논문 전문 : https://ieeexplore.ieee.org/document/9121487
[출처]
Ramadan, M. & Pramana, Bhisma & Widayat, Sigit & Amifia, Lora & Cahyadi, Adha & Wahyunggoro, Oyas. (2015). Comparative Study Between Internal Ohmic Resistance and Capacity for Battery State of Health Estimation. Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology. 6. 113. 10.14203/j.mev.2015.v6.113-122.
※ The picture and content of this article are from the original paper.
[논문요약]
Investigation on the Impact of the HPPC Profile on the Battery ECM Parameters’ Offline Identification
Ohmic Resistance 와 Capacity Fading의 관계에 대해 서술한 논문입니다.
개인적으로, 대략적인 Capacity SOH와 Resistance SOH의 상관관계를 찾고자 이쪽 논문을 보고있었는데요, 우연히도 ECM을 기반으로 이 관계성을 파악하고자 하는 논문이 있어 정리해보게 되었습니다.
크게 인사이트가 있진 않으며, 저항 추정 또한 Curve Fitting한 값이기에 개형도 이상하지만, SOH(Cycle수)와의 유의미한 관계를 찾아낸 논문입니다.
Purpose
1RC-ECM을 기반으로 RLS Algorithm을 통해 Parameter Estimation을 하고 추정한 저항, 커패시터값들과 Cycle수의 관계를 찾아보고, 전류적산값을 통한 SOH를 추정하여 Capacity SOH(이하 SOHc), Resistance SOH(이하 SOHr)의 관계성에 대해 모색하는 논문입니다.
Contents
30초 Pulse, 30초 Rest를 하는 HPPC같은 실험을 진행하고, 이를 통해 1RC-ECM의 파라미터값을 추정합니다.
특정 사이클(노화)를 시키고 상기 HPPC를 반복하며, 사이클이 진행됨에 따라 저항값이 어떻게바뀌는지 RLS Algorithm의 Curve Fitting을 통해 추정합니다.
상기 스펙과 같은 소용량 셀을 사용하기에, 약 20사이클만 돌려도 EOL에 도달하는 모습을 볼 수 있습니다.
1RC-ECM의 저항값은 낮은 SOC구간에선 급격한 변화를 보이기에 대체적으로 평탄한 개형을 띄는 20~80%구간을 한정하여 실험을 진행했고, 실험 챔버는 Room Temperature로 고정하였습니다.
결과적으로 1RC-ECM을 통해 추정한 SOC-OCV 그래프는 상기와 같고, 어느정도 융통성 있는 추정 결과를 보여주는것을 확인할 수 있습니다.
하지만, Resistance를 통한 SOH 추정은 꽤나 어려웠다고 합니다. 특히, 특정 영역에서는 하기와 같이 저항변화가 없는 것도 있었다고 합니다. 따라서, 저자는 SOHc가 SOHr보다 연산 빈도는 낮으나, 정확도 측면에서 훨씬 좋았다고 합니다.
결과적으로 이 논문에서 어떤 유의미한점을 꼽자면, EOL SOHc(80%)에서 SOHr을 200%로 본다는점 (일반적인 것을 재확인)과 Resistance보단 Capacity로 SOH를 추정하는것이 더욱 효과적이라는 것입니다.
Results
엄청난 인사이트를 준 논문은 아니지만, 8년전임에도 SOHr과 SOHc의 관계성을 모델링을 통해 찾으려고 했다는 점에서 꽤나 신선했습니다. 저는 개인적으로, SOHr과 SOHc를 별개의 것으로 보고 연구를 합니다.
당연히 Coupling된 개념이긴 하지만, 열화 메커니즘에 따라 SOHr이 극도로 높은데 SOHc는 그다지 높지않거나 Vice Versa이거나 하는 경우를 실제 필드에서 많이 봤기때문입니다.
예를들어, 리튬이 죽지 않아 용량상에는 문제가 없음에도 전해질이나 분리막의 저항이 부반응에 의해 극도로 높아질 수도 있기에 둘의 거동은 전체적으로 비례하는 관계이긴 하나, 반드시 그렇다고는 할수 없기 때문입니다.
특히, 진단에 관한 연구를 할때 그렇습니다.
SOHc가 감소하는것은 이상한 현상이 아니고 자연스러운 현상입니다. 이런것들을 감안하였을때 SOHr이 어떤식으로 거동을하는지, 특히 Over Shooting하는 부분은 없는지, 있다면 Over Shooting의 Threshold는 무엇인지와 같이 둘을 약간 별개의 것으로 보는것이 편리한 부분도 있습니다.
참조
[1] Ramadan, M. & Pramana, Bhisma & Widayat, Sigit & Amifia, Lora & Cahyadi, Adha & Wahyunggoro, Oyas. (2015). Comparative Study Between Internal Ohmic Resistance and Capacity for Battery State of Health Estimation. Journal of Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology. 6. 113. 10.14203/j.mev.2015.v6.113-122.
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