증분 용량 분석 기반 충전 전류 크기별 리튬이온 배터리 수명 진단 성능 분석 연구
저자
권상욱(Sanguk Kwon) ; 박성윤(Seong-yun Park) ; 이평연(Pyeong-yeon Lee) ; 김종훈(Jonghoon Kim)
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2021
작성언어
Korean
주제어
KDC
556
자료형태
학술저널
수록면
821-821(1쪽)
제공처
정부의 환경 관련 규제로 인하여 국내 자동차 산업의 판도는 내연기관 자동차에서 전기자동차로 변화하고 있다. 이에 따라 전기 자동차의 성능 향상을 위하여 전원으로 적용되는 리튬이온 배터리 자체 성능 향상 뿐만 아니라 배터리 상태를 진단하고 제어하는 배터리관리시스템 개발 또한 중요하게 대두되고 있다. 그 중 리튬이온 배터리의 수명 상태(State-of-health)는 전기 자동차의 수명과 직결되기 때문에 시스템 안정도 향상을 위하여 필수적이지만, 일반적으로 배터리 수명 상태 진단은 내부 노화 메커니즘을 반영하지 않은 상태로 잔존 용량과 내부 저항을 지표로써 판단되고 있다. 따라서 실제 운용 환경을 반영하기 위해서는 사용 환경 조건 및 운용 조건에 따라 변화하는 용량 감소 특징을 반영하기 위하여 리튬 저장소 감소, 활물질 감소, 오믹 저항 증가와 같은 다양한 노화 모드에 대한 영향도 분석이 가능한 기법이 요구된다.
증분 용량 분석은 전압 및 전류의 전기적인 신호 정보를 이용하여 배터리 내부의 전기화학적 상태를 해석하기 위한 비 파괴(In-situ) 해석 기법으로 노화 모드 분석에 효과적이다. 하지만 분석에 사용되는 증분 용량 곡선은 일정한 전류 충전 혹은 방전 전압 곡선의 변형으로써, 전류 크기에 따른 저항의 영향을 최소화하기 위하여 낮은 전류를 인가하는 것이 일반적이다. 따라서 분석 시간 축소 및 전기자동차 급속 충전 상황을 반영하기 위하여 전류 크기에 따른 수명 진단 성능 분석이 수행되어야 한다.
본 연구는 전류 크기에 따른 증분 용량 곡선의 수명 진단 성능을 분석하기 위하여 0.5C-rate, 1C-rate, 2C-rate 기준으로 사이클 노화 실험을 진행하였다. 증분 용량 분석은 전기 자동차 운용 환경을 반영하여 부하에 따라 변화하는 방전 구간이 아닌 비교적 정형화된 충전 구간에서 진행하였다. 노화 상태 판단 지표의 경우 피어슨 상관 분석을 통하여 리튬이온 배터리 노화 상태와 강한 상관관계를 갖는 증분 용량 곡선의 특이점을 선정하였다. 전류 크기에 따른 증분 용량 곡선의 특이점의 강건성을 확인하였으며, 이를 통해 실제 급속충전 상황에 적용 가능한 곡선의 특이점 및 건전성 지표를 제안하고 수명 진단 성능을 검증하였다.
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