전류 적산법 기반 정확도 향상을 위한 Li-ion 배터리의 SOx 추정 방법 = A Study on the SOx Estimation Method of Li-ion Battery for Improving Accuracy Based on Coulomb Counting Method|RISS 상세보기

국문 초록 (Abstract)

리튬 이온 배터리는 실생활과 다양한 분야에서 사용이 되고 있으며, 안정적 이고 효율적인 사용을 위해 정확한 SOC(State of Charge) 및 SOH(State of Health) 추정의 필요성이 커지고 있다.
SOC 추정 기법 중 전류 적산법은 간단하게 배터리의 잔존용량을 추정할 수있지만, 초기 SOC 설정 오류에 따른 전류의 누적 오차로 인해 정확한 SOC를 추정하기 어렵다.
본 연구는 기존의 전류 적산법에 SOC 보정 알고리즘을 접목한 SOC 추정 알고리즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 전류 적산법을 이용하여 리튬 이온 배터리의 SOC를 추정하였으며, 전류 적산 시 발생 되는 누적 오차로 인한 정확성 향상을 위해 휴지기에서의 충전 및 방전 OCV Reset, 10% Reset 적용에 따른 SOC 보정 알고리즘 접목을 고안하였다. 고안한 알고리즘은 C 기반의 Visual Studio로 설계하였으며, 알고리즘의 세부 전략 구상을 위해 21700 리튬 이온 배터리를 사용하여 충·방전 실험을 진행하였다. 알고리즘의 타당성은 실험을 통해 추출한 파라미터 값을 알고리즘에 적용하여 정확성으로 판단하였 다. 제안한 알고리즘의 정확성 검증은 시뮬레이션을 통한 SOC와 실제 배터리의 방전 용량에 따른 SOC와의 차이 즉, Algorithm SOC와 Real SOC 간의 오차율로 검증하였으며, 평균 오차 0.04% 미만에서 높은 정확도로 SOC 추정이 가능하다는 것을 확인하였다.
배터리를 안전하고 효율적으로 사용하기 위해서는 배터리의 정확한 SOC 추정만큼 정확한 SOH 추정이 필요하다. SOH는 배터리의 성능 감소 및 수명을 결정하는 요소이며, 배터리의 초기 설계 용량 대비 열화로 인한 용량 감소 또는 저항의 증가로 SOH를 판단한다.본 연구는 전류 적산법 기반의 직접 측정 기법을 접목한 SOH 추정 알고리 즘을 제안한다. 제안한 알고리즘은 C 기반의 Visual Studio로 설계하였으며, 공칭 용량 대비 감소된 방전 용량에 따라 감소하는 SOH를 추정 가능하였다.
또한, 실제 배터리에서의 적용 가능성을 확인하기 위해 열화 된 18650 배터리의 완전 충전 및 완전 방전 실험을 진행하였다. 알고리즘의 타당성은 실제 S OH와 시뮬레이션을 통한 SOH와의 비교를 통해 정확성으로 판단하였다. 제안한 알고리즘의 정확성 검증은 시뮬레이션을 통해 산출된 SOH와 공칭용량 대비 실제 완전 방전 용량에 따른 Real SOH 간의 오차율로 검증하였으며, 약 0.132% 오차율에서의 정확성을 검증하였다.
본 논문에서는 제안한 알고리즘의 정확성 검증을 통해 실제 배터리의 SOC 및 SOH를 높은 정확도로 추정이 가능하다는 것을 확인하였다. 이에 본 알고 리즘을 통한 SOC와 SOH의 정확도를 개선할 수 있다고 판단된다

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리튬 이온 배터리는 실생활과 다양한 분야에서 사용이 되고 있으며, 안정적 이고 효율적인 사용을 위해 정확한 SOC(State of Charge) 및 SOH(State of Health) 추정의 필요성이 커지고 있다. SOC 추정 기...

목차 (Table of Contents)

목 차 ⅰ 그림 목차 ⅲ 표 목차 ⅳ 수식 목차 ⅴ 국문 초록 ⅵ
Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 내용 및 목적 3
3. 논문의 구성 4

목 차 ⅰ 그림 목차 ⅲ 표 목차 ⅳ 수식 목차 ⅴ 국문 초록 ⅵ
Ⅰ. 서 론 1
1. 연구 배경 1
2. 연구 내용 및 목적 3
3. 논문의 구성 4
Ⅱ. 리튬 이온 전지 개요 6
1. 리튬 이온 전지의 특성 6
2. 리튬 이온 전지의 구조 8
3. 리튬 이온 전지의 충·방전 원리 9
Ⅲ. BMS와 배터리 성능 지표 10
1. BMS의 역할 10
2. BMS의 기능 11
3. 배터리 성능 지표 12
1) SOC (State of Charge) 12
2) SOH (State of Health) 13
3) DOD (Depth of Discharge) 14
Ⅳ.SOx 추정 기법 종류 16
1. SOC 추정 기법 종류 16
1) OCV(Open Circuit Voltage) 측정법 16
2) 전류 적산법(Coulomb Counting) 17
2. SOH 추정 기법 종류 18
1) 직접 측정 방법 18
Ⅴ. SOx 추정 방법 고안 19
1. SOC 추정 알고리즘 고안 19
2. 실험 구성 및 방법 21
1) 배터리 셀 선정 21
2) 배터리 시험 방법 22
3) 효율 및 SOC=10% 터미널 전압 측정 25
4) 충전 OCV 측정 27
5) 방전 OCV 측정 28
6) 미소 SOC=2%와 SOC=3%의 충전 및 방전 실험 29
3. SOH 추정 알고리즘 고안 38
4. 실험 방법 39
1) 열화 배터리 셀 선정 39
2) 완전 방전 용량 측정 40
Ⅵ. SOx 추정 알고리즘 검증 41
1. SOC 추정 알고리즘 검증 41
1) Coulomb Counting SOC와 Real SOC 간 비교 41
2) Algorithm SOC와 Real SOC 간 비교 44
2. SOH 추정 알고리즘 검증 47
Ⅶ. 결론 48
참고 문헌 50
Abstract 53

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