배터리 열거동 시뮬레이션을 위한 등가회로 모델링 및 실험적 검증 = Equivalent Circuit Modeling and Experimental Verification for Prediction of Battery Thermal Behavior
본 연구는 EIS 분석과 HPPC 분석을 이용한 ECM 기반의 배터리 모델을 두 가지 제시하였다. 두 분석법을 통해 등가 회로를 구성하는 내부 옴 저항, 분극 저항, 분극 커패시턴스를 SOC 10% 간격으로 구하였고 20, 30, 40°C의 항온 챔버에서 각각의 실험을 진행해 온도에 따른 배터리의 특성 변화를 함께 고려했다. 또한, 와버그 항을 2RC ECM에 직렬로 추가하여 리튬 이온의 확산 현상을 모사하였고 CC 전류에 대한 열거동 예측 정확도를 더욱 높일 수 있었다. 실험 환경에서 발생하는 전도, 대류, 복사의 열소산 현상을 반영하기 위해 열저항 계수를 실험적으로 추정하였고 시뮬레이션에 이용함으로써 수치 계산 부담을 줄일 수 있었다. 해석을 통해 추정한 열거동의 정확도를 확인하고자 실제 실험 데이터의 온도와 비교 분석하는 단계를 거쳤으며 이를 통해 등가회로 기반 모델링의 타당성을 검증하였다.
더보기In this study, we presented two ECM-based battery models using EIS and HPPC analysis. The internal ohmic resistance, polarization resistance, and polarization capacitance constituting an equivalent circuit were obtained at SOC 10% intervals, and experiments were conducted in chambers of 20°C, 30°C, and 40°C to consider a change of battery characteristics depending on temperature. By adding the Warburg term in series to the 2RC ECM, the diffusion phenomenon of lithium ion was realized, and the accuracy of temperature prediction for CC current was further improved. To reflect the heat dissipation phenomena of conduction, convection, and radiation occurring in the experimental environment, the thermal resistance coefficient was experimentally estimated, and the burden of numerical calculations could be reduced by using it for simulation. To confirm the accuracy of the thermal behavior estimated through simulation, the temperature of the simulation and the experimental data was compared and analyzed, and the validity of the ECM-based modeling was verified.
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