스위칭 제어형 블리드 회로 기반 BMS의 배터리 내부저항 진단 기법
- 주제(키워드) BMS , 배터리 , 내부저항
- 주제(DDC) 621.381
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 이교범
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035737
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 스위칭 제어형 블리드 회로를 적용한 BMS (Battery Management System)의 배터리 내부저항 자가진단 기법을 제안한다. 제안한 기법에서는 기존 BMS의 패시브 밸런싱 경로에 능동 스위칭 회로를 추가하여, UPS (Uninterruptible Power Supply) DC-Link 환경의 간섭에도 불구하고 안정적인 펄스 전류 인가와 정밀 한 전압 강하 측정을 가능하게 하며, 이를 통해 배터리 셀 내부저항을 실시간으로 평 가할 수 있다. 기존 ACIR (Alternating Current Internal Resistance) 방식은 UPS의 DC-Link 커패시 터 및 인버터 제어 루프와의 상호 간섭으로 인해 전압 응답이 왜곡되며, DC 환경에 서의 실시간 내부저항 진단이 어려운 구조적 한계를 가진다. 이러한 문제를 해결하 기 위해, 본 연구에서는 내부저항의 정의, 시간 영역 기반 DCIR (Direct Current Internal Resistance) 측정 원리, DC-Link 연결 환경에서 발생하는 전압 왜곡 요소를 분 석하여 기존 방식의 한계를 규명한다. 또한 배터리 열화와 DCIR 변화 간의 상관성을 분석하기 위해, PyBaMM (Python Battery Mathematical Modelling) 기반 DFN (Doyle Fuller Newman) 모델을 활용하여 다양한 온도 조건에서 열화 시뮬레이션을 수행하고, SEI 성장, 리튬 도금, 활성 물질 손실 등 온도 의존적 열화 메커니즘이 DCIR에 미치 는 영향을 비교 분석한다. 제안된 회로는 전류 펄스 파형 설계, 고속 전압 측정 경로, 노이즈 억제를 위한 필 터링 기법 등을 포함하여 DCIR 측정에 최적화된 하드웨어 플랫폼을 구현한다. 이를 바탕으로 다양한 SOC (State Of Charge) 및 온도 조건에서 DC-Link 운전 중 내부저항 을 측정하고, PyBaMM 시뮬레이션 결과와 비교하여 열화 경향을 분석한다. 본 논문 에서 제안된 기법의 안정성과 재현성은 실험을 통해 검증한다.
more목차
제 1 장 서론 1
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 목적 3
제 2장 배터리 내부저항 특성 및 측정 환경 분석 5
2.1 리튬이온 배터리의 내부 구조 및 전기화학적 특성 5
2.2 배터리 내부저항의 정의 및 구성 요소 10
2.3 ACIR의 측정원리와 등가회로 모델링 13
2.4 DCIR 측정원리와 시간 영역 모델링 16
2.5 UPS DC-Link 전기적 모델링 및 측정 간섭 해석 19
2.6 ACIR과 DCIR의 비교 및 해석 23
제 3 장 리튬이온 배터리 열화 메커니즘 분석 및 전기화학 시뮬레이션 25
3.1 리튬이온 배터리의 열화 메커니즘 및 수명 저하 요인 25
3.1.1 화학적 열화 26
3.1.2 물리적 열화 28
3.1.3 전기적 열화 29
3.2 배터리 열화 모델링 31
3.2.1 DFN 수학적 모델링 31
3.2.2 SEI 성장 모델링 34
3.2.3 리튬 도금 모델링 36
3.2.4 활성 물질 손실 모델링 38
3.3 PyBaMM 구조 및 특징 41
3.4 전기화학 모델 비교 44
3.5 시뮬레이터 설정 46
3.5.1 파라미터 설정 47
3.5.2 시뮬레이션 조건 및 초기 설정 48
3.5.3 분석 지표 정의 49
3.6 시뮬레이션 결과 및 분석 51
제 4 장 BMS 설계 및 DCIR 측정 시스템 57
4.1 전체 시스템 아키텍처 및 BMS 구성 57
4.2 셀 모니터링 및 isoSPI 통신 구조 60
4.3 Kelvin 측정 기반 전압 샘플링 회로 63
4.4 스위칭 제어형 블리드 회로 및 DCIR 측정 구조 66
4.4.1 기존 패시브 밸런싱 회로의 한계 66
4.4.2 제안된 스위칭 제어형 블리드 회로의 구성 68
4.4.3 DCIR 측정 원리 69
4.4.4 스위칭 시퀀스 및 제어 알고리즘 70
4.4.5 회로 특성 및 분석 74
4.4.6 응용 가능성과 장점 76
4.5 실험 구성 및 결과 분석 79
4.5.1 측정 실험 구성 및 절차 80
4.5.2 배터리 내부저항 측정 결과 81
4.5.3 측정 결과 분석 83
제 5 장 결론 86
참고 문헌 87
Abstract 95
