🧪 전류 적산식 SOH vs 에너지 기반 SOH 분석

연구원 여러분, 안녕하세요~~
Sensloop Lab 연구원 T.J 입니다!

오늘 연구노트에서는 Samsung 18650 30Q 셀의 5A 충·방전 데이터를 기반으로,
SOH(State of Health)를 계산하는 두 방식의 차이를 비교해보려고 합니다.

지난 연구에서는
전압 추종 방식보다 전류 적산식 SOH가 더 정확하다는 점을 확인했습니다.
하지만, 실제 열화된 셀의 성능은 단순히 전류량(mAh)만 봐서는
체감 성능을 정확히 설명하기 어렵습니다.

이번 실험에서는 전류 적산식 SOH와 에너지 기반 SOH(Wh)를 비교하여,
두 방식이 현실에서 얼마나 다른 결론을 내리는지 살펴보겠습니다.

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1. 정상 30Q 셀 기준값 — 데이터시트 기반

Samsung 30Q 데이터시트 기준으로 정상 셀은 다음과 같습니다.

• 정격 용량: 약 2.90Ah
• 정격 전압: 3.6V

따라서 건강한 셀이 제공할 수 있는 에너지는
약 2.9Ah × 3.6V = 10.4Wh 수준입니다.
이 값을 기준 SOH 100%로 설정했습니다.

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2. 실험 대상 — 실제 열화된 30Q 셀

어제 측정한 30Q 셀의 5A 방전 로그를 정리한 값은 다음과 같습니다.

• 전류 적산 용량(Q_meas): 약 2.80Ah
• 방전 에너지(E_meas): 약 9.04Wh
• 방전 종료 전압: 약 3.23V

겉으로 보면 mAh는 크게 줄지 않았지만,
Wh 기준으로 보면 성능 감소가 분명합니다.

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3. SOH 두 방식 비교

3-1. 전류 적산식 SOH (Capacity-based SOH)

전류 적산식은 흐른 전류량만 누적하는 방식입니다.

SOH Ah​=2.80/2.90≈96.5%

즉,
전류만 보면 SOH 약 **96%**로 “거의 정상”처럼 보입니다.

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3-2. 에너지 기반 SOH (Energy-based SOH)

에너지 기반 방식은 전압 × 전류 × 시간을 모두 계산합니다.

SOHWh​=9.04/10.4≈86.6%

Wh 기준 SOH는 **약 87%**로,
전류 적산식 대비 약 10%p 낮은 값이 계산됩니다.

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4. 왜 같은 셀인데 SOH가 달라질까?

이번 실험에서 가장 중요한 포인트는 다음 한 문장입니다.

“내부저항이 증가하면,

원래 외부로 전달돼야 할 에너지 일부가
배터리 내부에서 ‘열(I²R)’로 소모된다.”

전류는 CC(정전류)로 동일하게 유지되어도
전압은 내부저항 때문에 더 빨리 떨어집니다.

전력(P)은 P=V×IP = V × IP=V×I

이기 때문에,

• 전류가 같아도
• 전압이 낮아지면
  → 실제로 외부에 제공되는 에너지는 줄어듭니다.

전류 적산식은 전압 저하를 반영하지 않아
실제보다 SOH를 높게 계산합니다.
반면 에너지 기반 방식은
전압 하락 → 에너지 감소를 그대로 반영하여
체감 성능과 가장 가까운 값을 제공합니다.

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5. 실제 숫자로 보는 비교

항목	기준 셀	열화 셀	SOH 결과	특징
전류 적산식 (mAh)	2.90Ah	2.80Ah	96.5%	전류만 적산 → 전압 하락 반영 X
에너지 기반 (Wh)	10.4Wh	9.04Wh	86.6%	내부저항 증가·열 손실 반영

전류 적산식만 보면
“아직 멀쩡한 셀”처럼 보이지만,
에너지 기준으로 보면 실제 출력 성능은 87% 수준입니다.

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6. 실제 사용 환경에서는 어떤 차이를 만드는가?

전동공구·킥보드·전기자전거처럼
순간적인 출력이 필요한 장비에서는
전압 하락이 토크와 동작 시간에 직접적인 영향을 줍니다.

• 출력 저하
• 컷오프 도달 시간 단축
• 작업 시간 감소
• 고부하 구간에서 갑작스러운 shutdown

이러한 체감 성능은 Wh(에너지) 감소와 직접 연결됩니다.
즉, 실사용 환경에서는 에너지 기반 SOH가 실제와 훨씬 가깝게 작동합니다.

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🔍 연구원 코멘트

이번 연구를 통해 확인된 핵심 포인트는 다음과 같습니다.

1. 전류 적산식 SOH(Ah)는 열 손실(I²R)을 반영하지 못해 실제보다 높게 계산될 수 있다.
2. 에너지 기반 SOH(Wh)는 전압 하락과 내부저항 증가를 정확하게 반영한다.
3. 특히 고전류 환경에서 에너지 기반 SOH는 필수적인 지표다.
4. 앞으로 Sensloop Lab은 실험 데이터 공개 시 Ah와 Wh 기반 정보를 모두 제공하여
   연구원 여러분이 더욱 정확한 판단을 할 수 있도록 연구로그를 작성할 예정입니다.

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