Чисельне моделювання електричних параметрів LiFePO4 батарей
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2024.304400Ключові слова:
літій-іонна акумуляторна батарея, електрична модель, параметри еквівалентної схеми заміщення, стан заряду, температураАнотація
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 ROM 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.
Посилання
- Mitali, J., Dhinakaran, S., Mohamad, A. A. (2022). Energy storage systems: a review. Energy Storage and Saving, 1 (3), 166–216. doi: https://doi.org/10.1016/j.enss.2022.07.002
- Zharkin, A. F., Popov, V. A., Yarmoliuk, O. S., Natalych, V. O. (2023). Features of organization and use of energy storage systems in distribution networks. Power Engineering: Economics, Technique, Ecology, 3, 44–52. doi: https://doi.org/10.20535/1813-5420.3.2022.271492
- Hossain, E., Murtaugh, D., Mody, J., Faruque, H. M. R., Haque Sunny, Md. S., Mohammad, N. (2019). A Comprehensive Review on Second-Life Batteries: Current State, Manufacturing Considerations, Applications, Impacts, Barriers & Potential Solutions, Business Strategies, and Policies. IEEE Access, 7, 73215–73252. doi: https://doi.org/10.1109/access.2019.2917859
- Zhu, G., Wu, O., Wang, Q., Kang, J., Wang, J. V. (2023). The Modeling and SOC Estimation of a LiFePO4 Battery Considering the Relaxation and Overshoot of Polarization Voltage. Batteries, 9 (7), 369. doi: https://doi.org/10.3390/batteries9070369
- Peretvorennia ta akumuliuvannia enerhii vidnovliuvanykh dzherel: laboratornyi praktykum (2022). Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho, 80.
- Smyrnov, O., Borysenko, A. (2023). Comparative analysis of electrical models of lith-ium-ion batteries in electric vehicles. Vehicle and Electronics. Innovative Technologies, 24, 50–61. doi: https://doi.org/10.30977/veit.2023.24.0.5
- Plakhtii, O., Nerubatskyi, V., Mashura, A., Hordiienko, D. (2020) The Analysis of Mathematical Models of Charge-Discharge Characteristics in Lithium-Ion Batteries. 2020 IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO). Kyiv, 635–640. doi: https://doi.org/10.1109/elnano50318.2020.9088827
- Odeim, F., Roes, J., Heinzel, A. (2015). Power Management Optimization of an Experimental Fuel Cell/Battery/Supercapacitor Hybrid System. Energies, 8 (7), 6302–6327. doi: https://doi.org/10.3390/en8076302
- Huria, T., Ceraolo, M., Gazzarri, J., Jackey, R. (2012). High fidelity electrical model with thermal dependence for characterization and simulation of high power lithium battery cells. 2012 IEEE International Electric Vehicle Conference. doi: https://doi.org/10.1109/ievc.2012.6183271
- Long, X., Lu, J., Wu, Y., Liu, L. (2019). Research On High Rate Lithium-ion Batteries For Electromagnetic Launcher. 2019 22nd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS). doi: https://doi.org/10.1109/icems.2019.8921582
![Numerical modeling of electrical parameters of LiFePO4 batteries](https://journals.uran.ua/public/journals/15/submission_304400_342786_coverImage_en_US.jpg)
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Mykola Buryk, Vadim Lobodzinsky, Ivan Buryk, Oleksandr Lisovyi
![Creative Commons License](http://i.creativecommons.org/l/by/4.0/88x31.png)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.