서 론
연구 필요성
게다가 배터리 온도가 떨어지면서 리튬 도금도 더욱 악화됐다. 저전압으로 충전이 계속되는 CC 구간이며, 배터리 전압이 미리 설정된 전압값을 초과하면 CV 구간으로 전환되어 미리 설정된 만충전 전압값으로 정전압 제어로 충전됩니다. 초기 부스트 충전 기간 동안 전류는 초기에 충분히 높은 전류에서 시작한 다음 감소한 다음 표준 CC/CV 모드에서 낮은 전류 값을 유지하고 감소합니다.
따라서 배터리의 SOH는 0~1 범위의 값을 나타냅니다. 측정하려는 배터리를 Battery 섹션에 연결하세요. 실험이 시작된 후 배터리 전압을 확인하세요.
배터리 상태에 따라 충전과 방전이 진행됩니다.
배터리 충전 시스템
연구목적
따라서 배터리가 전기적 작업을 계속 수행함에 따라 배터리의 전압은 계속 감소하여 결국 외부에서 전하를 이동할 수 없게 됩니다. 1차 전지 중 흔히 사용되는 알카라인 전지는 망간전지와 같이 이산화망간을 양극(활물질)재료로, 아연을 음극(활물질)재료로, 전해질을 KOH수용액으로 대체하여 출력이 향상된 전지이다. 양극의 전압은 1.5V로 망간전지에 비해 고부하에 적합한 건식전지이다.
가장 일반적으로 사용되는 2차 전지는 납축전지이다. 납축전지는 2차전지로 500회 이상 충방전을 반복할 수 있는 반영구적 화학전지이다.
BMS 이론
더 높은 C-rate를 사용하면 배터리를 더 빨리 충전할 수 있습니다. 즉, 높은 C-rate는 배터리 성능과 수명에 큰 영향을 미칩니다. 실제 배터리 하드웨어를 이용한 SOC 추정에는 배터리 전압과 SOC가 포함됩니다.
수명을 결정하는 매개변수로 사용되는 SOH(State of Health)는 배터리의 수명 상태를 의미한다. 반대로, 지속적인 노화로 인해 배터리를 사용할 수 없는 상태를 Old로 정의하고, SOH 0%를 0으로 표시한다.
내부 파라미터
Electrochemical Impedance Spectroscopy
임피던스 그래프를 통해 배터리의 상태를 분석할 수 있습니다. 주파수에 따라 변화하는 배터리의 내부 변수를 이용하여 그래프를 2차원적으로 표현하였습니다. 그림 20은 AC 전압 신호를 배터리에 주입하고 전류와 전압을 측정하기 위한 회로도이다.
션트 저항을 이용하여 배터리 전류를 측정하고 전류 값을 BAT_Cur로 보냅니다. 27은 MCU에서 구동되는 배터리의 전체 저항을 측정하는 알고리즘이다.
시스템 구성
BMS 하드웨어
본 논문의 BMS에서는 데이터 처리부가 측정된 배터리 전압과 전류를 통해 위상차를 계산하여 임피던스 값을 계산하고, 그 값을 PC로 전송하여 그래프와 도표로 표시한다. 상태 모니터링부는 배터리 안전을 위해 전압, 전류, 온도를 측정하고, 알고리즘 계산부는 SOC와 주파수에 따른 임피던스 값을 계산한다. 제어 명령부에는 S.S.R 차단 보호 기능(단선 과부하, 과전류 등)도 포함되어 보호 기능 및 충방전 동작을 수행합니다.
데이터 연산 단위의 경우 전압, 온도, 전류 등이 해당됩니다. 배터리 측정은 배터리의 상태를 확인하기 위해 필요한 데이터를 수집하는 과정으로 이루어집니다. 본 실험에서는 션트저항의 저항으로 전류값을 측정하였다.
EIS 하드웨어
도 21은 교차왜곡 현상의 발생을 최소화하기 위해 BJT에 주입되는 파형을 시프트시키는 회로이다. Amp_AC 단자에는 주입되는 AC 전압 신호가 입력되고, BJT_E 단자에는 배터리 전압에 따른 DC 값이 입력됩니다. BJT 배선에 의해 감소되는 0.7V의 오프셋을 가변저항을 통해 DC 값으로 조정하여 AC AC 신호를 BJT 입력 AC AC 전압 파형으로 변환하는 회로이다.
크로스오버 왜곡이 최소화된 파형이 출력됩니다. ④는 오프셋을 조정하는 AC 입력 펄스 회로의 오프셋 회로이다.
PCH 하드웨어
소프트웨어
- BMS 소프트웨어
- EIS 소프트웨어
- PCH 소프트웨어
- 충·방전 및 EIS 적용 소프트웨어
그런 다음 전류 값을 측정하고 온도와 전압을 동시에 측정합니다. 주파수가 주입된 후 약간의 지연 후에 전압과 전류가 측정됩니다. 그림 29와 같이 구성하였으며 실험이 시작되면 배터리 전압을 측정하여 3.0V를 초과해야만 다음 단계로 넘어가 배터리 방전을 우선시하였다.
결과는 10개의 EIS 측정값을 그래프와 표로 분석하였다. 오실로스코프를 이용해 충전 그래프와 전압, 전류, SOC, R, R 등의 값을 확인했습니다.
충·방전 시간 비교 실험
EIS 적용 실험
- CC 충전 수명 실험
- PCH 실험
- CC/CV, PCH 방식을 이용한 배터리 충전량 분석 실험
- CC, PCH 방식을 이용한 배터리 수명 분석 실험
실험은 CC/CV 충전과 PCH로 구분되어 그림 1에 나타나 있다. 그림 38은 PCH 방식에서 3가지 충전 조건(On_time/Off_time)을 이용한 실험 파형이다. Figure 39는 EIS를 이용하여 CC/CV와 PCH 방식으로 충전된 새 배터리의 내부 매개변수(Rp)를 측정한 결과이다.
40은 EIS 장비를 이용하여 급속 충전 방식인 CC와 PCH로 충전된 배터리의 Rs 값을 분석하였다. 앞으로는 다양한 종류의 펄스 충전 방식과 보다 상세한 펄스 주기를 갖는 배터리에 대한 실험을 통해 임피던스 특성을 분석할 예정이다.
결론
