

 

FUDS의 주요 특징:

1. 평균 속도: 약 32km/h로, 도심에서의 저속 주행을 반영합니다.
2. 최고 속도: 약 91km/h로, 도심 내 고속 구간이나 급격한 가속 상황을 포함합니다.
3. 시험 시간: 약 1360초(22분 40초)로 구성됩니다.
4. 정지 및 가속: 빈번한 정차와 재가속, 저속에서의 정체 상황을 반영합니다.
5. 주행 패턴: 고속도로 주행과 달리 지속적인 속도 변화와 교통 신호로 인한 정지가 포함됩니다.

 

FUDS 시험 방법

FUDS 주행 사이클은 실험실 환경에서 주로 차량 동력계 또는 배터리 테스트 장비를 통해 시뮬레이션됩니다. 다음은 시험 과정의 주요 단계입니다:

1. 시험 환경 설정

• 시험은 통제된 실험실 내에서 수행됩니다.
• 일정한 환경 온도(예: 25°C)에서 진행되며, 외부 요인(온도 변화, 바람 등)이 결과에 영향을 미치지 않도록 합니다.

2. 시험 대상 준비

• 완전 충전된 배터리 또는 차량이 테스트에 사용됩니다.
• 초기 SOC(State of Charge)는 통상적으로 80%로 설정됩니다.

3. FUDS 프로파일 재현

• 속도-시간 프로파일: FUDS 사이클은 시간에 따른 차량 속도의 변화를 그래프로 나타낸 프로파일로 정의됩니다.
• 시험 장비(예: 동력계)는 이 프로파일을 따라 차량이나 배터리의 작동 상태를 모사합니다.

4. 측정 데이터 수집

• 배터리 시험의 경우:
  • 전압, 전류, SOC 변화, 온도 등을 시간별로 기록합니다.
• 차량 시험의 경우:
  • 연비, 배출가스, 동력 소비 데이터를 수집합니다.

 

FUDS는 차량과 배터리 평가에 있어 중요한 역할을 합니다. 전기차의 경우, 배터리의 충전 상태(SOC) 변화를 정밀히 평가할 수 있으며, 배터리 관리 시스템(BMS)의 성능을 검증하는 데 사용됩니다. 또한, 내연기관 차량에서는 배출가스 규제 준수 여부를 평가하기 위해 활용됩니다. 이 사이클은 실험실 환경에서 동력계 또는 배터리 테스트 장비를 통해 시뮬레이션되며, 차량의 에너지 소비 패턴과 배터리의 성능을 다각도로 분석할 수 있습니다.

 

 

 

이 두 그래프는 배터리의 전기화학적 특성과 시간에 따른 변화를 시각적으로 보여주며, 실험 후반부에 배터리 SOC가 감소하면서 C1, R1과 같은 변수에서 급격한 변화가 나타나는 것을 확인할 수 있습니다. 이는 배터리가 방전 상태에 가까워질수록 내부 전기적 및 화학적 반응이 변동된다는 것을 시사합니다.

 

FUDS는 단순히 에너지 효율성을 평가하는 것을 넘어, 배터리 및 차량 성능 최적화를 위한 데이터 제공의 중요한 도구로 활용됩니다. 이를 통해 제조업체와 연구자들은 차량의 실제 도심 주행 환경에서의 성능을 정확히 예측하고 개선할 수 있는 기반을 마련할 수 있습니다.

 

 

 

 

 

팜테크 충방전기를 이용한 FUDS 구현

 

 

먼저, 실험 준비 단계에서 적합한 팜테크 충방전기를 선택해야 합니다. 팜테크의 고성능 충방전기는 FUDS와 같은 복잡한 주행 프로파일을 시뮬레이션하기에 적합하며, 높은 정밀도와 빠른 응답성을 제공합니다. 이 장비는 FUDS와 같은 복잡한 주행 데이터를 정확하게 재현할 수 있으며, 환경 챔버를 통해 테스트 환경의 일정한 온도를 유지합니다. 또한, 팜테크의 전용 소프트웨어를 활용하여 데이터를 실시간으로 모니터링하고 분석할 수 있습니다.

 

 

 

 

FUDS 실험을 위한 주행 데이터는 팜테크 충방전기의 소프트웨어에 업로드합니다. 이 소프트웨어는 방대한 양의 주행 데이터를 처리할 수 있으며, FUDS 데이터를 Excel 또는 CSV 형식으로 입력하여 시스템에 적용할 수 있습니다. 이후 배터리를 초기 SOC 80%로 설정하고, 테스트 한계 조건(충전 및 방전 한계, 종료 조건 등)을 소프트웨어에서 설정합니다. 또한, 배터리 보호 기능(과전압, 과전류, 과온도 등)을 활성화하고 데이터 손실 방지를 위한 자동 백업 기능을 사용합니다.

 

 

 

 

 

실제 실험에서는 팜테크 충방전기를 통해 FUDS 프로파일을 실행하며, 배터리를 반복적으로 충방전하면서 데이터를 기록합니다. 이 과정에서 FUDS 주행 조건을 시뮬레이션하며 1360초 동안 배터리의 SOC, 전압, 전류, 온도 등의 데이터를 고속 샘플링으로 실시간 기록합니다. 이러한 데이터는 배터리 충방전 반응과 SOC 변화 곡선을 분석하는 데 사용되며, 소프트웨어는 평균 오차(MAE), 최대 오차(MAX), RMS 오차(RMSE) 등 성능 지표를 계산하여 SOC 평가 알고리즘의 정확성을 검증합니다.

 

마지막으로, 실험 결과를 기반으로 보고서를 생성합니다. 이 보고서는 배터리 성능 평가와 SOC 추정 알고리즘 개선에 활용됩니다. 실험이 완료된 후에는 배터리의 물리적 상태와 성능 유지 여부를 점검하며, 팜테크 충방전기의 정기적 유지 보수와 보정을 통해 지속적인 실험 신뢰성을 확보합니다.

 

팜테크 충방전기는 FUDS와 같은 복잡한 주행 조건을 빠르고 정밀하게 재현할 수 있는 고급 기능을 제공하며, 이를 통해 배터리 관리 시스템(BMS) 개발과 배터리 성능 최적화에 중요한 데이터를 제공합니다.

 

 

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 시스템 솔루션을 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

팜테크