МОДЕЛИРОВАНИЕ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ЛИТИЙ-ИОННЫХ БАТАРЕЙ В ЭНЕРГООБЕСПЕЧИВАЮЩИХ КОМПЛЕКСАХ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

Д.В. Сердечный; Ю.Б. Томашевский

doi:10.14529/power170310

Авторы

Д.В. Сердечный Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А.
Ю.Б. Томашевский Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А

DOI:

https://doi.org/10.14529/power170310

Ключевые слова:

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

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.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

Википедия – свободная энциклопедия. Comparison of Battery Types / Википедия. – https:// en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_battery_types (дата обращения: 18.02.2017).

Thermal Runaway Caused Fire and Explosion of Lithium Ion Battery / Q. Wang, P. Ping, X. Zhao et al. // Journal of The Electrochemical Society. – 2011. –No. 3. – P. 1–25.

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

Tarascon, J. Issues and Challenges Facing Rechargeable Lithium Batteries / J. Tarascon, M. Armand // Nature. – 2001. – No. 414. – P. 359–367. DOI: 10.1038/35104644

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

Mathematical Model Reformulation for LithiumIon Battery Simulations: Galvanostatic Boundary Conditions / V. Subramanian, V. Boovaragavan, V. Ramadesigan, M. Arabandi // The Electrochemical Society. – 2009. – Vol. 156, no. 4. – P. 260–271. DOI:10.1149/1.3065083

Modeling and Simulation of Lithium-Ion Batteries from a Systems Engineering Perspective / V. Ramadesigan, P. Northrop, D. Sumitava et al. // The Electrochemical Society. – 2012. – Vol. 159, no. 3. – P. 31–45. DOI: 10.1149/2.086205jes

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

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

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

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

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

Борисевич, А.В. Моделирование литийионных аккумуляторов для систем управления батареями: обзор текущего состояния / A.B. Борисевич. ˗˗ http://technology.snauka.ru/2014/05/3542 (дата обращения: 02.01.2017).

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

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

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