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  • EIS Curve Fitting
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      EIS Curve Fitting

     

    ◎ EIS(전기화학 임피던스 분광법) Curve Fitting - 사용법 

     

    자료실에서 EIS Curvefitting demo 프로그램을 다운로드하면 사용가능 합니다.

    다양한 회로가 구성되어 있어 회로를 통해 시뮬레이션 및 예제 데이터를 통해 Curvefitting에 의한 파리미터 추출값을 확인 하실 수 있습니다. 

     

    EIS Curvefitting 시뮬레이션이 궁금하시다면 아래의 링크로 이동 

    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=668&Sub_No=8

    EIS에 대해 전반적인 이해가 필요하시다면 아래의 링크로 이동 

    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=172&Sub_No=8

    배터리 임피던스의 이해가 필요하시다면 아래의 링크로 이동

    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=204&Sub_No=8

     

     WizSIM 프로그램을 이용하면, 전기화학 임피던스 EIS에 대한 Simulation과 Curve Fitting을 할 수 있다. 그 중, Curve Fitting을 할 때, WizSIM을 사용하는 방법에 대해 다루겠다.

     

    사용자는 등가 회로의 파라미터 값들을 찾아낼 수 있다. Curve Fitting 전에, 등가 회로를 먼저 선택해야 한다. 등가 회로에 사용될 수 있는 소자에는 resistor (R), inductor (L), capacitor (C), warburg (W), constant phase element (Q), gerischer (G), 그리고 FSW (T)가 있다.  

     

    Curve Fitting을 하기 전, WizSIM 프로그램의 전반적인 기능들에 대한 지식이 필요하다.

     

    WizSIM 프로그램의 첫 화면과 기능들에 대한 설명은 다음과 같다.

     


     

    < WizSIM Studio UI >

     


    1 : CurveFitting 실행 및 정지

    2 : CurveFitting초기값에 대한 설정

    3 : CurveFitting 회로 설정 (91à사용자가 회로 추가 가능)

    4 : 파라미터 소자값을 찾기 위한 범위 설정(R, L, C, W, Y, K 설정)

    5 : CurveFitting을 위한 Data Load Curve Fitting 시뮬레이션

    6 : CurveFitting 회로 초기값(Init Value) Curve Fitting 된 결과값 

       (Result Value)

    7 : Nyquist Plot (Z Real값과 Z Image값을 보여준다.)

    8 : Bode Plot (주파수에 따른 Impedance Phase를 보여준다.)

    9 : 3번에서 선택한 회로 이외의 다른 회로로 Curve Fitting
    실시
    (91)하고 각 회로에 대한 정확도가 높은 순으로 나열(5)되어 확인 할 수 있는 기능.



    ※ 4번 항목 부가 설명
    <4번 항목 소자 범위 설정 UI>

     

    1. Bulk Check Configuration으로 큰 값을 가진 L, C, W 소자들에 대한 설정이다. Super Inductor, Super Capacitor, Super Warburg는 각 L, C, W의 최대값을 10 H, 10 F, 1300으로 설정해준다. Inductor Unit과 Capacitor Unit은 L과 C의 단위를 설정해준다. L에는 H, mH, uH, nH가 있고, C에는 F, mF, uF, nF이 있다.

     

    2. R, L, C, W, Y, K Range Configuration으로 모든 소자들의 범위를 설정하는 기능이다. L과 C는 소자 값의 범위를 설정할 때 L과 C의 경우, 위의 단위를 그대로 붙여주면 된다. 그림 의 경우에는, L의 최소값은 0.01uH이고, 최대값은 10000uH이다. Y와 K는 Q, G, T의 파라미터와 관련된 값인데, 위 식의 Y, K와 같다.


     

    < Q, G, T 소자의 임피던스 식 >

     


    Curve Fitting을 할 때, 설정된 범위에 따라 수렴할 수도 있고 안 할 수도 있다. 

    또한, 수렴 범위를 좁게 하면, 더 빠르게 수렴할 수 있다.


    설정된 범위에 따라 수렴이 안될 경우
    사용자가
    (2)에 항목의 Table 형식에서 최소, 최대값을 설정하여 회로를 선택하고 Curve Fitting을 다시
    시도하여 파라미터 소자값을 찾도록 수렴할 수 있다


    · Curve Fitting Process

     

    (1)CurveFitting을 하고자 하는 임피던스 측정 데이터를 Load 한다.

    [Data Load의 Measurement Data Load 좌측의 폴더 아이콘 클릭 자료]

     

    (2) 임피던스 Nyqusit plot 측정 데이터 Load 완료

     [데이터 Load 완료]

     


    (3) Load 한 데이터를 기반으로 알맞은 회로를 선택한다.

    [Curve Fitting Control
    Panel
    의 회로를 선택하여 Curve Fitting하고자
    하는 등가회로 선택]


    회로 표현 식은 다음과 같은 규칙을 따른다.
    +는 직렬, *는 병렬의 표현이다. [  ]는 병렬의 Depth 혹은 직렬의 묶음의 표현이다. 
    알고리즘적으로는, 수학에서의 괄호와 같이 임피던스 계산을 먼저 하는 것으로 해석된다.

    < R+[C*R] 등가회로 >
     

    (4) 등가회로를 선택하면 회로의 초기값을 자동으로 그려준다.


    측정 데이터의 Curvefitting
    하기 위해서는 초기값 설정이 있어야 한다
    .


    <등가회로 선택 완료>


    (5) CurveFitting Start 버튼 클릭

     [Curve Fitting Start시작]

     

     

    1 : Curve Fitting Phi의 변화율이 5번의 Iteration 동안에 Tolerate%보다
    작은 경우 수렴한다. 또한, Iteration Max Iters보다 클 때 정지된다. Tolerate% Max Iters를 적당히 입력해야 최상의 Curve Fitting을 
    찾을 수 있다. Tolerate %가 작으면 작을수록 정확한 Fitting으로 향하지만, 너무 작을 경우 수렴되지 않는 루프에 빠질 수 있다. Iteration Max Iters에 도달했다면, Tolerate%를 조금 높이는 것이 유용할 수 있다. 혹은 Max Iters를 늘리는 것도 유용할 수 있다

     

     

     

     

    2 : Curve Fitting 사용시 돌아간 Iteration 수와 전체 오차에 대한 값 Phi를 보여준다. 
    Phi가 작을수록 Curve Fitting된 결과가 정확하다.

     
                                   

    (6) CurveFitting 완료

    -  Curve Fitting이 완료되면 다음가 같은 빨간색 박스에 R, L, C 등 파라미터 값 추출

    -  오차에 대한 Phi, Iterations , 파라미터 값을 보여준다.


    [Curve Fitting 완료]


    ㈜위즈맥 전기화학 계측기 기본모델

    기초적인 전기화학 실험이 가능한 Potentiostat/Galvanostat/EIS

    기능으로 구성된 고성능 모델





    측정 시료의 내부 상태 변화를 해석하기 위한

    임피던스 Curvefitting 프로그램

    배터리 분야에서 필수적인 응용 프로그램

    내부상태 파라미터 추출을 통해 노화 상태, 충전상태, 고장유무, 수명 예측의 판단이 가능한 전기화학 고성능 모델 및 프로그램

     

     
     

    ㈜위즈맥 전기화학 충방전기 시스템 

    - 배터리 테스트를 위한 고성능 다채널 배터리 충방전기 시스템

    - Potentiostat/Galvanostat/EIS 회로로 구성된 배터리 충방전기    시스템

    - 기본은 8채널로 구성되어 있으며 Rack 과 호환되어 최대 64

    채널까지 확장 가능한 장비(8채널 * 8) 

    - 전류 범위는 최소 100mA ~ 10A 까지 포괄적이며 저전류, 중전류, 고전류 모델로 구성되어 코인셀, 파우치 등 시료에 따라 제품 구성이
    가능





    - 충방전기 시스템에 제공되는 다기능 맞춤형 소프트웨어

    - 8채널별 프로그램 관리, 최대 64채널 관리 프로그램 

    - 사용자가 직접 배터리 테스트의 절차를 편집 및 테이블 형식으로 시퀀스를 편집 가능한 특성을 가짐 


     


     

     

    • Curve Fitting Plot & Date 화면


    1 : Overlay Loading 체크 시, 여러 파일을 한꺼번에 Load 하여 볼 수 있다.
    2 : 3번에 확인된 데이터 저장
    3 : Curve Fitting과 Original데이터를 확인 할 수 있다.
     
    < 3번 선택 시 출력되는 데이터 (좌 : Curve Fitting Data, 우 : Original Data >

    좌측이 Curve Fitting 된 결과 표이고, 우측 표는 불러온 Original데이터이다. 
    상단의 Precision 입력 칸은 표에 있는 숫자들의 소수점 자리 수를 변경하고 싶을 때 사용한다. 
    표에 대한 해석은 다음과 같다.
    Frequency : 주파수
    Zre : 임피던스 Real 값
    Zim : 임피던스 Imaginary 값
    Zohms : 임피던스 값
    Phase : 위상(degree)값
    Error Zre %, Error Zim % : Curve Fitting 된 결과와 원래 데이터의 오차율(%)

    4 : 되돌리기 (그래프 스케일을 자동화 시켜준다.) 
    지우기 (그려진 모든 그래프를 지워준다.)
    5 : 확대 및 축소
    6 : 전체 화면 프린트
    Curve Fitting 완료 후 여러 가지 회로로 시뮬레이션 예시
    ( Curve Fitting한 회로 이외의 다른 회로로 Curve Fitting을 실시(최대 91개)하고 측정한
    회로에 대한 정확도가 높은 순으로 5개 나열하여 확인 가능 )
    7 : 십자가 형태의 Graph Cursor를 Point(점)에 클릭하면 그 부분의 Frequency, Real,
    Image, Index 값을 알 수 있다.

    • Curve Fitting Best Circuit Auto Search

    3번에서 선택한 회로 이외의 다른 회로로 Curve Fitting을 실시(91개)하고 각 회로에
    대한 정확도가 높은 순으로 나열(5개)되어 확인 할 수 있는 기능
     

    ①  3 : Curve Fitting 하고자 하는 회로를 선택한다.
     (Select 아래의 박스를 클릭하여 원하는 회로를 선택하거나 Select All Circuit체크하여 모든 회로를 선택할 수 있다.)
    ②  2 : Set Table Precision을 설정하여 오차율의 소수점을 변경하거나 Number of Results를 설정하여 4번에 출력되는 결과값을 변경할 수 있다.
    ③  1 : Start (측정시작), Stop (측정정지), Delete (삭제)
    ④  4 : 오차율이 낮은 (정확도가 높은) 순으로 5개 나열하여 확인

     
    <회로 시뮬레이션 결과>


    최대 400watt 고전류 전기화학


    배터리 테스트 시스템


    내부상태 파라미터 추출을 통해 노화 상태, 충전상태, 고장유무

    수명 예측의 판단이 가능한 전기화학 고성능 모델 및 프로그램



    • Curve Fitting 동작 구현 예시-1


    • Curve Fitting 동작 구현 예시-2



    ※ 만약Curve Fitting이 수렴하지 않는 경우 ( Iterations가 Max Iters에 도달한 경우).



    R, L , C , W , Y , K Range Configuration에서 소자 값의 범위를 변경해 주거나, Inductor와 Capacitor의 단위를 변경해주면, Curve Fitting이 수렴할 수 있다. 소자 값의 범위를 설정할 때 L과 C의 경우, 단위를 그대로 붙여주면 된다. 위 그림의 경우에는, L의 최소값은 0.01 uH이고, 최대값은 10000uH이다.

    ㈜위즈맥 전기화학
    계측기 포터블


    MultiChannel 모델


    저전류 범위와 소형 사이즈의


    전기화학 계측기 포터블 시리즈


    바이오, 수질, 가스센서 등 저전류 범위에


    맞춤형 모델



     

    전기화학 데이터 분석 알고리즘 항목


    수학 분석법에 대해 더 자세히 알고 싶다면


    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=670&Sub_No=8


    일반 전기화확 분석법에 대해 더 자세히 알고 싶다면


    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=671&Sub_No=8


    부식 분석법에 대해 더 자세히 알고 싶다면


    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=672&Sub_No=8






    CV실험의 구체적인 방법 및 절차에 대해서 궁금하다면 


    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=257&Sub_No=8


    전기화학을 더 이해하기 위하여 전기화학 전극과 전기화학 셀에 대하여 이해가 필요 하다.


    전기화학 전극( Electrochemistry Electrode ) 및 셀의 더 자세한 자료를 원하신다면


    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=366&Sub_No=8


    PotentioStat를 이용하여 분석을 하기 위해서는 분석법에 대한 이해가 더 필요할 수 있다.


    전기화학 분석법의 더 자세한 자료를 원하신다면


    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=189&Sub_No=8


    또한 전기화학 전극의 종류와 특성에 대해 설명한 자료가 있다.

     


    기준 전극( Reference Electrode ) 의 더 자세한 자료를 원하신다면


    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=135&Sub_No=8


    카운터 전극( Counter Electrode ) 의 더 자세한 자료를 원하신다면


    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=137&Sub_No=8


    워킹 전극( Working Electrode ) 의 더 자세한 자료를 원하신다면


    http://www.wizmac.com/2015/lecture/board01_view.htm?No=136&Sub_No=8


    전기화학 전문기업이 직접 개발 공급하는


    ㈜위즈맥 전기화학 솔루션 개발


    전기화학을 이용한 제품 개발 솔루션 제공 임피던스 측정 솔루션

    http://www.wizmac.com





     


     

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