Capacity estimation of lithium-ion batteries under various temperatures using two aging indicators

Minhwan Seo,Youngbin Song,Shina park,Sang Woo Kim 제어로봇시스템학회 2021 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

Lithium-ion batteries undergo calendar aging and cycle aging, respectively, during storage and usage, and their capacity (an important factor for efficient and safe use of batteries) gradually decreases. Additionally, ambient temperature changes capacity of the battery. Existing methods developed for a specific temperature are difficult to apply to batteries under different temperatures. This study proposes a method to easily estimate capacities of batteries at various temperatures and aging conditions using two aging indicators. Electrochemical characteristics of the battery, which change according to battery aging, can be extracted through measured surface temperatures, terminal voltages, and currents: 1) One is change in entropy of the battery and 2) the other is change in internal resistance of the battery. It is confirmed that two aging indicators (entropy and internal resistance) have a linear relationship with battery aging through the experimental data, and that the linear relationship maintains the identical trend even at various temperatures. The results of estimating the battery capacities using the two aging indicators demonstrate that relative errors are less than 3.11%. Therefore, the proposed method can accurately estimate capacities of batteries in different temperature and aging conditions, and can be easily applied to batteries in various temperature environments.

유전 알고리즘을 이용한 다양한 온도 환경에서의 리튬 이온 배터리 모델 파라미터 추정

서민환(Minhwan Seo),송영빈(Youngbin Song),박신아(Shina Park),김상우(Sang Woo Kim) 대한전기학회 2021 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

모델을 기반으로 한 배터리 상태 진단 알고리즘에서 정확한 배터리 모델링이 필수적이다. 기존의 방법들은 특별한 사전실험이 필요하거나 배터리 방전 상황 및 상온에서 배터리 모델링을 진행하였다. 하지만, 배터리가 사용되는 휴대용 전자기기 및 전기차와 같은 애플리케이션들은 다양한 충/방전 상황 그리고 다양한 외기 온도에 노출되기 때문에 이를 고려한 정확한 배터리 모델링이 필요하다. 그래서, 본 연구에서는 특별한 사전시험이 필요하지 않고 전류의 변동성이 없는 정전류 충전 상황에서의 배터리 모델링 방법을 제안하였으며, 또한 하나의 상온이 아닌 다양한 외기 온도 환경에서 배터리 모델링을 함으로써 제안하는 모델링 방법의 범용성을 보이고자 하였다. 다양한 온도에서의 배터리 정전류 충전 데이터와 배터리 등가 회로 모델인 1차 테브닌 모델 식을 유전 알고리즘에 적용하여, 각 충전 상황에 가장 적합한 모델 파라미터를 추정하였다. 실제 상용 배터리 셀을 이용하여 실험을 진행하였으며 다양한 외기 온도 (5 ℃, 15 ℃, 25 ℃, 40 ℃, 55 ℃)에서 획득한 실험 데이터는 제안한 모델링 방법을 검증하는데 사용되었다. 검증 결과, 제안한 모델링 방법은 다양한 외기 온도에서 최대 평균 오차 32.5 ㎷, 최대 오차 203.1 ㎷를 가지는 높은 모델링 정확성을 보임을 확인하였고 향후 모델을 기반으로 하는 배터리 관리 시스템에 쉽게 적용되어 사용될 수 있으리라 기대한다.

유전 알고리즘을 이용한 다양한 온도 환경에서의 리튬 이온 배터리 모델 파라미터 추정

서민환(Minhwan Seo),송영빈(Youngbin Song),박신아(Shina Park),김상우(Sang Woo Kim) 대한전기학회 2021 정보 및 제어 심포지엄 논문집 Vol.2021 No.10

Prediction of the Crystal Morphology of β-HMX using a Generalized Interfacial Structure Analysis Model

Seo, Bumjoon,Kim, Seulwoo,Lee, Minhwan,Kim, Taewan,Kim, Hyoun-Soo,Lee, Won Bo,Lee, Youn-Woo The American Chemical Society 2018 CRYSTAL GROWTH AND DESIGN Vol.18 No.4

<P>At sufficiently low supersaturations such that the spiral growth mechanism dominates, β-cyclotetramethylenetetranitramine (HMX) grows from acetone into a polyhedron surrounded mainly by the (020) and (011) faces. In order to elucidate the morphology, a generalized form of the interfacial structure analysis model is suggested. In this method, the molecular order parameters of crystals are defined to identify the orientation and conformation of the adsorbed growth unit at the interface. This presents a robust method to calculate the orientational and conformational free energy surfaces that are utilized for the spiral growth model of centrosymmetric growth units with polygonal spiral edges. From the metadynamics simulation using these order parameters as collective variables, the free energy surfaces with respect to the collective variables revealed that high conformational free energy of the chair conformation discouraged preordering of the growth units into crystal-like orientation and conformation. The resulting morphology was consistent with the previous experimental and theoretical results, indicating that the anisotropic local concentrations of the growth units at the interface play a critical role in the different relative growth rates of the slow-growing faces.</P><P>The orientation and conformation of a β-cyclotetramethylenetetranitramine (HMX) molecule at the interface can be identified using order parameters that distinguish crystal-like molecules. Using metadynamics with the order parameters revealed that all the adsorbed molecules act as equivalent growth units. The prediction of the morphology using the anisotropic concentration of these growth units with the spiral growth model exhibited consistency with the experimental morphology of the β-HMX crystal.</P> [FIG OMISSION]</BR>

Driving Conformational Transitions in the Feature Space of Autoencoder Neural Network

Seo, Bumjoon,Kim, Seulwoo,Lee, Minhwan,Lee, Youn-Woo,Lee, Won Bo American Chemical Society 2018 The Journal of Physical Chemistry Part C Vol.122 No.40

<P>The thermodynamic properties of interests for many physical or chemical processes are closely related to the relative stabilities and distributions of different metastable states. These statistical data are described by the underlying free-energy surfaces (FESs), which are typically embedded in a high-dimensional space that often appears incomprehensible. To resolve this curse of dimensionality in the calculation of the FESs by enhanced sampling techniques such as metadynamics, we introduce an approach based on using an autoencoder to construct a set of low-dimensional collective variables by iterative unsupervised training on a dataset. This is demonstrated for the case of conformational FES of cyclooctane that serves as a benchmark for rare event problems with complex FESs. Using the derived collective variables, the free-energy differences of canonical conformations were computed while preserving the essential symmetries of space.</P> [FIG OMISSION]</BR>

초지로 분류된 골프장의 유출특성

신민환 ( Minhwan Shin ),최재완 ( Jaewan Choi ),최용훈 ( Younghun Choi ),서지연 ( Jiyeon Seo ),이재운 ( Jaewoon Lee ),최중대 ( Joongdae Choi ) 한국농공학회 2009 한국농공학회 학술대회초록집 Vol.2009 No.-

토지피복분류의 대분류 7개의 항목 중 초지에 해당하고, 세분류 48개의 항목 중 골프장에 해당하는 토지피복에 대하여 강우유출수를 조사하였다. 연구기간은 2008년 6월부터 2009년 5월까지이고, 총 11회의 강우사상에 대하여 유량측정과 수질분석을 실시하였다. 유량측정은 웨어와 수위계를 설치하여 유량으로 환산하였고, 수질분석은 자동시료채취기를 설치하여 15∼120분 간격으로 채취한 뒤 수질오염공정시험방법에 따라 9개의 수질항목을 분석하였다. 조사대상의 유역면적은 우수관망도와 등고선 자료 그리고 현장조사를 통한 데이터를 수집하고, ArcGIS 프로그램을 이용하여 산정하였다. 산정된 유역면적은 5.5 ha로 나타났고, 유역면적은 18개의 골프장 홀 중 2개의 홀에 해당하는 유역이다. 골프장에서 발생하는 강우의 패턴을 정확하게 분석하기 위해 조사지점에 자기우량계를 설치하여 분단위 강우량을 조사하였다. 조사결과 강우사상당 강우 발생량은 11~58.5 mm의 범위로 나타났고, 강우에 따른 총 유출량은 19.7~847.9 m³의 범위로 나타났다. 강우량에 따른 총 유출량의 유출률은 0.01~0.305로 선행무강우일수와 강우강도에 따라 큰 차이를 나타냈다. 각 강우사상별로 유량가중평균농도(Event Mean Concentration : EMC)를 산정한 결과 BOD₅ 4.2~10.8 mg/L, COD_Mn 33.7~51.4 mg/L, TOC 14.1~30.9 mg/L, SS 3.6~16.6 mg/L, T-N 1.545~16.080 mg/L, NH₃-N 0.076~5.28mg/L, NO₃-N 0.22~1.882 mg/L, T-P 1.045~4.514 mg/L, PO₄-P 0.029~2.611 mg/L의 범위로 나타났다. 초지로 분류되어 있는 골프장의 경우 일반 초지와는 다르게 잔디 관리를 위한 농약 및 비료사용으로 인해 초기의 농도가 높게 산정되었고, 모든 항목의 높게 나타났다. 또한 골프장의 잔디관리를 위하여 골프장에서 발생하는 강우유출수를 빠르게 배수 되도록 설계되어 있어, 일반적인 초지와 다르게 적은 양의 강우가 발생하여도 유출이 발생하는 특성이 있었다. 따라서 골프장에서 발생하는 오염부하는 일반초지와 다른 방법의 관리가 필요하고, 정확한 오염부하 산정을 위하여 장기적인 모니터링이 필요할 것으로 판단된다. 또한 본 연구의 결과는 골프장에서 발생하는 오염부하의 정량적인 지표로 사용할 수 있을 것이다.

Python을 이용한 2차원 파동의 간섭 시뮬레이션

김민환 ( Minhwan Kim ),서혜린 ( Hyerin Seo ),김두찬 ( Duchan Kim ) 한국현장과학교육학회 2020 현장과학교육 Vol.14 No.3

파동의 간섭은 고등학교 물리학 교과에서 중요하게 다루어지는 분야이다. 파동의 간섭과 관련된 여러 오개념이 존재한다. 물리학 II 교과에서 다루는 2차원 파동의 간섭에 한정해 연구한 결과는 없었으나, 2차원으로 확장되어 추가적인 오개념이 발생할 것으로 예상된다. 과학 시뮬레이션은 단기간에 과학적인 개념 및 이해를 촉구함으로써 이러한 오개념을 바로잡을 수 있을 것이라 기대된다. 본 연구에서는 컴퓨터 프로그래밍 언어인 Python을 이용해 2차원 파동의 간섭 시뮬레이션을 만들고 조작 방법을 소개하였다. 또한, 활용 방안 및 기대효과로 영화관 상황에서의 응용 등과 개념의 이해 심화를 제시하였다.

전력 조절 준-직교 시공간 블록 코드를 이용한 3-Hop 증폭 후 전송 중계기에 관한 연구

최민환(Minhwan Choi),서동호(Dongho Seo),이후진(Hujin Lee),남해운(Haewoon Nam) 한국통신학회 2015 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.1

Cell Inconsistency Classification for Lithium-Ion Battery Packs Considering Internal Short Circuit Fault

Youngbin Song,Minhwan Seo,Shina Park,Sang W. Kim 제어로봇시스템학회 2021 제어로봇시스템학회 국제학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

Initial parameter variances between cells in battery packs occur in a manufacturing process. Furthermore, this difference is intensified as the pack is being used, resulting in differences in capacity and the state of charge (SOC) between cells. Cell inconsistencies decrease the energy efficiency, and low-capacity cells in packs can occur an internal short circuit (ISC) fault which causes a thermal runaway in severe cases. However, the ISC may be misdiagnosed as cell inconsistencies and vice versa because the impacts of cell inconsistencies and the ISC are similar in particular charge/discharge. In this paper, a model-based cell inconsistency classification method is proposed. The equivalent circuit model of the fresh cell is used as a reference model, making it possible to save efforts in constructing parameter look-up tables for various degrees of aging. In addition, we use the SOC difference feature that can clearly distinguish the effects of inconsistencies and ISC using the reference SOC calculated by the nominal capacity. The proposed method was verified in simulation for various types and degrees of cell inconsistencies and ISC, and accurately identified inconsistent cells and ISC cells, thereby leading to efficient energy use and early detection of the ISC fault.

재료 특성에 따른 구름베어링의 마이크로피팅 분석

서민우(Minwoo Seo),김민환(Minhwan Kim),이대용(Daeyong Lee) 한국트라이볼로지학회 2019 한국트라이볼로지학회 학술대회 Vol.2019 No.10