Чисельне моделювання електричних параметрів LiFePO4 батарей

Анотація

Об’єктом досліджень є фізичні процеси накопичення електричної енергії в Li-ion батареї. Проблема, що вирішується в роботі, пов’язана з відсутністю надійних математичних моделей акумуляторних батарей, що призводить до появи небажаних ефектів або аварійних ситуацій під час зміни режимів роботи.

В ході роботі розглянуто моделі Li-ion батареї на основі електрохімічної теорії та електричних схем. Представлено шість найбільш поширених еквівалентних схем заміщення акумуляторних батарей. Наведено переваги та недоліки розглянутих схем заміщення. Встановлено, що математична модель з подвійною поляризацією найбільш точно описує роботу батареї наприкінці циклів розрядження та зарядження у порівнянні з моделлю Тевеніна першого порядку, RC моделлю та моделлю акумулятора з активним опором. Досліджено фізичні процеси в акумуляторній батареї під час імпульсного розряду, яка є основною частиною в системах накопичення електричної енергії на основі електрохімічної технології. Математичне моделювання проведено в програмному комплексі Matlab за допомогою пакету прикладних програм Simulink. Розглянуто залежність параметрів еквівалентної схеми заміщення літій-іонної батареї за моделлю Тевеніна другого порядку від температури навколишнього середовища та стану заряду SOC. Встановлено, що значення ЕРС Е більш залежить від зміни SOC, ніж від температури. В свою чергу активний опір R_OM демонструє більшу залежить від температури, ніж від зміни SOC. При високих температурах значення опору зменшується. Параметри R₁ та C₁, що характеризують електрохімічну поляризацію, змінюються в діапазоні від 10 до 75 % SOC. Параметри R₂ та C₂, які залежать від концентраційної поляризації, змінюються на інтервалах від 0 до 25 % SOC та 75 до 100 % SOC.

Розроблені в роботі рекомендації з вибору моделі Li-ion батареї можуть бути використані на практиці. Встановлені залежності допоможуть більш якісно проєктувати системи накопичення електричної енергії на основі електрохімічної технології.