논문 전문 : https://semarakilmu.com.my/journals/index.php/fluid_mechanics_thermal_sciences/article/view/71
[출처]
Mat Razi, M. F. I. ., Che Daud, Z. H. ., Asus, Z., Mazali, I. I. ., Mohd Ibtisyam Ardani, & Abdul Hamid, M. K. . (2021). A Review of Internal Resistance and Temperature Relationship, State of Health and Thermal Runaway for Lithium-Ion Battery Beyond Normal Operating Condition. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 88(2), 123–132. https://doi.org/10.37934/arfmts.88.2.123132
※ The picture and content of this article are from the original paper.
[논문요약]
A Review of Internal Resistance and Temperature Relationship, State of Health and Thermal Runaway for Lithium-Ion Battery Beyond Normal Operating Condition
배터리의 Internal Resistance(이하 IR)와 온도의 관계성에 대해 연구한 논문입니다.
이전에 정리한 논문도 IR과 Capacity Fading의 관계성에 대한 논문이였는데, 최근 IR에 대해 관심이 많아졌기 때문입니다.
일반적인 상식으로는 IR이 SOC, 온도,...에 따라 어떻게 거동이 바뀌는지 알고있지만, 조금더 정량적으로, 그리고 일반적인 상식에서 벗어나는 물리적 현상들에 대해 탐구하고싶기때문입니다.
Purpose
온도별 IR이 어떻게 변화하는지, 실측을 통해 확인하는 논문입니다.
EIS를 통해 측정했기때문에 이 IR이 맞다 틀렸다를 왈가불가할 수 있는 것은 아니지만, 적어도 다른 논문들처럼 1RC-ECM의 파라미터를 RLS 알고리즘 돌려서 알아내는 방식으로 추정한 IR은 아니라는 점에서 최소한의 노력은 했기때문에 신뢰가 가는 논문입니다.
Contents
논문의 도입이 신선합니다.
High Temperature에서 동작해야하지만, 배터리가 필요한 제품들을 쭉 나열하는데, 단순 EV뿐만 아니라 의학용으로 사용되는 초소형 디바이스용 배터리, 땅 굴삭기 혹은 지하 깊숙한곳에서의 작업을 위한 제품들의 배터리들이 있다고합니다.
그리고, 이런 특수한 니즈에 맞추어 CUSTONCELLS라는 회사에서 HT Li-ion battery를 개발했다고 하는데요, 75'C가 넘는 온도에서도 500사이클을 Capacity SOH 80% 이상 보여주며 동작했다고합니다.
아쉽게도 어떠한 원리에서 그런지는 기재되어있지 않습니다.
CUSTONCELLS사의 제품을 75~125'C까지 고온에서 사이클 수명을 테스트한 자료인데, 이정도면 바이럴이 아닐까라는 생각도 들었습니다.
일반적인 상식처럼 특정 SOC에서 온도별 IR을 EIS를 통해 찍은 그래프입니다.
저온으로 갈수록, 저항이 커지는것을 확인할 수 있는데 이 그래프는 참조에 기재된 다른 논문에서 퍼온것이라고 합니다.
그리고 조금 의아했던 그래프입니다.
Degraded Cell과 New Cell이 30'C이상에서는 저항ㅇ이 큰 차이를 보이지 않고 심지어 55'C에서는 완벽하게 겹치는 모습입니다.
y축이 IR/standardized라 되어있고, 논문상에는 그게 무엇을 의미하는지 기재되어있지 않으나 IR을 단위변환만 한 정도로 보여집니다. 즉, 저온에서는 SOH에 따른 IR의 특성이 달라지는데 상온에서는 달라지지 않는다고합니다.
이건 EIS로 직접 찍었기 때문에, 장비의 문제이거나 혹은 실제 열화가 별로 되지 않았던것으로 보입니다.
그 이유는, EIS는 엄밀히 말하면 동일한 조건에서 여러번찍어도 값이 다르게나오기도합니다. 그만큼 아주 Sensitive한 장비이기 때문인데요, 오히려 저는 이 그래프를 맞게 해석하려면 두개의 SOH 차이가 안나오는 셀에 대해서 저온에서 조금 편차가 크게 저항이 찍혔다고 생각합니다.
그 이유는, 필자가 SOH를 모를리도 없고, 열화가 되었는데 저항이 완벽하게 동일하다 라는건 말이 안되기 때문입니다.
물론 엄밀히 말하면 SOHr과 SOHc로 나뉘긴 하지만, General하게 봤을때 충분히 Degraded된 셀이라면 온도와 관계없이 IR편차가 반드시 나야합니다.
이외에는 열폭주 과정에서 온도가 얼마나 급변하는지에 대해 정리해놓았는데, Whole Process가 발생하는데는 약 4000초가 걸린다고합니다. 두장정도 이것에 대해 내용이 적혀있는데, Thermal Runaway에 대해 궁금하시다면 하기 논문을 더욱 추천드립니다.
https://limitsinx.tistory.com/238
[Power Sources-2014] Thermal runaway features of large format prismatic lithium ion battery using extended volume accelerating r
논문 전문 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775314000159 [출처] Xuning Feng, Mou Fang, Xiangming He, Minggao Ouyang, Languang Lu, Hao Wang, Mingxuan Zhang, Thermal runaway features of large format prismatic lithium ion batt
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Results
방법론적으로나 논문의 내용이나 학위논문보다 못한 수준의 논문이였습니다.
Review 논문이라 되어있으나, 사실상 Review라고 보기도 민망할 정도로 진행한 실험의 양이나 참고한 논문들을 분석한 정도가 아주 떨어졌습니다.
제가 저널을 안가리고, 보고싶은 주제의 논문이면 보는 버릇이 있는데, 다시한번 쫌 저널을 가려서 봐야할까 싶습니다.
특히, Fig.6에 있는 그림에 대한 해석은 많이 아쉬움이 남는 논문입니다.
참조
[1] Mat Razi, M. F. I. ., Che Daud, Z. H. ., Asus, Z., Mazali, I. I. ., Mohd Ibtisyam Ardani, & Abdul Hamid, M. K. . (2021). A Review of Internal Resistance and Temperature Relationship, State of Health and Thermal Runaway for Lithium-Ion Battery Beyond Normal Operating Condition. Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences, 88(2), 123–132. https://doi.org/10.37934/arfmts.88.2.123132
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