[BMS] 배터리 SOH 추정 방법 4가지(State of Health, Battery, Life, Expectancy, 수식, Server, Cloud, Pack, Cell, 계산)

 

목차

 

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배터리 SOH 추정 방법 4가지

배터리 관리 시스템(BMS)에서 중요한 구성 요소인 배터리의 건강 상태(SOH)에 대해 설명하겠습니다. SOH(State of Health)는 배터리의 남은 수명과 성능을 나타내며, 배터리 충전 및 방전 횟수가 증가함에 따라 배터리의 건강 상태가 점차 악화되는데, 이는 배터리 용량의 감소와 내부 저항의 증가로 이어집니다. 연구자들은 배터리 내부 저항을 측정함으로써 SOH 추정 방법을 제안합니다.

 

SOH = (Qm/Qr) x 100%

 

• Qm : 배터리의 정격 용량, 즉 배터리가 새 것일 때 기대할 수 있는 최대 용량입니다.
• Qr : 현재 최대 사용 가능 용량, 즉 시간이 지남에 따라 배터리 사용과 노화로 인해 감소할 수 있는 현재 배터리의 용량입니다.

 

여기서 δXf는 배터리의 노화율을 나타내는 함수로, 배터리가 시간이 지남에 따라 얼마나 빠르게 노화되는지를 모델링합니다. 이 노화율 함수에서 'others'는 기계적 진동과 같은 스트레스 요인을 나타냅니다. 이러한 스트레스 요인들은 배터리의 노화에 영향을 미치며, 따라서 SOH의 변화에 기여할 수 있습니다.

 

SOH 추정 방법은 크게 네 가지로 분류할 수 있습니다.

 

1. 직접 측정 방법: 배터리의 임피던스, 내부 저항, 개방 회로 전압(OCV), 충전/방전 전류와 같은 배터리 매개변수를 측정합니다. 배터리 용량 손실과 내부 저항 사이에는 강한 반비례 관계가 있습니다.
2. 모델 기반 방법: 배터리 노화 과정을 평가하기 위해 개발된 배터리 모델을 사용합니다. 주로 사용되는 모델은 전기화학 모델(EChM)과 등가 회로 모델(ECM)입니다.
3. 데이터 기반 방법: 고속 CPU, GPU 및 고급 학습 알고리즘과 같은 컴퓨팅 기기의 발전으로 인해 선호되는 접근 방식입니다. 이 방법에서는 배터리 실패 시까지 대량의 배터리 매개변수를 지속적으로 수집합니다. 퍼지 로직(FL), 서포트 벡터 머신(SVM), 인공 신경망(ANN), 딥러닝 방법이 SOH 추정에 사용됩니다.
4. 적응형 필터 방법: 칼만 필터, 입자 필터, 최소 제곱법과 같은 적응형 필터 방법을 사용하여 SOH를 측정합니다. 예를 들어, 칼만 필터 방법에서는 일정 기간 동안 측정된 배터리 매개변수를 사용하여 SOH를 계산합니다.

 

SOH는 배터리 용량의 변화에 따라 보정됩니다. 리튬 이온 배터리의 수명은 SOH가 80%로 떨어질 때까지의 최대 사이클로 정의됩니다. IEEE 표준에 따르면, 배터리 SOH 값이 80% 이하일 경우 배터리를 교체해야 합니다.

 

ANN 방법은 배터리 내부의 전기화학 활동을 이해하기 어려운 상황에서 SOH를 계산하기에 더 적합한 방법입니다. 대량의 데이터가 수집되고 SOH 추정을 위해 훈련 알고리즘에 의해 반복적으로 처리됩니다.

 

간단히 말해서, SOH는 배터리의 현재 건강 상태와 성능을 나타내며, 다양한 방법을 통해 추정할 수 있습니다. 이러한 방법들은 배터리의 수명과 성능을 최적화하고 유지 관리하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

 

 

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

교육일정및신청(주)팜테크