eVTOL 항공기용 HESS 적용방안 = Application of HESS for eVTOL Aircraft|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

eVTOL 항공기는 수직 이착륙과 순항 구간을 병행하는 운항 프로파일의 특성상 이착 륙 시 기체 중량을 극복하기 위한 순간적인 고출력을 필요로 한다. 이러한 고출력 충·방 전 환경은 주 동력원인 리튬 이온 배터리에 전기화학적 및 열적 스트레스를 가중시켜 급 격한 수명 단축과 내부 저항 증가를 유발하며, 이는 곧 기체의 안전성 저하 및 운용 비용 증가로 직결된다. 그러나 현재의 단일 배터리 시스템만으로는 eVTOL이 요구하는 높은 에너지 밀도와 고출력 특성을 동시에 안정적으로 충족하기에는 기술적 한계가 존재한다. 이에 본 논문은 이착륙 구간의 과도한 부하를 분담하여 배터리를 보호하고 시스템의 신 뢰성을 확보하기 위해 리튬 이온 배터리와 슈퍼커패시터를 결합한 하이브리드 에너지 저 장 시스템의 적용 방안을 제안하였다. 본 연구는 우선적으로 다양한 하이브리드 시스템 간의 Trade-off Study를 수행하여 운 용성 측면에서 배터리-슈퍼커패시터 조합의 적합성을 확인하였으며, 기체 제원을 기반으 로 한 이론적 모델링을 통해 HESS 적용 시 배터리가 감당해야 할 C-rate가 단일 시스템 대비 유의미하게 저감됨을 이론적으로 검증하였다. 소형화 모델 시험 결과, 단일 배터리 시스템은 사이클이 진행됨에 따라 급격한 용량 퇴화와 내부 저항의 상승을 보인 반면, HESS는 슈퍼커패시터의 부하 분담 효과로 인해 가용 용량 감소율이 단일 시스템 대비 약 1/3 수준으로 억제되었으며 내부 저항의 증가폭 또한 획기적으로 감소함을 확인하였 다. 아울러 이착륙 직후 발생할 수 있는 초기 전압강하 현상이 효과적으로 완화되어 전력 공급의 안정성이 확보됨을 입증하였다. 이를 통해 HESS는 가혹한 운용 환경에서도 배터 리의 기대 수명을 연장하고 비행 안전성을 강화할 수 있을 것으로 보이며, 향후 eVTOL 항공기의 상용화 및 운용 경제성을 제고하는 핵심 기술이 될 것으로 판단한다. 주제어 : eVTOL, 리튬 이온 배터리, 슈퍼커패시터, HESS

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eVTOL 항공기는 수직 이착륙과 순항 구간을 병행하는 운항 프로파일의 특성상 이착 륙 시 기체 중량을 극복하기 위한 순간적인 고출력을 필요로 한다. 이러한 고출력 충·방 전 환경은 주 동력...

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