Моделирование многоэлементных литий-ионных батарей в энергообеспечивающих комплексах автономных объектов

Денис Владимирович Сердечный, Юрий Болеславович Томашевский

Аннотация


При расчете и разработке накопителей на базе многоэлементной литий-ионной батареи, а также системы контроля и управления его параметрами необходимо оценить поведение одиночного аккумулятора в процессе разряда, заряда и в экстремальных условиях при критических значениях основных параметров. Разработка полномасштабной и достоверной модели, а также экспериментальное подтверждение выбранной модели является актуальной инженерной задачей. При этом модель должна отличаться простотой реализации и относительно небольшим объемом и приемлемой скоростью вычислительных операций. Для моделирования многоэлементной аккумуляторной батареи из ячеек с известными и схожими характеристиками, а также для проектировки и разработки систем по контролю и управлению многоэлементной батареей эмпирическая модель на основе эквивалентной схемы обладает достаточной простотой реализации, а также достаточной точностью оценки параметров аккумуляторной батареи. Эквивалентная схема была составлена при помощи языка и блоков Simscape в среде MATLAB. Каждый элемент схемы представляет собой набор экспериментально полученных значений основных параметров литий-ионного аккумулятора. Также в работе рассмотрена модель литий-ионного аккумулятора из библиотеки Simulink MATLAB. На основе результатов сравнения экспериментальных и смоделированных данных даны рекомендации в выборе модели при разработке системы контроля и управления литий-ионной аккумуляторной батареи.


Ключевые слова


литий-ионный аккумулятор; накопитель; система контроля и управления; эквивалентная схема; емкость

Полный текст:

PDF

Литература


Wikipedia the free encyclopedia. Comparison of Battery Types. Available at: https://en.wikipedia.org/ wiki/Comparison_of_battery_types (accessed 18.02.2017).

Wang Q., Ping P., Zhao X., Guanquan C., Sun J., Chen C. Thermal Runaway Caused Fire and Explosion of Lithium Ion Battery. Journal of The Electrochemical Society, 2011, no. 3, pp. 1–25.

Piccolino M. The Bicentennial of the Voltaic Battery (1800–2000): the Artificial Electric Organ. Trends Neurosci, 2000, no. 23, pp. 147–151. DOI: 10.1016/S0166-2236(99)01544-1

Tarascon J., Armand M., Issues and Challenges Facing Rechargeable Lithium Batteries. Nature, 2001,

no. 414, pp. 359–367. DOI: 10.1038/35104644

Long C., Ralph E. White Reduction of Model Order Based on Proper Orthogonal Decomposition for Lithium-Ion Battery Simulations. The Electrochemical Society, 2009, vol. 156, no. 3, pp. 154–161. DOI: 10.1149/1.3049347

Subramanian V., Boovaragavan V., Ramadesigan V., Arabandi M. Mathematical Model Reformulation

for Lithium-Ion Battery Simulations: Galvanostatic Boundary Conditions. The Electrochemical Society, 2009,

vol. 156, no. 4, pp. 260–271. DOI: 10.1149/1.3065083

Ramadesigan V., Northrop P.,Sumitava D., Santhanagopalan S., Braatz R., Subramaniana R. Modeling and Simulation of Lithium-Ion Batteries from a Systems Engineering Perspective. The Electrochemical Society, 2012, vol. 159, no. 3, pp. 31–45. DOI: 10.1149/2.086205jes

Rahimian S., Rayman S., White R. Comparison of Single Particle and Equivalent Circuit Analog Models for a Lithiumion Cell. Journal of Power Sources, 2011. vol. 196, no. 20, pp. 8450–8462. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2011.06.007

Rahimi H., Ojha U., Baronti F., Chow M. Battery Management System: An Overview of its Application in the Smart Grid and Electric Vehicles. Industrial Electronics Magazine, 2013, vol. 7, no. 2, pp. 4–16. DOI: 10.1109/MIE.2013.2250351

Melentjev S., Lebedev D. Overview of Simplified Mathematical Models of Batteries. Topical Problems of Education in the Field of Electrical and Power Engineering. Doctoral school of energy and geotechnology, Parnu. 2013, no. 7, pp. 231–235.

Hu X., Li S., Peng H. A Comparative Study of Equivalent Circuit Models for Li-ion Batteries. Journal of Power Sources, 2012, no. 198, pp. 359–367. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2011.10.013

Hongwen H., Xiong R., Fan J. Evaluation of Lithium-Ion Battery Equivalent Circuit Models for State of Charge Estimation by an Experimental Approach. Energies, 2011, no. 4, pp. 582–598. DOI: 10.3390/en4040582

Borisevich A.V. Modelirovanie litiy-ionnykh akkumulyatorov dlya sistem upravleniya batareyami: obzor tekushchego sostoyaniya [Modeling of Li-ion Batteries for Battery Management Systems: Overview of Current State]. Available at: http://technology.snauka.ru/2014/05/3542 (accessed 02.01.2017).

Huria T., Ceraolo M., Gazzarri J., Jackey R. High Fidelity Electrical Model with Thermal Dependence for Characterization and Simulation of High Power Lithium Battery Cells. International Electric Vehicle Conference, 2012, pp. 1–8. DOI: 10.1109/IEVC.2012.6183271

Tremblay O., Dessaint L., Dekkiche A., A Generic Battery Model for the Dynamic Simulation of Hybrid Electric Vehicles. Vehicle Power and Propulsion Conference, 2007, pp. 284–289. DOI: 10.1109/VPPC.2007.4544139

Pistoia, G. LithiumIon Batteries: Advances and Applications. Amsterdam, Elsevier Publ., 2013. 634 p.




DOI: http://dx.doi.org/10.14529/power170310

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.