Analiza możliwości wykorzystania modułu akumulator-superkondensator - studium przypadku

• Autorzy: Chmielewski Adrian , Bogdziński Krzysztof , Piórkowski Piotr , Szulim Przemysław , Liu Zhiyin , Kopczyński Artur , Lorencki Jakub

Warianty tytułu

EN

Analysis of the application possibilities of a battery-supercapacitor module: a case study

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy omówiono główne aspekty połączenia akumulatora elektrochemicznego wraz z pakietem superkondensatorów. Uwzględniono charakterystyki prądowo - napięciowe każdego z komponentów z osobna oraz przy pasywnym połączeniu równoległym obu komponentów w moduł. Zaprezentowano wybrane możliwości wykorzystania modułu poprzez wykonanie porównawczych badań empirycznych dla dwóch wariantów. Pierwszy podczas zimnego rozruchu silnika spalinowego w replice pojazdu Lotus. Drugi dla mikroinstalacji off-grid dla sześciu kolejnych dni pracy. Podczas prowadzenia badań założono dobowy ekwiwalent zapotrzebowania na moc dla dwuosobowego gospodarstwa domowego. W pracy także zwrócono uwagę na możliwość wykorzystania modułu m.in. w mobilnych stacjach ładowania pojazdów elektrycznych.

EN

This study discusses the key aspects of combining an electrochemical battery with a supercapacitor module. The voltage—current characteristics of each component are analyzed individually, as well as in a passive hybrid configuration. Selected potential applications of the hybrid module are presented based on comparative empirical tests conducted in two scenarios. The first scenario involved cold-starting an internal combustion engine in a replica of a Lotus vehicle. The second scenario tested the module in an off-grid micro-installation over a period of six consecutive days, simulating the daily power demand of a two-person household. The study also highlights the potential use of the hybrid module 1n various applications, including mobile charging stations for electric vehicles.

Słowa kluczowe

PL

akumulator elektrochemiczny; superkondensator; połączenie pasywne; zimny rozruch; mikroinstalacja

EN

battery; supercapacitor; passive connection; cold start; off-grid micro-installation

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2025
• Tom: Nr 4
• Strony: 30--37
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chmielewski Adrian

• Poitechnika Warszawska

• https://orcid.org/0000-0002-2049-578X

autor

Bogdziński Krzysztof

• Poitechnika Warszawska

• https://orcid.org/0000-0002-1638-0672

autor

Piórkowski Piotr

• Poitechnika Warszawska

• https://orcid.org/0000-0002-1419-6644

autor

Szulim Przemysław

• Poitechnika Warszawska

• https://orcid.org/0000-0002-1052-3900

autor

Liu Zhiyin

• Poitechnika Warszawska

• https://orcid.org/zhiyin.liu%40pw.edu.pl

autor

Kopczyński Artur

• Politechnika Warszawska

• https://orcid.org/0000-0001-5803-9950

autor

Lorencki Jakub

• Poitechnika Warszawska

• https://orcid.org/0000-0001-5648-1235

Bibliografia

• 1] Revision of the Renewable Energy Directive: Fit for 55 Package. Dostęp online: https://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/BRIE/2021/698781/EPRS BRI(2021)698781 EN.pdf (Data dostępu: 08.07.2025)
• [2] Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady GJE) 2023/1804 z dnia 13 września 2023 r. W sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych i uchylenia dyrektywy 2014/94/UE. Dostęp online: h_ttps://eur-lex.europaeu/legal-content/PL/TXT/PDF/?uri=CELEX:32023R1804 (Data dostępu: 08.07.2025).
• [3] Program dofinansowania mikro instalacji fotowoltaicznych „Mój Prąd 6. 0”. Dostęp online: https://moiprad.gov.pl/. Data dostępu: 15.07.2025.
• [4] Wasim M.S., Habib S., Amjad M., Bhatti A.R., Ahmed E.M., Qureshi M.A.: Battery— Ultracapacitor Hybrid Energy Storage System to Increase Battery Life Under Pulse Loads. IEEE Access 2022, vol. 10, pp. 62173—62182.
• [5] Chmielewski A., Piórkowski P., Bogdziński K., Krawczyk P., Lorencki J., Kopczyński A., Możaryn J., Costa-Castelló R.Ozana S. A.: Double Resistive—Capacitive Approach for the Analysis of a Hybrid Battery—Ultracapacitor Integration Study. Energies 2025, iss. 2, vol. 18, 251.
• [6] Chmielewski A.: Wykorzystanie modułu akumulator—superkondensator w urządzeniach generacji rozproszonej i napędach pojazdów. Rozprawa doktorska, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, 2019, str. 1-179.
• [7] Piórkowski P., Chmielewski A., Bogdziński K., Możaryn J., Mydłowski T.: Research on Ultracapacitors in Hybrid systems: Case Study. Energies 2018, iss. 10, vol. ll, 2551.
• [8] Chmielewski A., Piórkowski P., Bogdziński K., Możaryn J.: Application of a Bidirectional DC/DC Converter to Control the Power Distribution in the Battery—Ultracapacitor System. Energies 2023, iss. 9, vol. 16, 3687.
• [9] Naresh P., Sai Vinay Kishore N., Seshadri Sravan Kumar V.: A new configuration for enhanced integration of a battery ultracapacitor system. Renewable Energy 2024, vol. 229, 120708.
• [10] Jankowska E., Kopciuch K., Błażejczyk M., Majchrzycki W., Piórkowski P., Chmielewski A., Bogdziński K.: Hybrid energy storage based on ultracapacitor and lead acid battery: Case study. In Automation 2018: Advances in Intelligent Systems and Computing; Szewczyk, R., Zieliński, C., Kaliczyńska, M., Eds.; Springer: Cham, Switzerland, 2018; 743, pp. 339—349.
• [11]Esfandyaria A., Nortona B., Conlona M., McCormack S.J.: Performance of a campus photovoltaic electric vehicle charging station in a temperate climate. Solar Energy 2019, vol. 177, pp. 762—771.
• [12] Chmielewski A., Bogdziński K., Gumiński R., Szulim P., Piórkowski P., Możaryn J., Mączak J.: Operational research of VRLA battery. In Automation 2018: Advances in Intelligent Systems and Computing; Szewczyk, R., Zieliński, C., Kaliczyńska, M., Eds.; Springer: Cham, Switzerland, 2018; Vol. 743, pp. 783—791.
• [13]Lu J ., Xiong R., Tian J., Wang C., Hsu C.W., Tsou N.T., Sun F., Li J.: Battery degradation prediction against uncer future conditions with recurrent neural network enabled deep learning. Energy Storage Materials 2022, vol. 50, pp- 139 -151.
• [14] Xiong R., Chen H., Wang C. Sun F.: Towards a smarter hybrid energy storage system based on battery and ultracaztor—A critical review on topology and energy management. Journal of Cleaner Production 2018, vol. 202, pp. 122 8~1
• [15]Eddahech A., Briat O., Bertrand N., Dele'tage J .Y., Vinassa J.M.: Behavior and State—of—Health Monitoring Of Lion Batteries Using Impedance Spectroscopy and Recurrent Neural Networks. International Journal of Electrical Power Energy Systems 2012, vol. 42, pp. 487—494.
• [16] Chen C., Xiong R., Yang R., Shen W., Sun F.: State-of-charge estimation of lithium-ion battery using an improved neural network model and extended Kalmanfilter. Journal of Cleaner Production 2019, vol. 234, pp. 1153—1164.
• [17]Ramadan H.S., Becherif M., Claude F.: Extended kalman filter for accurate state of charge estimation of lithium-based batteries: A comparative analysis. International Journal of Hydrogen Energy 2017, vol. 42, pp. 29033—29046.
• [18] Chunfei G., Lianghua N., Xinxiang T., Chuanxin F.: Physics-based battery SOC estimation: A joint Data-driven and window-varying adaptive extended Kalman filter approach. Journal of Energy Storage 2025, vol. 121, 116465.
• [l9]Dezhi S., Jie D., Sai W.: Parallel neural network combined with adaptive Kalman filter for co-estimation of SOH and SOC of lithium—ion batteries. Journal of Energy Storage 2025, vol.120, 116455.
• [20]Li H., He P., Tang Y., Chang T., Li S., Fan Y.: A switching Kalman filter for SoC estimation of ultracapacitor balancing systems. Journal of Energy Storage 2024, vol. 93, 112170.
• [21]Wang C., Xiong R., Tian J., Lu J., Zhang C.: Rapid ultracapacitor life prediction with a convolutional neural network. Applied Energy 2022, vol. 305, 117819.
• [22] Chmielewski A., Mozaryn J., Piórkowski P., Bogdziński K.: Comparison of NARX and Dual Polarization Models for Estimation ofthe VRLA Battery Charging/Discharging Dynamics in Pulse Cycle. Energies 2018; iss. ll, vol. 11, 3160.
• [23] Emad-Eldeen A., A. Azim M., Abdelsattar M., AbdelMoety A. Utilizing machine learning and deep learning for enhanced supercapacitor performance prediction. Journal of Energy Storage 2024, vol. 100, 113556.
• [24] Wang Y., Liu C., Pan R., Chen Z.: Modeling and state-of-charge prediction of lithium-ion battery and ultracapacitor hybrids with a co-estimator. Energy 2017, vol. 121, pp. 739—750.