[논문]SOC 및 SOH 추정을 위한 파라미터 추정기법에 관한 연구

박성준; 송광석; 박성미

doi:10.21289/ksic.2020.23.5.853

SOC 및 SOH 추정을 위한 파라미터 추정기법에 관한 연구
A Study on the Parameters Estimation for SOC and SOH of the Battery 원문보기

한국산업융합학회 논문집 = Journal of the Korean Society of Industry Convergence, v.23 no.5, 2020년, pp.853 - 863

박성준 (전남대학교 전기공학과) , 송광석 (전남대학교 전기공학과) , 박성미 (한국승강기대학교 승강기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

As the battery ages, the internal resistance of the battery increases, so the loss due to the internal resistance increases at the same charging current, causing the battery temperature to rise, which further accelerates battery aging. Therefore, it is necessary to optimize the charging conditions according to the aging of the battery or the current charge amount, and to accurately estimate this, estimation of the parameters of the equivalent circuit is most important. This paper proposes a new measurement technique that can measure the internal resistance of a battery by analyzing a specific high frequency voltage and current applied to the battery. In addition, in order to test the validity of the proposed measurement technique, the current charging amount was estimated based on the measured internal resistance, and the terminal voltage of the constant current charging mode was automatically set and operated. As a result, good results were obtained regardless of the battery voltage. If this equipment is installed in the charging device, it is believed that it will be of great help in the stability management of the aging reusable battery.

주제어

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Randles model of batteries
그림 Fig. 2 Simplified equivalent circuit model of batteries
그림 Fig. 3 Reduced characteristic of Battery
그림 Fig. 4 Battery internal resistance change characteristics
그림 Fig. 5 Pulse charger for DCIR measurement
그림 Fig. 6 AC equivalent circuit model of batteries
그림 Fig. 7 Impendence trajectory according to frequency
그림 Fig. 8 Principle of power measurement
그림 Fig. 9 Maximum and minimum detection circuit
그림 Fig. 10 Ri measurement block diagram
그림 Fig. 11 Separation of active current and active current components
그림 Fig. 12 Rd, Cd measurement block diagram
그림 Fig. 13 Waveform when measuring Ri
그림 Fig. 14 Waveform when measuring Rd, Cd

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 배터리의 상태를 계측할 수 있는 저가형 파라미터 측정 알고리즘을 제안하였다. 제안된 파라미터 측정 알고리즘 분석한 결과 아래와 같은 결론을 도출하였다.
본 연구에서는 배터리에 인가되는 특정 고주파 전압 및 전류를 분석하여 배터리 내무 저항을 계측할 수 있는 새로운 계측기법을 제안한다. 또한 제안된 계측기법의 타당성을 검정하기 위해 계측된 내부저항을 기반으로 하여 현재 충전량을 추정 하여 자동으로 정전류 충전모드의 종지전압으로 설정하여 동작시켰으며, 그 결과 배터리 전압에 관계없이 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

제안 방법

그림 7의 임피던스 궤적에 의하면 주파수가 무한대인 경우에는 배터리 임피던스가 Ri로 나타나게 된다. 그러나 현실적으로는 무한대의 전원 구성은 불가능하므로 본 논문에서는 용량성 임피던스가 거의 영이 되는 고주파 전원을 인가하여 Ri를 검출한다.
5[msec] 이후에 추정하게 되며 그림에서 보는 바와 같이 [5msec]에 안정된 값을 추종함을 알 수 있다. 또한 교류 전압 전류가 동위상임을 검증하기 위해 순시전력 최대치(Pmax) 및 최소치(Pmin)를 검출하여 식 (10)에 의해 타당성을 검증하였다.
셋째. 본 논문에서 제안된 배터리 파라미터 측정 장비는 DSP(TMS320F28335)에 의해 저가형으로 구성되었으며 이를 배터리 충전장치에 장착하여 상시 파라미터 검출이 가능하였다.

성능/효과

첫째. 고주파 전압인가와 제안된 아날로그 전력 계측 알고리즘에 의해 계측된 전해액저항(Ri)값은 기존 고가 계측장비(BT3654)와 비교한 결과 정규오차율 0.2%로 우수한 특성을 검증하였다.
본 연구에서는 배터리에 인가되는 특정 고주파 전압 및 전류를 분석하여 배터리 내무 저항을 계측할 수 있는 새로운 계측기법을 제안한다. 또한 제안된 계측기법의 타당성을 검정하기 위해 계측된 내부저항을 기반으로 하여 현재 충전량을 추정 하여 자동으로 정전류 충전모드의 종지전압으로 설정하여 동작시켰으며, 그 결과 배터리 전압에 관계없이 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
둘째. 저주파 전압인가와 기본파 DFT에 의한 제안된 유무효 전류성분 분리기법에 의한 전하전달저항(Rd)와 전기이중층(Cd)를 독립적으로 계측할 수 있었으며, 전하전달저항(Rd)값은 기존 고가 계측장비(BT3654)와 비교한 결과 정규오차율 1.3%로 우수한 특성을 검증하였다.

후속연구

넷째. 특히 본 장비가 충전장치에 장착된다면 노후화가 진행된 재사용배터리의 안정성관리에 큰 도움이 될 것으로 사료된다.
향후 재사용 배터리를 안전하게 사용하기 위해서는 배터리 파라미터와 SOC, SOH, SOP, SOR 에 대한 상관관계에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

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