전기자동차용 원통형 리튬이온 배터리 셀 파라미터 추출방법에 관한 연구 (A Study on the Parameters Extraction Method of Cylindrical Lithium-ion Battery Cell for Electric Vehicles)

서지정보

· 발행기관 : 한국산학기술학회
· 수록지 정보 : 한국산학기술학회논문지 / 22권 / 10호 / 609 ~ 618페이지
· 저자명 : 김영준, 백승훈, 권용성

초록

배터리를 에너지원으로 사용하는 시스템의 안정적인 운용은 배터리의 충전상태(SOC: State of Charge)에 대한 정보를 기반으로 수행된다. 대표적인 SOC 추정기법으로는 실시간 추정이 가능하고 노이즈에 강한 확장 칼만필터 기법(EKF: Extend Kalman Filter)이 사용되어왔다. EKF를 사용하여 높은 정확도의 SOC의 추정을 하기 위해서는 배터리의 내부 동작특성이 반영된 배터리 모델이 필요하다. 이는 배터리 내부 파라미터로부터 SOC의 추정 오차의 한계가 결정됨을 의미하므로, 보다 정확한 배터리 내부 파라미터 추출 기반의 등가회로 수립이 요구된다. 본 논문에서는 정확한 SOC 추정을 위해, 배터리 충·방전 시 나타나는 내부 동작특성을 반영한 단계별 파라미터 추출방법을 제시한다. 첫 단계에서는 내부의 비선형적 특성을 반영하기 위해 히스테리시스 및 확산 전압 특성을 고려한 모델을 수립하고, 다음 단계에서는 SOC 변화에 따른 파라미터들의 변동성을 고려하기 위해 SOC의 5%마다 방전하며 파라미터값들을 추출한다. 마지막 단계에서는 파라미터들의 변동성을 통계적 지표인 평균 절대비 편차(Mean Absolute Percentage Deviation, 이하 MAPD)로 수치화하여 분석한다. 추출시험 결과, Middle Level(배터리 SOC의 20% ~ 80% 구간)에서는 각 SOC 값에 대한 파라미터의 선형적인 경향을 보였으며 Low Level(SOC의 0% ~ 20% 구간)에서는 경향성 없이 불규칙한 변동성을 보였다. Middle Level에서 파라미터들의 평균값으로 SOC를 추정하고, Low Level에서는 SOC 5%마다 파라미터를 업데이트하여 SOC를 추정하는 것이 연산량을 줄이면서 추정오차를 줄일 수 있다. 본 논문에서 제안한 배터리 셀 파라미터의 단계별 추출법은 배터리 SOC 추정을 위한 EKF 기법 사용에 요구되는 연산 속도와 SOC 추정 정확도를 향상시킬 것으로 기대된다.

영어초록

Stable operation of a battery system that is used as an energy source is achieved based on the battery SOC. As a representative SOC estimation method, EKF has been used, which enables the estimation in real-time and shows the battery's robustness to noise. To estimate the SOC accurately using EKF, the battery's internal characteristics have to be modeled. Since the SOC estimation tolerance depends on the battery parameters, an accurate equivalent circuit of the battery cell is required. This paper proposes a step-by-step parameters extraction method that reflects the internal characteristics appeared when the battery is charged or discharged. In the first step, a model considering the hysteresis and diffusion voltage characteristics is established to include the internal non-linear characteristics. In the next step, the parameters are extracted by discharging the battery every 5% SOC to consider the parameters’ variability according to the SOC changes. In the last step, the variability of the parameters is analyzed by a statistical indicator, MAPD. The results show that a linear tendency and an irregular variability of the parameters are observed for each SOC at the Middle Level and Low Level. SOC estimation that uses parameters’ average value at the Middle Level and updated values for each 5% SOC at the Low Level can reduce the computational burden and estimation error. The proposed approach is expected to enhance the computing speed and the estimation accuracy required for the use of EKF.

참고자료

· 없음