건강 상태(SOH) 추정
배터리의 SOH는 배터리 수명으로도 표현될 수 있습니다. 배터리 수명은 다양한 사용 조건에 따라 보관 수명과 사이클 수명이라는 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다.
보관 수명은 보관 중 배터리의 노화 현상과 결과를 나타냅니다. 보관하는 동안 배터리 용량은 되돌릴 수 없을 정도로 감소하며 자체 방전율은 보관 환경에 따라 크게 달라집니다.- 따라서 배터리 노후화 속도의 가속 또는 감속은 보관 환경에 따라 달라집니다. 보관 온도는 보관 수명과 자체 방전에 영향을 미치는 주요 요인입니다.- 실온에 비해 배터리 보관 온도가 높을수록 부반응(부식 등)이 발생할 가능성이 높아지고 금속 양이온의 손실이 더 심각해집니다. 저온에서는 물질의 확산과 전기화학 반응이 감소하여 배터리 노화 속도가 감소합니다. 배터리 보관 수명에 영향을 미치는 또 다른 요인은 배터리 보관 중 SOC 값입니다. 여기서 SOC는 전극의 이온 비율로 정의됩니다. 보관 온도는 동일하지만 배터리 보관 SOC가 다르면 배터리 노화 경로가 다릅니다. 높은 SOC에서는 전극/전해질 계면에 큰 전하 불균형이 존재하여 전기화학 반응을 촉진합니다.
사이클 수명은 배터리 사용(충전 및 방전)이 배터리에 미치는 영향을 나타냅니다. 배터리 노화는 충전과 방전 중에 지속적으로 발생합니다. 배터리 사용 중 온도와 전류는 사이클 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 또한, 배터리의 사용 여부와 관계없이 관련 반응이 발생하므로 배터리 저장 수명에 영향을 미치는 요인도 사이클 수명에 영향을 미칩니다. 배터리 사용은 발열 과정입니다. 온도가 증가하면 이러한 반응이 가속화되어 배터리 노화가 가속화됩니다. 이러한 변수 외에도 사이클 수명과 관련된 매개변수는 배터리 충전 상태의 함수입니다. 1회 방전 시 손실되는 전하량(충전 상태의 변화)은 배터리 노화에 큰 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 이러한 현상은 주로 고전류 충방전 시 양극의 열화 및 SEI 필름의 형성에 기인합니다.-
1. 배터리의 SOH(State of Harm) 정의
SOH에 대한 다양한 정의는 다양한 관점에서 파생될 수 있습니다. 현재 배터리 연구에서 일반적으로 사용되는 정의에는 내부 저항 정의, 방전 심도 정의 및 잔여 전하 정의가 포함됩니다.
(1) 내부저항 정의방법
배터리의 내부 저항이 점차 증가함에 따라 배터리의 상태가 악화됩니다. 배터리의 상태(SOH)는 다음 관계를 기반으로 정의할 수 있습니다.
공식에서 RNEW는 제조 당시 배터리의 내부 저항을 나타냅니다. REOL은 배터리 수명이 끝날 때의 내부 저항을 나타냅니다. R은 현재 상태에서 배터리의 내부 저항을 나타냅니다.
이 정의의 핵심은 배터리의 내부 저항에 대한 정확한 값을 얻는 것입니다. 비교적 정확한 측정 결과가 장점이지만, 배터리의 SOH(State of Health)에 크게 영향을 받는 배터리 정격 용량을 고려하지 않는다는 단점이 있다.
(2) 방전심도(SOH)의 정의
배터리의 방전 심도(SOH)는 배터리 자체 용량에 대한 방전 용량의 비율을 나타냅니다. 이 비율은 배터리를 재충전할 수 있는 횟수에 반비례합니다. 즉, 방전 깊이가 클수록 재충전할 수 있는 횟수는 줄어듭니다. 따라서 SOH는 방전심도 관점에서 특정 방전심도에서 최대 재충전 횟수에 대한 남은 재충전 횟수의 비율로 정의할 수 있습니다.
(3) 잔여 용량의 정의
SOH(충전 상태)는 배터리의 남은 용량 관점에서 정의됩니다. 일정 기간 사용 후 배터리의 남은 용량을 직접 측정할 수 있습니다. 따라서 Cnew를 사용하지 않을 때의 배터리 최대 용량, Cnorm을 배터리의 최대 사용 가능 용량으로 둡니다. 그러면 SOH는 다음과 같이 정의할 수 있습니다.
