논문 전문 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261918300102
[출처] Jufeng Yang, Bing Xia, Wenxin Huang, Yuhong Fu, Chris Mi,
Online state-of-health estimation for lithium-ion batteries using constant-voltage charging current analysis,Applied Energy,Volume 212,2018,Pages 1589-1600,ISSN 0306-2619,https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.01.010.
※ The picture and content of this article are from the original paper.
[논문요약]
Online state of health estimation for lithium-ion batteries using constant voltage charging current analysis
꽤나 다양한 어플리케이션에 적용이 가능할 것 같은 HI 인자를 찾던 중 CVCT를 비롯해서 CV시간에서의 어떤 유의미한 변화량을 통해 추정하는 논문들이 많아 읽다가 발견한 논문입니다.
기본적으로 CV상태는 배터리를 분석하기에 다른 환경보다 좋습니다. 왜냐하면, 배터리의 가장 큰 3요소(V/I/T)중 V/T가 정적인 상태이기 때문입니다. (CV에서의 전류에 대해 발열량은 작다고 가정)
따라서, 3가지 변인을 다루다가 1가지 변인에 집중하면 되는 관계로 저도 꽤나 괜찮은 Approach라고 보고있습니다.
Purpose
CV도달시 충전전류의 변화량의 시상수(Time constant)를 계산하여 SOH와의 관계성을 만들어 냅니다.
사실상 시상수는 변화량 커브의 대표값을 찾을뿐, 커브 자체가 달라지게 되는게 중요 포인트입니다.
논문에서 간과하고 있는 부분도 있는데 하기에 정리해보겠습니다.
Contents
논문은 크게 2가지로 나누어집니다.
1. ECM(전기적 등가회로 모델링)
2. CV Time constant를 통한 SOH 추정
1. ECM
ECM 모델링은 CV 전압커브 예측을 목적으로 만들어집니다.
즉, CV충전 도중 비정상적으로 충전이 끊어지는 경우 모델링을 통해 해당 거동을 예측하기 위함입니다.
2RC, 1RC ECM각각에 대해 다루는데 저자는 Computational Cost를 고려해서 1RC ECM을 권장합니다.
논문의 시퀀스 자체가 상기와 같습니다. CCCV/CC방전으로 열화를 계속시키면서 특성 Cycle마다 HPPC를 찍어 ECM파라미터를 추정합니다. 따라서 Empirical한 모델이라고 보시면 됩니다.
이후 만들어진 ECM을 통해 상기와 같이 CV가 비정상적으로 끊어지는 경우의 CV 예상 Curve를 그려냅니다.
이를 통해, 어떤 경우에도 CV커브를 추정할 수 있습니다.
2. CV Time Constant를 통한 SOH 추정
필자는 열화가 될수록 CV시간이 길어진다고합니다.
그런 전제로 이 논문을 풀어나가는데요, 하지만 이건 이상적인 경우입니다.
CVCT논문을 다룰때 SOHr과 SOHc의 관계성에 대해 정리한게 있는데요, 상세한 내용은 하기링크를 확인하시면 좋습니다.
https://limitsinx.tistory.com/226
열화가 될수록 반드시 CV시간이 길어지는건 아니라는것은 상기링크의 논문을 통해 증명되었습니다.
즉, SOHr이 SOHc보다 더큰경우/작은경우/같은경우를 각각 나누어 다루어야하지만, 현재 해당 논문은 SOHr과 SOHc가 동일한 경우를 가정하여 진행하는것으로 보입니다.
즉, 열화가 된다고해서 CV시간이 반드시 길어진다고 볼수는 없습니다.
Anyway
해당 논문은 이런식으로 논문을 진행해나가며, 결국 Cycle별 CV시간에 대한 Time constant를 기준으로 SOH를 추정합니다.
Results
CVCT보다는 낫지만, 저자가 접근한 방식에서 조금 비틀어 Time constant가 아닌 새로운 방식으로 CVC를 해석하는것이 어떨지 생각됩니다. 현재 제가 그렇게 연구를 진행하고있는데, 꽤나 유의미한 Breakthru가 보이긴 합니다.
참조
[1] Jufeng Yang, Bing Xia, Wenxin Huang, Yuhong Fu, Chris Mi,
Online state-of-health estimation for lithium-ion batteries using constant-voltage charging current analysis,Applied Energy,Volume 212,2018,Pages 1589-1600,ISSN 0306-2619,https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.01.010.https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.07.036.
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