논문 전문 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0306261916314507
[출처] Zeyu Chen, Rui Xiong, Jinpeng Tian, Xiong Shang, Jiahuan Lu,
Model-based fault diagnosis approach on external short circuit of lithium-ion battery used in electric vehicles,Applied Energy,Volume 184,2016,Pages 365-374,ISSN 0306-2619,https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.10.026.
※ The picture and content of this article are from the original paper.
[논문요약]
Model-based fault diagnosis approach on external short circuit of lithium-ion battery used in electric vehicles
이 논문은 배터리 모듈 내 외부단락(External Short circuit, 이하 ESC)을 진단하기 위한 방식에 대한 연구로, 1RC ECM을 기반으로 Reference 모델 대비 변화량을 모니터링하며 진단을 하는 아주 일반적인 논문입니다.
해당 논문은 특별한점은 전혀 없습니다. 다만, 인사이트를 주는 부분이 한가지 있어 정리를 하게되었는데, 진단을 하기위한 진입 조건으로 특정 전압과 전류에 따라 ECM을 해석하는 접근 방식을 달리한다는 점입니다.
Purpose
ESC를 진단하기 위한 논문입니다.
2가지 스텝으로 나누어, 첫번째로 전압 drop과 같은 직접적으로 눈에 보이는 지표들을 통해 한번 이상 감지가 되는 셀들을 걸러내며, 걸러진 셀들 중 1RC ECM을 통해 Reference값과 비교하여 2차 진단을 합니다.
이상 배터리를 진단하는 관점에선 진부한 논문입니다만, 직접 배터리 열폭주를 진행한다는 점, 열화상 카메라를 통해 온도변화를 직접 촬영한다는점에서 다소 좋은 점수를 받은듯 합니다.
Contents
해당 논문의 장점은 위 그림입니다.
그림 한장에 논문이 지향하는 모든것을 담고 있습니다.
특정 전압 이하, 특정 전류 이상과 같은 조건에 따라 1RC ECM을 해석하는 방법이 달라집니다.
특정 조건을 만족하는 경우, ESC에 의한 용량 차이가 있을것으로 추정하고 OCV-SOC Table Mapping을 위한 SOC가 단순 전류적산이 아니라 ESC에 의해 줄어들 것으로 생각되는 용량을 계산한다는 점입니다.
즉, SOC를 일반적인 전류적산으로 계산하는것이 아니라, 특정 조건을 만족하는 경우에는 ESC가 있다고 가정을 하고 SOC에 특정 Factor를 추가해준다고 생각하면 편합니다.
이후 정상상태에서 파라미터를 뽑아놓은 1RC ECM과 전압비교를 통해 이상진단을 하게되는데, 다소 유의미해보이는 포인트 한가지는 1RC ECM의 파라미터를 뽑을때 RC Parallel Circuit의 Time constant까지 한번에 최적화의 대상으로 둔다는 점입니다.
RC = Time constant이기에 R/C를 최적화하나 R/Time Constant를 최적화하나 별반 다른점은 없지만 보통은 Circuit Component 자체를 변수로 두고 최적화 하는 경우가 많기때문입니다.
이외 A1~A7이라는 변수도 최적화의 대상으로 두는데, 이것은 위에서 언급한 ESC가 있다고 가정하고 SOC를 추정할때
이때의 SOC와 OCV를 7개의 변수에 대한 Curve fitting을 하기 위함입니다.
그냥 Look up table로 OCV-SOC Mapping해서 쓰셔도 전혀 관계가 없습니다.
Results
해당 논문은 Figure에 대해 저자가 자유롭게 풀어주지 않아, 이미지를 따올수있는게 거의없었습니다.
따라서, 글로 짧게 정리하자면 하기와 같습니다.
1. 1RC ECM의 Parameter를 최적화한다. (시험데이터 기반)
- 파라미터 10개 : A1~A7(OCV-ESC,SOC Curve Fitting), 시상수, Rp, Ri
2. 특정 조건을 만족하는 경우와 만족하지 않는 경우로 나눈다.
3. 2번의 각각의 조건에 맞게 1RC-ECM과 실제 배터리 셀의 전압을 비교하여, Threshold이상으로 차이가 나는부분들에 대해 이상이 있다고 판단한다.
참조
[1] Zeyu Chen, Rui Xiong, Jinpeng Tian, Xiong Shang, Jiahuan Lu,
Model-based fault diagnosis approach on external short circuit of lithium-ion battery used in electric vehicles,Applied Energy,Volume 184,2016,Pages 365-374,ISSN 0306-2619,https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.10.026.
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