논문 전문 : https://iopscience.iop.org/article/10.1149/07711.0403ecst
[출처] Theodoros Kalogiannis et al 2017 ECS Trans. 77 403DOI 10.1149/07711.0403ecst
[논문 요약]
Incremental Capacity Analysis of a Lithium-Ion Battery Pack for Different Charging Rates
본 논문은 최근 읽은 논문중 가장 마음에 드는 논문이였습니다.
논문이 엄청 화려하다거나, 기술적 진일보를 이룬 어떤 것을 다루는건 아니지만, 딱 제가 필요한 내용이 정리되어있고 군더더기없이 Fact만 정리해놓았기 때문입니다.
잘 정리된 논문이나, Figure가 Open 되어있는것이 없어서 포스터 형식으로 발표된 논문 인 점을 고려하여, 포스터를 일부분씩 분할하여 정리했습니다.
Purpose
여러 배터리 셀을 연결하여 팩(제가 보기엔 모듈규모)을 만들고, 온도별/C-rate별/열화별... 다양한 조건에 대해 ICA를 그려보는 논문입니다.
이 논문이 이제까지와 다른점은 바로 팩이라는 것입니다.
단지 팩으로 실험한다는것만으로도 많은 차이가 나는데, 단 셀 기준으로는 볼 수 없었던 동일한 C-rate에서의 셀별 발열량 차이에 따른 ICA Curve의 차이 같은것을 확인할 수 있습니다.
Contents
여러 조건별 ICA를 그리지만 본 논문에서는 C-rate별 ICA를 그리는것부터 시작합니다.
상기 그림은 배터리 팩에서 각 셀들의 평균 ICA값을 그려놓은것입니다.
예상되는대로, C-rate가 높을수록 과전압,저항이 커지기에 ICA Peak치가 낮아지고 오른쪽으로 Shifting 되는것을 볼 수 있습니다.
본 논문의 ICA 연산 기준 DV는 10mV 입니다.
또한 SOH별로 어떤 차이를 보이는지 상기와 같이 실험 합니다. 이것은 당연하게도 높은 C-rate와 낮은 C-rate를 비교한것과 같이 LLI/LLM, SEI, Plating에 의한 저항차이로 동일한 개형을 보여줍니다.
그 밑에는 온도별 ICA값인데요, 온도가 낮아짐에 따라 Peak Height가 낮아지고 오른쪽으로 Shifting 되는 개형입니다. 여기까지는 다른 논문들에서도 쉽게 확인할 수 있는 내용입니다.
제가 마음에 들었던것은 바로 이부분입니다.
이제까지 셀 단위 ICA에서는 절대 볼 수 없었던 결과치입니다.
즉, 배터리 셀 내에 동일한 외기온/C-rate로 실험을 하더라도 냉각수 혹은 여러 Side Effect들에 의해 셀별 온도 편차가 발생할 수 밖에 없습니다.
그런 경우에 전체 셀의 ICA값은 최대 얼마까지 벌어질수있느냐?? 인데, 필자는 160Ah의 실제 차에 적용될만한 용량 셀로 실험하였고 최대 동일 조건에서 25%까지 편차가 날수 있다고합니다.
저도 지금 이쪽으로 연구를 하고있는데, 물론 셀의 케미컬마다 차이는 있겠지만 저와 같은 논점을 가지고 6년전에 이미 연구한 사람이 있었구나라는 생각이 들었습니다. (물론 목적은 다르지만)
Results
기존의 대부분 ICA/DVA 연구들은 셀단위로 실행합니다.
그 이유는, 일단 학교에서는 팩 실험을 하기가 어렵습니다. 여러 위험에 노출되어있을 뿐 아니라 고전압을 다룰 수 있는 챔버/사이클러의 가격이 아주 비싸기 때문입니다.
본 논문은 직접 장비로 실측을했고, 팩도 구성했습니다. 이런 면에서 일단 + 점수를 주고싶고, 논문 자체가 그렇게 인사이트 있는것은 아니지만 제가 현재 포커싱하고있는 분야와 어느정도 일맥상통한 부분이 있어 좋게 평가해봤습니다.
참조
[1] Theodoros Kalogiannis et al 2017 ECS Trans. 77 403DOI 10.1149/07711.0403ecst
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