[배터리] Battery 내부저항이란? 측정 방법(Internal Resistance, Measurement)

 

목차

 

 

 

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배터리 내부 저항(Internal Resistance)이란?

 

저항은 크게 Resistance와 Impedance (Capacitance, Inductance) 개념으로 분류 될 수 있습니다. Resistance는 순수 저항 성분을 의미하고 Impedance는 코일과 캐패시터와 같은 능동 소자에서 발생하는 저항의 개념입니다. Resistance와 Impedance 단위는 동일하게 옴(ohm)을 사용 합니다. Resistance는 순수 저항으로 위상의 변화를 주지 않고 전압과 전류가 동방향으로 진행합니다. 

 

배터리 내부 저항은 Resistance, Capacitance, Inductance로 표현될 수 있습니다. 

https://batteryuniversity.com/article/bu-902-how-to-measure-internal-resistance

위 그림은 납축전지의 모델로 랜들모델(Rnadles model)이라고도 합니다. 2개의 저항과 하나의 캐패시터로 구성된 형태로 일반적으로 인덕턴스 성분은 값이 작아 그림과 같이 생략되어 표기됩니다. 

 

위 그림에서 R1 부분이 내부 저항(Internal Resistant)이고 R2는 전하 이동에 발생하는 저항(Charge transfer)이고 C1은 납축 전지의 캐패시터 부분입니다. 

 

 

 

배터리 내부 저항(Internal Resistance) 특징

 

배터리의 내부 저항은 배터리 수명에 중요한 요소 중에 하나 입니다. 니켈(Nickel) 사용 배터리 경우 내부 저항과 수명과의 관계가 더 높아 집니다. 

 

https://batteryuniversity.com/article/bu-902-how-to-measure-internal-resistance

 

위 그래프는 용량, 충방전 사이클수, 내부 저항 사이의 관계를 표현한 차트입니다. 해당 차트를 통해 아래와 같은 사실을 확인할 수 있습니다. 

 

• 용량(Capacity)와 내부저항(Internal Resistance)사이 관계성은 약함
• 내부 저항은 사이클에 관계없이 일정한 값을 유지함
• 전해액에 첨가제를 추가해서 Corrosion을 줄여 저항 증가를 막을 수 있음
• 내부 저항은 사이클 전반적으로 일정하므로 SOC와 SOH 계산에 사용되기 어려움

 

 

 

 

 

배터리 내부 저항(Internal Resistance) 측정법: DC Load

DC Load 측정법은 아래와 같습니다.

 

1. 배터리(Battery Cell)을 몇 초간 방전을 하면서 Voltmeter로 OCV(Open Circuit Voltage)를 측정합니다. 

2. 배터리에 Load를 연결후 전압을 측정합니다.

3. 전압차 발생으로 앞서 모델의 R1(내부저항) 값을 계산합니다.

 

 

DC Load 측정법은 정적(Stationary) 배터리의 내부저항 측정에 용이합니다. 일반적으로 10uohm 정도의 저항값이 나옵니다. 

 

DC Load 측정의 한계점은 앞서 랜들 모델에서 R2와 C1에 대한 고려가 이루어지지 않는 다는 점입니다. 

 

IEC 61951-1:2005의 Two Tier DC Load측정 법은 10초간 작은 전류에서 방전 후 3초간 고전류에서 방전하면서 전압을 측정하는 방법을 사용하지만 해당 방법도 순수 저항 측정을 진행할 뿐 DC Load 측정법이 가지는 한계점을 벗어날 수 없습니다. 

 

 

 

 

 

배터리 내부 저항(Internal Resistance) 측정법: AC Conductance

AC Conductance 측정법은 아래와 같습니다.

 

1. 고정 주파수의 AC 전류를 배터리 셀에 인가합니다.

2. 출력 전압을 측정 합니다.

3. 내부 저항 전체를 하나의 Z로 계산합니다.

 

해당 저항 측정은 특정 주파수에서의 저항을 측정하므로 Snapshot 측정이라고도 합니다.

 

 

 

 

배터리 내부 저항(Internal Resistance) 측정법: EIS

EIS(Electrochemical Impedance Spectroscopy)는 전기화학 임피던스 분광법이라고 합니다. 분광법을 사용하면 앞서 랜들모델에서 R1, R2, C에 대한 값을 각 각 구할수가 있습니다. 

 

단점은 아래와 같습니다.

• 고가의 장비 필요
• 장시간의 시험시간
• 데이터 분석을 위한 전문인력 필요

 

 

 

 

팜테크의 배터리 SOH 추정 솔루션

 

팜테크는 'ReXgen Air'라는 CAN 통신 데이터 로거를 제공하여, 배터리 관리 시스템(BMS)에서 수집된 데이터를 서버(Server)나 클라우드(Cloud)로 전송할 수 있는 기능을 제공합니다. 이를 통해, 서버에서는 수집된 데이터를 기반으로 배터리의 건강 상태(SOH)를 비롯한 다양한 정보를 빅데이터 분석 방식으로 처리하고 분석할 수 있습니다. 이런 분석을 통해, 배터리의 상태를 정확하게 평가하고, 수명 예측, 성능 최적화 등에 필요한 중요한 인사이트를 얻을 수 있습니다.

 

또한, 팜테크는 저용량부터 고용량까지 다양한 범위의 배터리를 시험할 수 있는 충방전기(Battery Cycler)도 제공합니다. 이 충방전기를 사용하면, 실험실 환경 내에서 사용자가 원하는 특정 조건으로 배터리의 충전과 방전 시험을 진행할 수 있습니다. 이는 배터리의 성능, 내구성, SOH 변화 등을 실험적으로 평가하고 검증하는 데 유용한 도구입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

해당 내용과 관련해서 팜테크에서 교육 프로그램, 측정/분석 용역, 장비를 제공하고 있습니다.  관심 있으시면 아래 홈페이지 또는 연락처를 통해 문의 주시면 됩니다. :)

 

https://famtech.co.kr/sub04/01_01.php

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