ИССЛЕДОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА

А.Г. Возмилов; С.А. Панишев; А.А. Лисов

doi:10.14529/power220203

Авторы

А.Г. Возмилов Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск
С.А. Панишев Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск
А.А. Лисов Южно-Уральский государственный университет, г. Челябинск

DOI:

https://doi.org/10.14529/power220203

Ключевые слова:

литий-ионный аккумулятор, математическая модель, MATLAB/Simulink, снятие характеристик

Аннотация

Рассмотрены существующие способы математического моделирования литий-ионных аккумуляторов на основе формулы Шеферда, а также при помощи формул из общего курса физики. Для замера экспериментальных данных в автоматическом режиме была разработана специальная измерительная установка.
Главным элементом установки является программируемая платформа на базе микропроцессора ATmega328p.
Она управляет процессом, измеряет напряжение на аккумуляторе и передает данные на компьютер каждые
5 секунд через UART-интерфейс микропроцессора для последующего анализа. Далее на основе полученных
данных была построена экспериментальная зависимость разряда аккумулятора постоянным током, в течение
определённого промежутка времени, с последующим вычислением емкости данной батареи. Нагрузкой являются 20 резисторов, соединенных последовательно-параллельно для рассевания тепловой мощности, выделяющейся на них при протекании электрического тока. Поскольку резисторы углеродные, имеющие прецизионный
класс точности и нагрев не прошивает температуру окружающей среды более чем на 10 градусов, то изменением их сопротивления можно пренебречь. Полученные значения использовались для реализации и проверки математической модели в среде для моделирования MATLAB/Simulink. Результаты проверки показали схожесть
полученных значений с идеализированной моделью Шеферда, так как среднеквадратичное отклонение всех точек от данной модели составило 2,6 %.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

Linden D. Handbook of Batteries. Second ed. New York: McGraw-Hill, 1995. 324 p.

Bergveld H.J., Kruijt W.S., Notten P.H.L. Battery Management Systems: Design by Modelling. Kluwer Academic Publishers, 2002. 512 p. DOI: 10.1007/978-94-017-0843-2_4

Reiner K. Lithium-Ion Batteries: Basics and Applications. New York: Kindlle, 2020. 588 p.

Safety focused modeling of lithium-ion batteries: A review / S. Abada, G. Marlair, A. Lecocq et al. // Journal of Power Sources. 2016. Vol. 306. P. 178–192. DOI: 10.1016/j.jpowsour.2015.11.100

Algorithms for Advanced Battery-Management Systems / N.A. Chaturvedi, R. Klein, J. Christensen et al. // IEEE Control Systems. 2010. Vol. 30 (3). P. 49–68. DOI: 10.1109/MCS.2010.936293

Modeling and Simulation of Lithium-Ion Batteries from a Systems Engineering Perspective /

V. Ramadesigan, P.W.C. Northrop, S. De et al. // Journal of The Electrochemical Society. 2012. Vol. 159 (3). P. R31–R45. DOI: 10.1149/2.018203jes

Braatz R.D., Seebauer E.G., Alkire E.C. Multiscale Modeling and Design of Electrochemical Systems. Wiley-VCH, 2018. P. 289–334. DOI: 10.1002/9783527625307.ch4

He H., Xiong R., Fan J. Evaluation of Lithium-Ion Battery Equivalent Circuit Models For State of Charge Estimation by an Experimental Approach // Energies. 2011. Vol. 4 (4). P. 582–598. DOI: 10.3390/en4040582

Comparison study on the battery models used for the energy management of batteries in electric vehicles / H. He, R. Xiong, H. Guo, S. Li // Energy Conversion and Management. 2012. Vol. 64. P. 113–121. DOI: 10.1016/j.enconman.2012.04.014

Имитатор литий-ионного аккумулятора с рекуперацией энергии / А.А Брянцев, А.Н. Ильин, Л.А. Качин, В.Г. Букреев // Электронные и электромеханические системы и устройства: сб. науч. тр. НПЦ «Полюс». Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2016. С. 136–138.

Martínez-Rosas E., Vasquez-Medrano R., Flores A. Modeling and simulation of lithium-ion batteries // Computers & Chemical Engineering. 2011. Vol. 35 (9). P. 1937–1948. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2011.05.007

Li S., Ke B. Study of battery modeling using mathematical and circuit oriented // 2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting. 2011. P. 1–8. DOI: 10.1109/pes.2011.6039230

Distributed MPC for efficient coordination of storage and renewable energy sources across control areas / K. Baker, J. Guo, G. Hug, X. Li // IEEE Transaction on Smart Grid. 2016. Vol. 7. P. 992–1001. DOI: 10.1109/tsg.2015.2512503