Modelowo - wsparte badania elektrochemicznych magazynów energii

• Autorzy: Chmielewski A. , Szulim P. , Gontarz S.

Warianty tytułu

EN

Model-based research on electrochemical energy storage systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pierwszej części pracy zaprezentowano badania eksperymentalne akumulatorów żelowych VRLA (ang. Valve Regulated Lead Acid). Badania przeprowadzono w cyklu statycznym (stały prąd obciążeniowy) oraz w cyklu dyna-micznym (impulsowy prąd obciążeniowy). Przedstawiono także towarzyszący pracy baterii wzrost temperatury na jej zaci-skach oraz na obudowie. Zaprezentowano także wpływ różnych wartości prądu rozładowania na przyrost temperatury oraz zmiany napięcia na zaciskach akumulatora. Przedstawiono również badania wpływu zmiany temperatury otoczenia na zmianę pojemności akumulatora. Badania zmian temperatury otoczenia przeprowadzono w komorze klimatycznej. W drugiej części pracy przedstawiono zależności analityczne, które posłużyły do budowy modelu symulacyjnego w środowisku Matlab&Simulink. Uzyskane z modelu wyniki zwalidowano z wynikami eksperymentalnymi. Wyniki uzyskane z walidacji modelu można uznać za zadowalające, błąd względny nie przekroczył 0,8%.

EN

In the first part of this work, experimental research on the VRLA batteries (Valve-Regulated Lead-Acid batteries) or gel cells has been shown. The tests were conducted in the static cycle (constant load current) and in the dynamic cycle (impulse load current). Temperature increase on the battery terminals and housing, accompanying battery work, has also been indicated. Moreover, the paper presents the influence of various values of discharge current on the temperature increase and voltage changes on the battery terminals. The research on the influence of ambient temperature change on the battery capacity change has been presented, too. The tests of ambient temperature change were conducted in the climate chamber. In the subsequent part of the paper, the analytical relationships have been shown, serving the purpose of building the simulation model in the Matlab&Simulink environment. The results obtained from the model were validated against the experimental results. The results obtained from the model validation can be seen as satisfactory, the relative error did not exceed 0.8%.

Słowa kluczowe

PL

akumulator; VRLA; badania stanowiskowe; model symulacyjny; walidacja wyników badań

EN

VRLA battery; tests bench research; simulation model; test results validation

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2016
• Tom: Nr 5
• Strony: 37--45
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chmielewski A.

• Politechnika Warszawska, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych

autor

Szulim P.

• Politechnika Warszawska, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych

autor

Gontarz S.

• Politechnika Warszawska, Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych

Bibliografia

• [1] Baert D., Vervaet A.: Lead-acid battery model for the derivation of Peukert's law. Electrochemica Acta, Vol. 44, pp. 3491-3504, 1999.
• [2] Bizon N.: Load-following mode control of a standalone renewable/fuel cell hybrid power source. Energy Conversion and Management, Vol. 77, pp. 763–772, 2014.
• [3] Bizon N., Oproescu M., Raceanu M.: Efficient energy control strategies for a Standalone Renewable/Fuel Cell Hybrid Power Source. Energy Conversion and Management, Vol. 90, pp. 93-110, 2015.
• [4] BP Energy Outlook 2016 〈http://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html〉 [dostęp 08.08.2016].
• [5] Chen H., Cong N., Yang W., Tan C., Li Y., Ding Y.: Progress in electrical energy storage system: A critical review. Progress in Natural Science Vol. 19, pp. 291–312, 2009.
• [6] Chia Y. Y., Lee L. H., Shafiabady N., Isa D.: A load predictive energy management system for supercapacitor-battery hybrid energy storage system in solar application using the Support Vector Machine, Applied Energy, Vol. 137, pp. 588–602, 2015.
• [7] Chmielewski A., Gumiński R., Radkowski S., Szulim P.: Aspekty wsparcia i rozwoju mikrokogeneracji rozpro-szonej na terenie Polski. Rynek Energii, 114(5), pp. 94-101, 2014.
• [8] Chmielewski A., Gumiński R., Radkowski S., Szulim P.: Experimental research and application possibilities of microcogeneration system with Stirling engine. Journal of Power Technologies, 95 (5), pp. 14–22, 2015.
• [9] Chmielewski A., Radkowski S.: Rozwój odnawialnych źródeł energii na terenie Polski – wyzwania i problemy (The development of renewable energy sources in Poland ‒ challenges and problems). Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów, 99(3), pp. 25‒34, 2014. [In Polish]
• [10] Chmielewski A., Radkowski S.: Prosumer on the energy market: case study. Zeszyty Naukowe Instytutu Po-jazdów - Proceedings of the Institute of Vehicles, 102(2), pp. 23-29, 2015.
• [11] Chmielewski A., Radkowski S.: Modelowanie procesu ładowania akumulatora elektrochemicznego pracującego w układzie kogeneracyjnym. Zeszyty Naukowe Instytutu Pojazdów, 2(98) pp. 83-89, 2014.
• [12] Chmielewski A., Szurgott P.: Modelling and simulation of repeated charging/discharging cycles for selected Nickel-Cadmium batteries. Journal of Kones, 22 (1), pp. 55-62, 2015.
• [13] Chmielewski A., Gontarz S., Gumiński R., Mączak J.: Szulim P.: Badania elektrochemicznych magazynów energii (Research on electrochemical energy stores). Przegląd Elektrotechniczny 2016 (In print).
• [14] Chmielewski A., Gumiński R., Mączak J., Radkowski S., Szulim P.: Aspects of balanced development of RES and distributed micro cogeneration use in Poland: case study of a µCHP with Stirling engine. Renewable & Sus-tainable Energy Reviews, Elsevier Vol. 60, pp. 930-952, 2016.
• [15] Chmielewski A., Gontarz S., Gumiński R., Mączak J., Szulim P.: Analiza wpływu parametrów eksploatacyjnych na drgania układu mikrokogeneracyjnego (Analysis of influence of operational parameters on micro cogeneration system vibrations). Przegląd Elektrotechniczny, No. 1 pp.45-53, 2016. (In Polish)
• [16] CO EUR 13 CONCL 5 (Ramy polityki klimatyczno-energetycznej do roku 2030), Bruksela 24 października 2014.
• [17] Czerwiński A.: Akumulatory, baterie, ogniwa. WKŁ, 2012.
• [18] Directive 2009/28/EC of the council of 23 april 2009, on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC.
• [19] Directive 2012/27/EU of the European Parliment and of the Council of 25 October 2012 on energy efficiency, amending Directives 2009/125/EC and 2010/30/EU and repealing Directives 2004/8/EC and 2006/32/EC.
• [20] Directive 2009/72/EC of the European Parliment and of the Council of 13 July 2009 concerning common rules for the internal market in electricity and repealing Directive 2003/54/EC.
• [21] Kim J. D., Rahimi M.: Future energy loads for a large-scale adoption of electric vehicles in the city of Los Angeles: Impacts on greenhouse gas (GHG) emissions, Energy Policy, Vol. 73, pp. 620-630, 2014.
• [22] Lai Y., Du S., Ai L., Ai L., Cheng Y., Tang Y., Jia M.: Insight into heat generation of lithium ion batteries based on the electrochemical-thermal model at high discharge rates. International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 40, pp. 13039-13049, 2015.
• [23] Li J., Cheng Y., Jia M., Tang Y., Lin Y., Zhian Z., Y. Liu.: An electrochemical-thermal model based on dynamic responses for lithium iron phosphate battery. Journal of Power Sources, Vol. 255, 130-143, 2014.
• [24] Luo X., Wang J., Dooner M., Clarke J.: Overview of current development in electrical energy storage technolo-gies and the application potential in power system operation. Appl. Energ., Vol. 137, 511-536, 2015.
• [25] Polskie Sieci Elektroenergetyczne {http://www.pse.pl/} - dostęp 08.08.2016.
• [26] Saito Y., Shikano M., Kobayashi H.: Heat generation behavior during charging and discharging of lithium-ion batteries after long-time storage. Journal of Power Sources, Vol. 244, pp. 294-299, 2013.
• [27] Saw L.H., Ye Y., Tay A.A.O.: Electro-thermal characterization of Lithium Iron Phosphate cell with equivalent circuit modeling. Energy Conversion and Management, Vol. 87, pp. 367–377, 2014.
• [28] Sekrecki M., Krawczyk P., Kopczyński A.: Nieliniowy model symulacyjny akumulatora Li-jon do obliczeń napędów pojazdów elektrycznych. Logistyka, nr 6, pp. 9425-9332, 2014.
• [29] Szumanowski A.: Akumulacja energii w pojazdach, wyd. WKŁ, Warszawa 1984.
• [30] Szumanowski A.: Hybrid Electric Power Train Engineering and Technology: Modeling, Control, and Simu-lation. IGI Global Disseminator of knowledge, 2013.
• [31] Szumanowski A.: Hybrid Electric Vehicle Drives Design - Edition Based On Urban Buses. Monographbook, ITE, Warszawa 2006.
• [32] Szumanowski A., Chang Y., Piórkowski P.: Method of Battery Adjustment for Hybrid Drive by modeling and simulation. IEEE, pp. 681-687, 2005.
• [33] Szumanowski A., Chang Y., Piórkowski P.: Batteries and ultracapacitors set in Hybrid Propolusion System. POWERENG 2007, April 12-14, 2007, Portugal, IEEE, pp. 122-127, 2007.
• [34] Szumanowski A., Chang Y.: Battery Management System Based on Battery Nonlinear Dynamics Modeling. IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 57, No. 3, pp. 1425-1432, May 2008.
• [35] Wang Q., Sun Q., Ping P., Zhao X., Sun J., Lin Z.: Heat transfer in the dynamic cycling of lithium–titanate batteries. International Journal of Heat and Mass Transfer Vol. 93, pp. 896–905, 2016.