[SOC Estimation by EKF] 19주차 (6/10~6/14)

1. 지난 주 계획

• MCU단에 SoC Estimator를 적용하는데 필요한 내용들 공부
• SoC Estimator 적용 Application 특성 파악
• 기존 논문 분석 내용 복습

 

2. 연구 내용

1) ECM 내 RC Ladder 추가 

• 각각의 RC Ladder가 의미하는 내용 분석
  • U1 (1st RC Ladder) : 배터리 내부의 빠른 과도응답인 Concentration Polarization Voltage 
  • U2 (2nd RC Ladder) : 배터리 내부의 느린 과도응답인 Activation Polarizaiton Voltage

 

A. Polarizatoin (분극)

• 전극과 전해질 간의 경계면에 절연층이 발생하는 현상
  
  • 전지에서 전기화학적 반응이 진행될 때, 전지의 각 구성요소에서 일어나는 Charge의 이동 과정은 서로 다른 속도로 진행
  • 이러한 속도 차이로 인해, 특정 과정에서의 Charge의 이동 과정이 상대적으로 늦어져 전지의 전체적인 반응이 늦어지게 됨
  • 따라서 전지의 양 단자에 전류가 흐르면, 양 단자 사이에서 측정되는 전압은 항상 평형 전압보다 크거나 (충전 시) 작게 (방전 시) 나타난다
• Polarization 현상은 전극과 전해질을 분리시켜 서로 간의 반응과 Charge의 이동을 방해한다

- Polarization 현상의 영향

1. 전극 전체의 전위 값(Electrochemical Potential)이 평형상태일 때보다 크거나 작아짐
   • Electrochemical Potential : 화학적 전위의 열역학적 측정 값
2. Reduction Potential의 감소로 인한 반응률 감소 유발
   • Reduction Potential : 전자를 얻거나 잃어 산화 혹은 환원되려 하는 화학물질의 경향
3. 전류가 전기화학적 동작이 아닌 열에너지로의 반환
4. 전지의 자가 방전률 증가

• 전기화학 분야에서의 Polarization은 Activaton / Concentration Polarization으로 나뉨

 

B. Activation Polarizaiton (활성화 분극)

• 전극과 전해질 사이의 경계면에 가스 혹은 타 시약이 축적되는 현상

 

C. Concentration Polarizaiton (농도 분극)

• 전류가 전극과 용액 표면을 통과함에 따라 발생하는 전해질의 농도 변화로 인해 나타나는 분극
• 경계면에서의 Concentration Gradient를 유발하는 전해질 내 시약의 불균일한 고갈현상
  • Concentration Gradient : 용질의 농도 변화로 인해 위치에 따라 밀도가 변하는 현상

 

2) Hysteresis Voltage 적용 방안 탐색

• B 논문 재분석을 통해 2nd RC Ladder + Hysteresis Voltage 적용 방안 탐색
• 위 수식의 'M' 변수는 각 SoC에서의 충/방전 OCV 값 간의 차이를 나타냄
  • 따라서 이를 Sampling 된 SoC에 따른 값으로 나타내는 Look Up Table 형태로 구현

 

3) FFRLS (Forgetting Factor Recursive Least Square) 분석

• 논문에서 ECM Parameter 계산에 사용된 FFRLS(Forgetting Factor Recursive Least Square) Algorithm 분석
• RLS와 Extended Kalman Filter 비교

 

 

3. 향후 계획

• FFRLS를 통한 ECM Parameter 계산
• ECM에 Hysteresis Voltage 적용
• 실제 System에 적용을 통한 성능 확인 및 개선