Modelling and analysis of dynamic states of the lead-acid batteries in electric vehicles

• Autorzy: Kasprzyk L.

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2017.2.10

Warianty tytułu

PL

Modelowanie i analiza stanów dynamicznych akumulatorów kwasowo-ołowiowych w pojazdach elektrycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents the aspects related to the modelling of lead-acid batteries, including the description of the process of equivalent model parameter estimation. On top of this, the subject of the discussion included the issues which concern the analysis of vehicle energy consumption. The examples of calculations for the estimation of the model parameters were presented and on their basis, the detailed analysis of the battery’s behaviour while driving an electric vehicle was carried out. The tests were performed based on the recorded velocities of the vehicle moving within the built-up area in heavy traffic conditions. The behaviour of the battery was evaluated and the application of the hybrid energy storage consisting of battery and supercapacitor was proposed.

PL

W pracy przedstawiono problematykę modelowania akumulatorów kwasowo-ołowiowych, wraz z opisem procesu estymacji parametrów modelu ekwiwalentnego. Omówiono także zagadnienia dotyczące analizy energochłonności pojazdów samochodowych. Przedstawiono przykładowe obliczenia dotyczące estymacji parametrów modelu i na ich podstawie dokonano szczegółowej analizy zachowania się akumulatora podczas jazdy samochodu elektrycznego. Badania przeprowadzono na podstawie zarejestrowanych prędkości pojazdu poruszającego się na terenie zabudowanym w okresie dużego natężenia ruchu. Dokonano oceny zachowania się akumulatora i zaproponowano zastosowanie hybrydowego magazynu energii zbudowanego z akumulatora i superkondensatora.

Słowa kluczowe

EN

lead-acid battery modelling; model parameters estimation; supercapacitor; electric vehicles

PL

modelowanie akumulatorów kwasowo-ołowiowych; estymacja parametrów modelu; superkondensator; samochody elektryczne

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 19, no. 2
• Strony: 229--236
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kasprzyk L.

• Institute of Electrical Engineering and Electronics Poznan University of Technology ul. Piotrowo 3A, 60-965 Poznan, Poland

Bibliografia

• 1. Achaibou N, Haddadi M, Malek A. Lead acid batteries simulation including experimental validation, Journal of Power Sources 2008; 185(2): 1484-1491, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2008.06.059.
• 2. Barsali S, Ceraolo M. Dynamical Models of Lead-Acid Batteries: Implementation Issues, IEEE Transactions On Energy Conversion 2002; 17(1): 16-23, https://doi.org/10.1109/60.986432.
• 3. Bednarek K, Jajczyk J. Effectiveness of optimization methods in heavy-current equipment designing, Przeglad Elektrotechniczny 2009; 85(12): 29-32.
• 4. Bottiglione F, Pinto S D, Mantriota G, Sorniotti A. Energy Consumption of a Battery Electric Vehicle with Infinitely Variable Transmiossion, Energies 2014; 7(12): 8317-8337, https://doi.org/10.3390/en7128317.
• 5. Bugała A, Frydrychowicz-Jastrzębska G, Zbytek A, Dach J, Janczak D. Long-term performance evaluation of a fixed and solar follow – up systems with modified astronomical positioning in Polish conditions, MATEC Web of Conferences 2016; 5,https://dx.doi.org/10.1051/ matecconf/20165903004.
• 6. Ceraolo M. New dynamical models of lead-acid batteries, IEEE Transactions On Power Systems 2000; 15(4): 1184-1190, https://doi.org/10.1109/59.898088.
• 7. De Cauwer C, Van Mierlo J, Coosemans T. Energy Consumption Prediction for Electric Vehicles based On Real-World Data, Energies 2015; 8(8): 8573-8593.
• 8. Gu R, Malysz P, Wang D, Wang W, Yang H, Emadi A. On the design of a direct cell coupled hybrid energy storage system for plug-in hybrid electric vehicles, 2016 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), Dearborn 2016; 1-7, https://doi.org/10.1109/ ITEC.2016.7520298.
• 9. He H, Xiong R, ChangY, Dynamic modeling and simulation on a hybrid power system for electric vehicle applications, Energies 2010; 3(11): 1821-1830, https://doi.org/10.3390/en3111821.
• 10. Itani K, De Bernardinis A, Khatir Z, Jammal A, Oueidat M. Extreme conditions regenerative braking modeling, control and simulation of a hybrid energy storage system for an electric vehicle, IEEE Transactions on Transportation Electrification 2016; PP(99): 1-1, https://doi. org/10.1109/TTE.2016.2608763.
• 11. Jackey R, Saginaw M, Sanghvi P, Gazzarri J, Huria T, Ceraolo M. Battery Model Parameter Estimation Using a Layered Technique: An Example Using a Lithium Iron Phosphate Cell, SAE Technical Paper 2013-01-1547, 2013; https://doi.org/10.4271/2013-01-1547.
• 12. Jarzębowicz L, Kulig E, Analiza energochłonności pojazdu elektrycznego w oparciu o dane z pokładowego rejestratora parametrów, TTS Technika Transportu Szynowego 2015; 706-710.
• 13. Kasprzyk L, Bednarek K. Speeding up of electromagnetic and optimization calculations by the use of the parallel algorithms, Przeglad Elektrotechniczny 2009; 85(12): 65-68.
• 14. Kasprzyk L, Tomczewski A, Bednarek K. Efficiency and economic aspects in electromagnetic and optimization calculations of electrical systems, Przeglad Elektrotechniczny 2010; 86(12): 57 60 (in Polish).
• 15. Kasprzyk L. Analysis of energy recovery possibilities from motor vehicles, Przeglad Elektrotechniczny 2014; 90(4): 235-238.
• 16. Kasprzyk L. Electric cars and problem of energy storage selection with environment protection aspects, in: J. Maj, P. Kwiatkiewicz, R. Szczerbowski (Eds), Europejski Wymiar Bezpieczeństwa Energetycznego a Ochrona środowiska, Wojskowa Akademia Techniczna, Poznań 2015; 691-708 (in Polish).
• 17. Kasprzyk L. Analysis of a light field with the use of parallel computers, Przeglad Elektrotechniczny 2007; 83(12): 128-131 (in Polish).
• 18. Lombardi P, Röhrig C, Rudion K, Marquardt R, Müller-Mienack M, Estermann A S, Styczynski Z A, Voropai N I. An A-CAES pilot installation in the distribution system: A technical study for RES integration, Energy Science and Engineering 2014; 2(3): 116-127, https:// doi.org/10.1002/ese3.38.
• 19. Statistical pocketbook 2015. The European Council On Clean Transport 2016; http://www.theicct.org (access: 01.09.2016).
• 20. Wenge C, Arendarski B, Haensch K, Naumann A, Komarnicki P. Electric vehicle simulation models for power system applications, IEEE Power and Energy Society General Meeting, IEE, San Diego 2012: 1-6, https://doi.org/10.1109/PESGM.2012.6344942.
• 21. Wu X, Freese D, Cabrera A, Kitch W A Electric vehicles' energy consumption measurement and estimation, Transportation Research Part D 2015; 34: 52-67, https://doi.org/10.1016/j.trd.2014.10.007.
• 22. Zhan C J, Wu X G, Kromlidis S, Ramachandaramurthy V K, Barnes M, Jenkins N, Ruddell A J. Two electrical models of the lead-acid battery used in a dynamic voltage restorer, IEE Proceedings - Generation, Transmission and Distribution 2003; 150(2): 175-182, https://doi. org/10.1049/ip-gtd:20030124.