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위상응답에 의한 이차전지의 진단에 관한 연구
A Study on the Diagnosis of Secondary Battery by Phase Response 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.19 no.4, 2019년, pp.99 - 104  

박승곤 (공주대학교 대학원 정보통신공학과) ,  강대수 (공주대학교 정보통신공학부)

초록
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위상응답에 의해 이차전지의 SOH를 측정하기 위하여 유도성 소자의 사용을 제안하였다. 이차전지의 Randles 등가 모델에 대하여 모의 실험한 결과 부하로 사용된 유도성 소자는 고역응답특성을 가지며 최대 위상응답주파수 대역을 증가시킨다. 이차전지에 대한 위상응답특성이 잘 나타나는 주파수대역을 획득하기 위해 유도성 소자의 인덕턴스 값을 변화시켜 위상응답을 측정하였으며, 631Hz에서 최대 위상응답을 보이는 33uH의 유도성 소자를 사용하였다. 각각 다른 SOH를 가진 이차전지에 대하여 위상응답을 측정한 결과 SOH 20% 당 위상응답은 약 $3.7^{\circ}$의 차이를 보여 유도성 소자에 대한 위상측정에 의해 이차전지의 SOH를 진단할 수 있음을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

It was proposed the use of an inducive element to measure the SOH of a secondary battery by phase response. As a result of simulating the Randles equivalent model of a secondary battery, the inductive element used as the load has a high response characteristic and increases the maximum phase respons...

주제어

#battery   #Inductive element   #phase response   #State of Charge   #State of Health   #bode plot   #nyquist plot  

표/그림 (12)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 배터리의 등가모델을 보면 배터리는 용량성 리액턴스를 가지는 장치이므로 배터리에 직렬로 유도성 소자를 사용하게 되면 유도성 소자의 크기에 따라서 공진특성을 유도 할 수 있다. 이 과정에서 얻어지는 전달함수를 해석 하면 배터리의 상태에 관한 유용한 파라미터를 도출 할 수 있는데, 본 논문에는 LC공진에 의해 야기되는 위상응답을 측정하여 배터리의 상태를 진단하고자한다. 전달함수를 산출하기 위한 배터리의 등가 모델[7,8]로는 내부 파라미터의 수가 적어 비교적 계산이 빠르고 유도성 소자에 대한 특성이 잘 나타날 수 있는 Randles 모델을 사용하였는데, 그림 1의 A에 배터리의 Randles 등가모델에 유도성소자를 부하로 사용한 전달함수 모델을 나타내었다.
  • [6] 임피던스를 저주파 대역에서 측정하게 되면 측정 시간이 오래 걸리고 배터리가 시변시스템으로 해석됨으로서 측정장치가 배터리에 부하로 작용하는 과정에서 SOH측정에 영향을 미칠 수 있는 단점 등이 존재한다. 이러한 문제점을 해소하려면 좀 더 높은 주파수대역에서 배터리의 상태를 관찰함으로서 측정시간을 줄여야 하는 데 본 연구에서는 유도성 소자를 배터리의 직렬부하로 사용하여 좀 더 높은 주파수 대역에서 야기되는 위상 이상량을 측정함으로서 배터리의 상태를 진단하는 방법을 제안한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배터리 상태를 진단할 수 있는 요소는 무엇인가? 따라서 안정적인 시스템을 유지하기 위하여 정확한 배터리의 상태 진단은 필수적이다. 배터리 상태는 전압, 전류, 임피던스, 온도 등의 파라미터를 측정하여 충전 상태(SOC : State of Charge) 또는 건강 상태(SOH : State of Health)로 진단된다. SOC는 완전 충전 상태를 100%, 완전 방전 상태 를 0%로 배터리에서 사용 할 수 있는 용량의 비율을 %로 나타낸 것이며 온도에 대해 매우 민감하게 반응하는 배터리의 상태 파라미터이다.
SOC는 무엇인가? 배터리 상태는 전압, 전류, 임피던스, 온도 등의 파라미터를 측정하여 충전 상태(SOC : State of Charge) 또는 건강 상태(SOH : State of Health)로 진단된다. SOC는 완전 충전 상태를 100%, 완전 방전 상태 를 0%로 배터리에서 사용 할 수 있는 용량의 비율을 %로 나타낸 것이며 온도에 대해 매우 민감하게 반응하는 배터리의 상태 파라미터이다.[1] SOH는 출고 시점을 100%로 놓았을 때 충·방전 횟수, 충전전압, 과충전 및 과방전, 방전심도(DOD : Depth Of Discharge)등 여려가지 요인으로 인해 SOH가 감소하게 되는데, 배터리 사용 시 SOH가 좋지 않을 경우의 출고시점의 배터리보다 저장되는 용량이 적어서 SOH가 좋은 배터리보다 방전이 빨리 진행되며 다른 배터리에 영향을 미치거나 폭발 사고로 이어질 수 있어 용량에 대한 정확한 SOC를 파악하기 위해서 SOH의 측정은 중요하다.
EIS를 사용하였을 때 생기는 문제점은 무엇인가? 1Hz ∼ 1KHz 주파수 대역에서 배터리를 측정하여 얻어지는 임피던스를 통해 배터리의 충전 상태 및 건강 상태를 파악한다.[6] 임피던스를 저주파 대역에서 측정하게 되면 측정 시간이 오래 걸리고 배터리가 시변시스템으로 해석됨으로서 측정장치가 배터리에 부하로 작용하는 과정에서 SOH측정에 영향을 미칠 수 있는 단점 등이 존재한다. 이러한 문제점을 해소하려면 좀 더 높은 주파수대역에서 배터리의 상태를 관찰함으로서 측정시간을 줄여야 하는 데 본 연구에서는 유도성 소자를 배터리의 직렬부하로 사용하여 좀 더 높은 주파수 대역에서 야기되는 위상 이상량을 측정함으로서 배터리의 상태를 진단하는 방법을 제안한다.
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