[BMS] 배터리 SOC 추정 방법 (State of Charge, Battery, Life, Expectancy, 수식, Server, Cloud, Pack, Cell, 계산)

 

목차

 

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배터리 SOC 추정 방법

 

배터리의 SOC(State of Charge)는 배터리 내에 있는 에너지의 양을 나타내며, 이는 차량을 구동하는 데 사용됩니다. 배터리의 정확한 추정은 전기자동차(EV)의 신뢰할 수 있고 안전한 운영을 보장합니다.

 

그러나 배터리의 SOC는 다양한 운영 조건 하에서 비선형적이고 전기화학적 반응으로 인해 직접 읽을 수 없습니다. 배터리의 SOC는 현재 남아 있는 배터리 용량과 사용 가능한 용량의 비율을 의미합니다.

 

간단히 말해서, SOC는 배터리가 얼마나 충전되어 있는지를 나타내는 지표로서, 차량의 운행 가능 거리나 장비의 작동 가능 시간을 판단하는 데 중요한 정보를 제공합니다. 하지만 배터리의 복잡한 반응으로 인해 SOC의 정확한 측정은 쉽지 않으며, 이를 위해 BMS에서는 다양한 방법과 기술을 사용합니다.

 

SOC = (Qc/Q) x 100%

 

• Qc 는 배터리의 현재 충전량을 의미합니다.
• Q 는 배터리의 총 용량으로, 정격 용량, 공장 출하 용량, 사이클 용량 또는 현재 배터리의 실제 용량으로 사용될 수 있습니다.

 

이 공식의 어려움은 분자(Qc)와 분모(Q)를 이해하는 데 있습니다. 특히, 배터리의 현재 충전량과 배터리의 전체 용량을 정확하게 측정하는 것은 복잡할 수 있습니다.

 

SOC는 배터리의 충전과 방전을 제어함으로써 배터리가 특정 안전 운영 범위 내에서 작동하도록 돕습니다. 이는 배터리의 수명을 연장하고, 배터리가 과충전이나 과방전으로 인한 손상을 방지하는 데 중요합니다. SOC의 값은 충전 및 방전 중에 백분율로 나타낼 수 있으며, 배터리의 사용 가능한 에너지 수준을 사용자에게 알려줍니다.

 

 

출처:  State-of-Charge (SOC) and State-of-Health (SOH) Estimation Methods in Battery Management Systems for Electric Vehicles,  Technology and Innovation Kuala Lumpur, MALAYSIA

 

 

 

 

 

위 식에서 SOC(t)는 배터리의 명목 용량 (Nominal Capacity) 을 나타내며, 측정 단위는 암페어시간(A.h)입니다. 여기서 η(에타)는 쿨롱 효율 또는 방전 효율을 의미합니다. 쿨롱 효율은 충전된 전기량(Q) 대비 실제로 방전될 수 있는 전기량(Qn)의 비율로 정의됩니다(η = Q/Qn).

 

배터리의 SOC를 보다 정확하게 계산하기 위해서는 배터리의 명목 용량(Nominal Capacity)과 쿨롱 효율(Coulomb Efficiency)을 고려해야 합니다. 이는 배터리가 실제로 저장하고 방출할 수 있는 전기량을 더 정확하게 반영할 수 있게 해줍니다. 배터리의 성능과 관련된 여러 요인들로 인해 단순한 초기 계산보다 더 복잡한 공식이 필요한 이유입니다.

 

 

 

 

배터리의 SOH는 온도, 환기, 전해질 농도 등의 영향으로 인해 배터리 전압, 내부 저항, 용량 및 기타 매개변수의 일관성이 증가하게 됩니다. 이로 인해, SOC와 SOH 사이의 관계를 설명하는 식이 제시됩니다.

 

SOC(t) = SOH(t) - DOD(t)

 

 

여기서 DOD(방전 깊이, Depth of Discharge)는 배터리가 방전된 비율을 나타냅니다. 새 배터리의 경우 SOH를 100%로 간주합니다. DOD(t)는 배터리의 방전 비율과 배터리의 정격 용량을 나타냅니다.

 

아래는 SOC를 계산하기 위한 5가지 방식을 그림으로 표현한 것입니다.

 

 

 

 

 

 

 

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