논문 전문 : https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544218304213
[출처] Linfeng Zheng, Jianguo Zhu, Dylan Dah-Chuan Lu, Guoxiu Wang, Tingting He,
Incremental capacity analysis and differential voltage analysis based state of charge and capacity estimation for lithium-ion batteries,Energy,Volume 150,2018,Pages 759-769,ISSN 0360-5442,
https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.03.023.
※ The picture and content of this article are from the original paper.
[논문 요약]
Incremental capacity analysis and differential voltage analysis based state of charge and capacity estimation for lithium-ion batteries
ICA DVA를 통해 SOC를 추정하는 논문입니다.
LFP는 OCV가 Flat한 관계로 SOC Re-calibration에 문제가 많은데요, 이런 경우에 어떤 Breakthru를 가질 수 없을까 찾아보다가 발견한 논문입니다.
논문의 발간 년수에 비해 Citation도 많이되었고 내용적인 측면에서도 Insight가 많았습니다.
Purpose
개인적인 목적으로는 LFP의 SOC Re-calibration을 하는 방안에 대해 연구하다가 찾게된 논문입니다.
해당 논문의 기조상 저와 비슷한 스탠스로 연구를 시작한것 같지만, 어떤 구체적인 목적성보다는 ICA DVA를 통해 열화에도 바뀌지 않는 특정 SOC 포인트를 찾아낸것 그 자체를 목적으로 하는것 같습니다.
Contents
Cycle별로 직접 ICA/DVA를 모두 계산해보고 Plotting하여 Cycle수와 Independent한 지점들을 찾습니다.
이 지점들에서 SOC Re-calibration을 하면 된다 인데, ICA DVA는 온도에도 민감한 데이터인 관계로 온도는 상온으로 고정입니다.
저자는 총 3가지 포인트(Feature Point)를 찾아냅니다.
SOC 12%부근, 69%부근이 처음 찾아낸 두가지 포인트인데요, 상기 그림에서 보시다시피 Cycle에 따라서 크게 변하지 않는 모습을 보이고 최대오차는 1%, 상대오차는 2%로 일관성을 유지하는 것을 발견했다고합니다.
세번째 포인트는 SOC 93%부근입니다.
이 FP는 다른 두개 대비 Variation이 조금 있는 편이긴 하지만, 충분히 SOC Re-calibration에 활용할 수 있다고합니다.
(5mV 간격으로 ICA 수행)
필자는 이 3가지 포인트를 SOC와 엮어 수식을 만드는데요, 간단하게는
SOC = a*FP_1 + b*FP_2 + c*FP_3를 해서 a,b,c를 최적화로 구해내는 방식입니다.
(필자는 a=0.0388, b = -5.316, c = 247.752가 나왔다고합니다.)
이후 FP1지점의 ICA값과 FP2지점의 ICA값의 비율을 비교해본다던가, 3가지 FP에대한 ICA DVA값들을 이리저리 변환해가며 비교해가며 유의미한 상관관계를 도출해내려고합니다.
위의 그림과 같이 FP2의 값을 통해 SOH(Capacity Fading)과의 상관관계도 알아냅니다.
Results
후반부에 적힌 내용도 많은 인사이트를 주었지만, 이 논문은 제가 찾던 목적에 딱 부합하는 논문이였습니다.
물론, 여러 제약조건에 의해 실제 양산필드에서는 적용이 힘들겠지만, 이런식의 연구를 학교에서도 하고 있다는것, 관심이 있다는것 자체가 아주 흥미로웠습니다.
왜냐하면 이 문제는 정말로 산업계가 아니면 크게 연구할만한 부분은 없다고 생각했기때문입니다.
결과적으론 SOH(Cycle)에 대해 강건한 SOC Re-calibration을 위한 새로운 기술이며, 셀의 케미컬에 따라 또 다른 결과가 나올 수 있겠지만(나오겠지만), 한가지 새로운 연구 메소드를 발견하여 좋았습니다.
참조
[1] Linfeng Zheng, Jianguo Zhu, Dylan Dah-Chuan Lu, Guoxiu Wang, Tingting He,
Incremental capacity analysis and differential voltage analysis based state of charge and capacity estimation for lithium-ion batteries,Energy,Volume 150,2018,Pages 759-769,ISSN 0360-5442,
https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.03.023.
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