논문 전문 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0263224118300897
[출처] Akhil Garg, Xiongbin Peng, My Loan Phung Le, Kapil Pareek, C.M.M. Chin,Design and analysis of capacity models for Lithium-ion battery,Measurement,Volume 120,2018,Pages 114-120,ISSN 0263-2241,
https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.02.003.
[논문요약]
Design and analysis of capacity models for lithium-ion battery
SOC추정을 위해 GA(Genetic Algorithm)를 사용하는 논문입니다.
논문에서 말하는 Capacity란 SOC라고 보시면 되며, GA의 Input data는 온도와 C-rate입니다.
따라서 CC(Constant Current)로만 가능한 알고리즘이라는것을 알 수있습니다.
Purpose
GA를 통해 Real time으로 SOC, SOH를 추정하고자 합니다.
CC기준이기에 별다른 Insight는 없었지만 GA를 간소화하여 Mathematic한 수식으로 정리하고자 하는 시도는 인상깊었습니다.
배터리 데이터를 모델링으로 부터 얻어서 학습한다는 점에서 오히려 이 논문은 GA를 쓰고 Capacity를 추정하고 이런것 보다 CC상황에서 실제 배터리를 잘 모사하는 모델을 만들었다는 점을 더욱 부각했으면 좋지 않았을까 싶습니다.
Contents
배터리 모델링을 통해, CC 충방전 인가시 예상되는 전압 변화에 따른 Capacity를 추정합니다.
0.1C-rate부터 5C-rate까지 실험을 진행하며, 온도는 0K~55K 입니다.
(이부분은 뭔가 오류가 있는듯 합니다. 절대온도 0도와 55도라면 영하 200도부근인데요.. 아마 Celsius Degree를 Kelvin으로 잘못 표기한듯합니다.)
직접 실험으로 C-rate,온도 조건별 데이터를 얻지않고 모델링으로 얻은이유는 발열때문입니다.
즉, 동일한 온도조건에서 실험하더라도 C-rate별로 발열량이 다르기때문에 온도가 지속적으로 변화합니다.
이런 상황을 모두 감안하여 실험을 진행하면 사실상 무한대에 가까운 실험갯수가 나오기 때문에
모델링을 통해 데이터를 Generating하여 학습을 위한 데이터를 확보합니다.
논문의 내용보다는 진행하는 과정에서 뭔가 인사이트를 얻을만한 부분이 있었는데요
상기 그림에서 보시다시피, Temperature와 C-rate대비 방전가능 Capacity가 다소 특이하게 나타나있습니다.
물론 셀 전극 케미컬마다 다르겠지만, 이것에 대해서만 해석해보면
일반적인 배터리 상식으로는 온도가 높을수록, C-rate가 낮을수록 Capacity가 잘나옵니다.
하지만, 0%부터 충전해가는 과정이라면 C-rate와 온도가 연관성을 가지게되므로, 이 둘의 Non-linear한 영향성을 도식화한게 상기 그래프로 보입니다.
즉, 논문의 저자가 말한 전류인가시 발열에 의한 데이터 확보 어려움은 상기와 같은 비선형성 때문으로 추정됩니다.
Results
결과도 다소 의문스러운점이 있습니다.
논문 내 Table.A1이라고 표기된 부분중, 일부만 옮겨보겠습니다.
※ 25'C 온도조건에서 방전 C-rate별 용량
- 0.5C-rate : 1.38Ah
- 1.25C-rate : 1.45Ah
- 1.5C-rate : 1.297Ah
- 1.75C-rate : 1.3Ah
동일한 온도조건에서 C-rate를 다르게했는데, C-rate가 높아진다고 용량이 덜나오는것도 더나오는것도 아닌 이상한 관계가 나오게 됩니다. 발열에 의한 요인으로 본다고 논문의 저자는 말했지만, 그렇다고하더라도 1.25C-rate면 저항이 0.5C-rate대비 단순계산으로만해도 2.5배 수준인데, 발열만으로 용량이 5%가량 더나온다는것은 뭔가 이해가 잘안가는 부분입니다. 배터리의 일반적 성질이라기보단, 해당 배터리 셀의 특성도 어느정도 반영되지 않았나 추정됩니다.
참조
[1] Akhil Garg, Xiongbin Peng, My Loan Phung Le, Kapil Pareek, C.M.M. Chin,Design and analysis of capacity models for Lithium-ion battery,Measurement,Volume 120,2018,Pages 114-120,ISSN 0263-2241,
https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.02.003
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