Квазидинамическое моделирование старения емкости Li-Ion накопителей

Павел Юрьевич Губин
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург

Ксения Владимировна Рындина
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург

Артем Александрович Нестеров
ГК РТСофт-СГ, г. Екатеринбург


Аннотация


На сегодняшний день Li-Ion накопители электроэнергии представляются все более интересными
с точки зрения применения их в электроэнергетике. Появляется новый спектр задач, которые могут быть решены с использованием данного типа устройств, а именно: сокращение затрат на электропотребление, снижение максимумов нагрузок в пиковые часы для выполнения требований к пропускной способности сети, применение в системах возобновляемой генерации. При этом пренебрежение сравнительно быстрым и необратимым старением таких систем приводит к чрезмерно оптимистичным экономическим и техническим оценкам их внедрения, что обуславливает необходимость учета старения систем накопления.

В данной статье предложена методика квазидинамического моделирования деградации Li-Ion накопителей, которая позволяет в отличие от прочих на стадии предварительного анализа оценивать степень старения систем с неравномерным графиком заряда и разряда, и приведены результаты ее апробации.


Ключевые слова


система накопления электроэнергии; деградация; старение; моделирование; Li-Ion накопитель электроэнергии; уровень заряда; глубина разряда; цикл работы накопителя

Полный текст:

PDF

Литература


Milano F., Manjavacas A.O. Converter-Interfaced Energy Storage Systems. 1st ed. Cambridge, Cam-bridge University Press, 2019.

Rufer A. Energy Storage Systems and Components. 1st ed. Boca Raton, CRC Press Taylor and Francis Group, 2018.

Kuznetsova N.D., Mitrofanov S.V. [Analysis of the effectiveness of application of different types of storage batteries in autonomous power systems]. Bulletin of Perm National Research Polytechnic University. Electrotechnics, Informational Technologies, Control Systems, 2018, no. 25, pp. 48–57. (in Russ.)

Alotto P., Guarnieri M., Moro F. [Redox flow batteries for the storage of renewable energy]. Renewa-ble and Sustainable Energy Reviews, 2014, vol. 29, pp. 325–335. DOI: 10.1016/j.rser.2013.08.001

Slepcov M.A., Nagajcev V.I., Komarov V.G., Banakin A.V. [Review of the status and perspectives of electric drive autonomous transport]. Bulletin of Moscow Power Engineering Institute, 2016, no. 4, pp. 21–28. (in Russ.)

Raubal' E.V., Rashevskaya M.A., Gamazin S.I., Loginova S.V. [Perspectivies of storage battaries to

be used in terms of power network 0.4 kV]. Bulletin of Moscow Power Engineering Institute, 2013, no. 3, pp. 55–57. (in Russ.)

Lykin A.V. [Assessment of the reduction of energy losses using network energy storage]. Sectors of

the economy: problems and development perspectives. Infrastrukturnye otrasli ekonomiki: problemy i per-spektivy razvitiya: sb. materialov 18 Vseros. nauch.-prakt. konf, 2018, pp. 218–224. (in Russ.)

Nikitin D.V., Kuznecov O.N. [Application of storage systems in the electrical power industry]. Elec-tricity, 2007, no. 9, pp. 52–60. (in Russ.)

Rybalko A.Ya., Dybrin S.V. [Optimal capacity of the energy storage to decrease peak load]. Mountain

Information and Analysis Bulletin, 2008, no. 8, pp. 356–361. (in Russ.)

Mercier P., Cherkaoui R., Oudalov A. Optimizing a Battery Energy Storage System for Frequency Control Application in an Isolated Power System. IEEE Transactions on Power Systems, 2009, vol. 24, iss. 3,

pp. 1469–1477. DOI: 10.1109/tpwrs.2009.2022997

Delacourt C., Safari M. Mathematical Modeling of Aging of Li-Ion Batteries. Physical Multiscale Modeling and Numerical Simulation of Electrochemical Devices for Energy Conversion and Storage, 2016. DOI: 10.1007/978-1-4471-5677-2_5

Troltzsch U., Kanoun O., Trankler H.-R. Characterizing aging effects of lithium ion batteries by im-pedance. Electrochimica Acta, 2005. Vol. 51, iss. 8–9, 20 January 2006, pp. 1664–1672 DOI: 10.1016/j.electacta.2005.02.148

Spotnitz R. Simulation of capacity fade in lithium-ion batteries. Journal of Power Sources, 2003, iss. 113, pp. 72–80. DOI: 10.1016/s0378-7753(02)00490-1

Stroe D.I., Swierczynski M., Stroe A.I., Teodorescu R., Laerke R., Carne Kjaer P. Degradation Behav-ior of Lithium-Ion Batteries based on Lifetime Models and Field Measured Frequency Regulation Mission Profile. IEEE Transactions on Industry Applications, 2016, vol. 52, iss. 6, pp. 5009–5018. DOI: 10.1109/tia.2016.2597120

Timmermans J.-M., Nikolian A., De Hoog J. et al. Battaries 2020 – Lithium-ion battery first and second life ageing, validated battery models, lifetime modelling and ageing assessment of thermal param-eters. 18th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE'16 ECCE Europe), 2016. DOI: 10.1109/epe.2016.7695698

Stroe D.I., Swierczynski M., Stan A.-I., Teodorescu R., Andreasen S. J. Accelerated lifetime testing methodology for lifetime estimation of Lithium-ion batteries used in augmented wind power plants. IEEE Transactions on Industry Applications, 2014, vol. 50, iss. 6, pp. 4006–4017. DOI: 10.1109/tia.2014.2321028




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power200107

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.