Power converter-based electrochemical battery emulator

• Autorzy: Michalczuk M. , Ufnalski B. , Grzesiak L. M. , Rumniak P.

Identyfikatory

DOI

10.12915/pe.2014.07.03

Warianty tytułu

PL

Przekształtnikowy emulator baterii elektrochemicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper experimental assessment of converter-based emulator of voltage characteristics of electrochemical batteries is presented. The described emulator, which is part of the laboratory set for testing an electric vehicle powertrain system, allows to imitate an electrochemical energy storage. An AC grid supplied power electronic converter system enables to emulate both the battery discharge and charge modes. In order to emulate Li-ion battery behavior a mathematical model of a battery has been developed. The model of electrochemical cell has been created on the basis of the characteristics of Li-ion battery determined experimentally. Voltage characteristics take into account the change in battery voltage caused by state of charge, temperature and current. The model is dynamic, i.e. it reflects the transient state of battery output voltage.

PL

W artykule przedstawiono eksperymentalne wyniki dotyczące przekształtnikowego emulatora charakterystyk napięciowych baterii elektrochemicznych. Emulator, będący częścią stanowiska laboratoryjnego do badania układu napędowego pojazdu elektrycznego, pozwala na odwzorowanie elektrochemicznego magazynu energii. Przekształtnikowy układ zasilany z trójfazowego źródła sieciowego pozwala zarówno na emulacje baterii w trybie rozładowania, jak i ładowania. W celu odwzorowania baterii Li-ion opracowano jej model matematyczny. Model ogniwa elektrochemicznego wykonano na podstawie charakterystyk baterii Li-ion wyznaczonych doświadczalnie, uwzględniających zależność napięcia na zaciskach ogniwa od stanu jego naładowania, temperatury i natężenia prądu. Opracowany model jest modelem dynamicznym tj. odzwierciedla stany przejściowe napięcia wyjściowego baterii.

Słowa kluczowe

EN

lithium-ion battery; dynamic battery model; battery emulator

PL

bateria litowo-jonowa; model dynamiczny baterii; emulator baterii

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2014
• Tom: R. 90, nr 7
• Strony: 18--22
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Michalczuk M.

• Instytut Automatyki i Robotyki,ul. Boboli 8, 02-525 Warszawa

autor

Ufnalski B.

• Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul. Koszykowa 75,00-662 Warszawa, Polska

autor

Grzesiak L. M.

• Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul. Koszykowa 75,00-662 Warszawa, Polska

autor

Rumniak P.

• Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej, ul. Koszykowa 75,00-662 Warszawa, Polska

Bibliografia

• [1] Baumhofer T., Waag W., and Sauer D.U. Specialized battery emulator for automotive electrical systems. In IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), pages 1–4, Sept. 2010.
• [2] Mesbahi T., Rizoug N., Bartholomeus P., and Le Moigne P. Liion battery emulator for electric vehicle applications. In IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), pages 1–8, Oct. 2013.
• [3] Konig O., Jakubek S., and Prochart G. Model predictive control of a battery emulator for testing of hybrid and electric powertrains. In IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), pages 1–6, Sept. 2011.
• [4] Michalczuk M., Grzesiak L.M., and Ufnalski B. A lithium battery and ultracapacitor hybrid energy source for an urban electric vehicle. Przegla˛d Elektrotechniczny (Electrical Review), 88(4b/2012):158–162, 2012.
• [5] Rahmoun A. and Biechl H. Modelling of Li-ion batteries using equivalent circuit diagrams. Przegla˛d Elektrotechniczny (Electrical Review), 88(7b/2012):152–156, 2012.
• [6] Chulsung P., Jinfeng L., and Chou P.H. B#: a battery emulator and power-profiling instrument. IEEE Design & Test of Computers, 22(2):150–159, March 2005.
• [7] JianW., Jiang X., Zhang J., and Chen Y. Recursive adaptive parameters estimation for LiFePO4 battery model. In 5th International Conference on Computational and Information Sciences (ICCIS), pages 1138–1141, 2013.
• [8] Moisy F. EzyFit – A free curve fitting toolbox for Matlab, 2013. http://www.fast.u-psud.fr/ezyfit/.
• [9] JiayuanW., Zechang S., and XuezheW. Performance and characteristic research in LiFePO4 battery for electric vehicle applications. In IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), pages 1657–1661, 2009.
• [10] Schonberger J. Modeling a lithium-ion cell using PLECS. Plexim GmbH, 2009.
• [11] Lijun G., Liu S., and Dougal R.A. Dynamic lithium-ion battery model for system simulation. IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, 25(3):495–505, Sept. 2002.
• [12] Eddahech A., Briat O., and Vinassa J.M. Thermal characterization of a high-power lithium-ion battery: Potentiometric and calorimetric measurement of entropy changes. Energy, 61:432–439, 2013.
• [13] Zhang Z., Jia L., Zhao N., and Yang L. Thermal modeling and cooling analysis of high-power lithium ion cells. Journal of Thermal Science, 20(6):570–575, 2011.
• [14] Dagbagi M., Hemdani A., Idkhajine L., Naouar M.W., Monmasson E., and Slama-Belkhodja I. FPGA-based real-time hardware-in-the-loop validation of a 3-phase PWM rectifier controller. In IEEE Industrial Electronics Society IECON 39th Annual Conference, pages 5374–5379, 2013.
• [15] Mandiola J.F., Carmona D.C., Haghbin S., Abdulahovic T., and Ellsen M. An FPGA implementation of a voltage-oriented controlled three-phase pwm boost rectifier. In IEEE Electrical Systems for Aircraft, Railway and Ship Propulsion (ESARS), pages 1–6, 2012.
• [16] Pereirinha P. G., Trovao J. P., and Santiago A. Set up and test of a LiFePO4 battery bank for electric vehicle. Przegla˛d Elektrotechniczny (Electrical Review), 88(1a/2012):193–197, 2012.