표제지
목차
Nomenclature 12
국문요약 13
1. 서론 14
1.1. 연구 배경 14
1.2. 연구 내용 및 목표 16
2. 리튬 이온 배터리 17
2.1. 리튬 이온 배터리의 역사 17
2.2. 리튬 이온 배터리 구조 17
2.2.1. 배터리 양극 18
2.2.2. 배터리 음극 19
2.2.3. 분리막 19
2.2.4. 전해질 19
2.3. 리튬 이온 배터리의 동작 원리 20
2.3.1. 충전과정 20
2.3.2. 방전과정 21
3. 배터리 상태 추정방법 22
3.1. SOC 추정방법 22
3.1.1. OCV 기반 추정방법 23
3.1.2. 전류 적산법 24
3.1.3. 선형 칼만 필터 (Linear Kalman Filter, LKF) 24
3.1.4. 확장 칼만 필터 (Extended Kalman Filter, EKF) 25
3.2. SOH 추정방법 26
3.2.1. 전류 적산법 26
3.2.2. 모델 기반 28
3.2.3. EIS 30
4. 실험 방법 33
4.1. 실험장비 구성 33
4.1.1. 배터리 충·방전 장비 33
4.1.2. EIS 측정 장비 35
4.1.3. 리튬 이온 배터리 36
4.2. 실험 시나리오 39
4.3. 배터리 Capacity 측정 41
4.4. 배터리 초기 상태 측정 42
4.5. Ch.1 배터리 실험 데이터 43
4.6. Ch.2 배터리 실험 데이터 47
4.7. Ch.3 배터리 실험 데이터 51
4.8. Ch.4 배터리 실험 데이터 55
5. 분석 59
5.1. Capacity와 Rs의 상관관계 분석 61
5.1.1. Ch.1 배터리 Capacity와 Rs 상관관계 분석 61
5.1.2. Ch.2 배터리 Capacity와 Rs 상관관계 분석 63
5.1.3. Ch.3 배터리 Capacity와 Rs 상관관계 분석 64
5.1.4. Ch.4 배터리 Capacity와 Rs 상관관계 분석 65
5.2. Capacity 변화량과 Rs 변화량 상관관계 분석 66
5.2.1. Ch.1 배터리 Capacity 변화량과 Rs 변화량 분석 68
5.2.2. Ch.2 배터리 Capacity 변화량과 Rs 변화량 분석 70
5.2.3. Ch.3 배터리 Capacity 변화량과 Rs 변화량 분석 72
5.2.4. Ch.4 배터리 Capacity 변화량과 Rs 변화량 분석 74
5.3. Capacity와 Rs, Rp 상관관계 분석 76
5.3.1. Ch.1 배터리 Capacity와 Rs, Rp 분석 78
5.3.2. Ch.2 배터리 Capacity와 Rs, Rp 분석 83
5.3.3. Ch.3 배터리 Capacity와 Rs, Rp 분석 88
5.3.4. Ch.4 배터리 Capacity와 Rs, Rp 분석 92
6. 결론 및 고찰 97
7. References 99
8. Abstract 106
Table 1.1. 국내 연도별 친환경자동차 등록 대수 14
Table 4.1. Specification of Cycler 34
Table 4.2. Specification of SP-300 36
Table 4.3. Specification of Battery 37
Table 4.4. 800mA 방전으로 측정한 Capacity 41
Table 4.5. 4000mA 방전으로 측정한 Capacity 41
Table 4.6. Limit of experiment 42
Table 5.1. Ch.1 Battery data 59
Table 5.2. Ch.2 Battery data 59
Table 5.3. Ch.3 Battery data 60
Table 5.4. Ch.4 Battery data 60
Table 5.5. Ch.1 배터리 Capacity 변화량과 Rs 변화량 66
Table 5.6. Ch.2 배터리 Capacity 변화량과 Rs 변화량 67
Table 5.7. Ch.3 배터리 Capacity 변화량과 Rs 변화량 67
Table 5.8. Ch.4 배터리 Capacity 변화량과 Rs 변화량 67
Table 5.9. Ch.1 Battery data를 통한 Expression (5.5) 검증 69
Table 5.10. Ch.2 Battery data를 통한 Expression (5.6) 검증 71
Table 5.11. Ch.3 Battery data를 통한 Expression (5.7) 검증 73
Table 5.12. Ch.4 Battery data를 통한 Expression (5.8) 검증 75
Table 5.13. 각 채널별 R' 76
Table 5.14. Ch.1 Battery data를 통한 Expression (5.10), (5.11) 검증 79
Table 5.15. Ch.2 Battery data를 통한 Expression (5.10), (5.11) 검증 80
Table 5.16. Ch.3 Battery data를 통한 Expression (5.10), (5.11) 검증 81
Table 5.17. Ch.4 Battery data를 통한 Expression (5.10), (5.11) 검증 81
Table 5.18. Sample Battery data 82
Table 5.19. Sample Battery data를 통한 Expression (5.10), (5.11) 검증 82
Table 5.20. Ch.2 Battery data를 통한 Expression (5.12), (5.13) 검증 84
Table 5.21. Ch.1 Battery data를 통한 Expression (5.12), (5.13) 검증 85
Table 5.22. Ch.3 Battery data를 통한 Expression (5.12), (5.13) 검증 86
Table 5.23. Ch.4 Battery data를 통한 Expression (5.12), (5.13) 검증 86
Table 5.24. Sample Battery data를 통한... 87
Table 5.25. Ch.3 Battery data를 통한 Expression (5.14), (5.15) 검증 89
Table 5.26. Ch.1 Battery data를 통한 Expression (5.14), (5.15) 검증 90
Table 5.27. Ch.2 Battery data를 통한 Expression (5.14), (5.15) 검증 91
Table 5.28. Ch.4 Battery data를 통한 Expression (5.14), (5.15) 검증 91
Table 5.29. Ch.4 Battery data를 통한 Expression (5.16), (5.17) 검증 93
Table 5.30. Ch.1 Battery data를 통한 Expression (5.16) 검증 94
Table 5.31. Ch.2 Battery data를 통한 Expression (5.16) 검증 95
Table 5.32. Ch.3 Battery data를 통한 Expression (5.16) 검증 95
Table 5.33. Sample Battery data를 통한 Expression (5.16) 검증 96
Fig. 1.1. Global electric vehicle stock by transport mode 15
Fig. 2.1. 리튬 이온 배터리 구성 요소 18
Fig. 2.2. 리튬 이온 배터리 충전과정 20
Fig. 2.3. 리튬 이온 배터리 방전과정 21
Fig. 3.1. 온도에 따른 SOC - OCV curve 변화 23
Fig. 3.2. 전류 적산법을 활용한 SOH 추정 28
Fig. 3.3. 리튬 이온 배터리 등가회로 모델 29
Fig. 3.4. EIS Nyquist Plot 31
Fig. 4.1. 배터리 충·방전 장비 34
Fig. 4.2. SP-300 35
Fig. 4.3. SAMSUNG INR 21700 40T Li-ion Battery 38
Fig. 4.4. 실험장비에 연결하기 위한 배터리 가공 38
Fig. 4.5. EIS data 저장 기준 40
Fig. 4.6. 실험 시나리오 40
Fig. 4.7. Ch.1 Battery 초기 EIS data 43
Fig. 4.8. Ch.1 Battery 150 Cycle 진행 후 EIS data 43
Fig. 4.9. Ch.1 Battery 300 Cycle 진행 후 EIS data 44
Fig. 4.10. Ch.1 Battery 450 Cycle 진행 후 EIS data 44
Fig. 4.11. Ch.1 Battery 600 Cycle 진행 후 EIS data 45
Fig. 4.12. Ch.1 Battery 750 Cycle 진행 후 EIS data 45
Fig. 4.13. Ch.2 Battery 초기 EIS data 47
Fig. 4.14. Ch.2 Battery 150 Cycle 진행 후 EIS data 47
Fig. 4.15. Ch.2 Battery 300 Cycle 진행 후 EIS data 48
Fig. 4.16. Ch.2 Battery 450 Cycle 진행 후 EIS data 48
Fig. 4.17. Ch.2 Battery 600 Cycle 진행 후 EIS data 49
Fig. 4.18. Ch.2 Battery 750 Cycle 진행 후 EIS data 49
Fig. 4.19. Ch.3 Battery 초기 EIS data 51
Fig. 4.20. Ch.3 Battery 150 Cycle 진행 후 EIS data 51
Fig. 4.21. Ch.3 Battery 300 Cycle 진행 후 EIS data 52
Fig. 4.22. Ch.3 Battery 450 Cycle 진행 후 EIS data 52
Fig. 4.23. Ch.3 Battery 600 Cycle 진행 후 EIS data 53
Fig. 4.24. Ch.3 Battery 750 Cycle 진행 후 EIS data 53
Fig. 4.25. Ch.4 Battery 초기 EIS data 55
Fig. 4.26. Ch.4 Battery 150 Cycle 진행 후 EIS data 55
Fig. 4.27. Ch.4 Battery 300 Cycle 진행 후 EIS data 56
Fig. 4.28. Ch.4 Battery 450 Cycle 진행 후 EIS data 56
Fig. 4.29. Ch.4 Battery 600 Cycle 진행 후 EIS data 57
Fig. 4.30. Ch.4 Battery 750 Cycle 진행 후 EIS data 57
Fig. 5.1. Ch.1 Rs와 Capacity Curve fitting 결과 61
Fig. 5.2. Ch.2 Rs와 Capacity Curve fitting 결과 63
Fig. 5.3. Ch.3 Rs와 Capacity Curve fitting 결과 64
Fig. 5.4. Ch.4 Rs와 Capacity Curve fitting 결과 65
Fig. 5.5. Ch.1 Rs 변화량과 Capacity 변화량 Curve fitting 결과 68
Fig. 5.6. Ch.2 Rs 변화량과 Capacity 변화량 Curve fitting 결과 70
Fig. 5.7. Ch.3 Rs 변화량과 Capacity 변화량 Curve fitting 결과 72
Fig. 5.8. Ch.4 Rs 변화량과 Capacity 변화량 Curve fitting 결과 74
Fig. 5.9. EIS 측정 시 발생하는 노이즈 77
Fig. 5.10. Ch.1 R'과 Capacity 4차 방정식 Curve fitting 결과 78
Fig. 5.11. Ch.1 R'과 Capacity 5차 방정식 Curve fitting 결과 78
Fig. 5.12. Ch.2 R'과 Capacity 4차 방정식 Curve fitting 결과 83
Fig. 5.13. Ch.2 R'과 Capacity 5차 방정식 Curve fitting 결과 83
Fig. 5.14. Ch.3 R'과 Capacity 4차 방정식 Curve fitting 결과 88
Fig. 5.15. Ch.3 R'과 Capacity 5차 방정식 Curve fitting 결과 88
Fig. 5.16. Ch.4 R'과 Capacity 4차 방정식 Curve fitting 결과 92
Fig. 5.17. Ch.4 R'과 Capacity 5차 방정식 Curve fitting 결과 92