Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Uniwersalna metoda wyznaczania stanu naładowania oraz ładunku całkowitego akumulatorów bazująca na liczniku ładunku

Adrikowski Tomasz

Przegląd Elektrotechniczny

|

2023

|

R. 99, nr 1

170--173

PL

W artykule zostanie opisana metoda wyznaczania stanu naładowania oraz ładunku całkowitego akumulatorów w oparciu o licznik ładunku. Metoda cechuje się dużą uniwersalnością ze względu na możliwość zastosowania dla różnych rodzajów akumulatorów. Została z powodzeniem przetestowana w akumulatorach litowo-jonowych, litowo-żelazowo-fosforanowych, niklowo-kadmowych oraz kwasowo-ołowiowych. Sprowadza się użycia prostych obliczeń algebraicznych, dzięki czemu może być łatwo implementowana za pomocą prostych 8-bitowych układów mikrokontrolerowych.

EN

The article will describe a method which, based on the charge meter, allows the determination of the state of charge and total charge of batteries. The method is versatile due to the possibility of using it for various types of batteries. The method stayed Successfully tested in lithium-ion, lithium-iron-phosphate, nickel-cadmium and lead-acid batteries. It boils down to the use of simple algebraic calculations, so it can be easily implemented with simple 8-bit microcontroller ICs.

2

Methods for lithium-based battery energy storage SOC estimation. Part I: Overview

Hallmann Marcel, Wenge Christoph, Komarnicki Przemysław, Balischewski Stephan

Archives of Electrical Engineering

|

2022

|

Vol. 71, nr 1

139--157

EN

The use of lithium-ion battery energy storage (BES) has grown rapidly during the past year for both mobile and stationary applications. For mobile applications, BES units are used in the range of 10–120 kWh. Power grid applications of BES are characterized by much higher capacities (range of MWh) and this area particularly has great potential regarding the expected energy system transition in the next years. The optimal operation of BES by an energy storage management system is usually predictive and based strongly on the knowledge about the state of charge (SOC) of the battery. The SOC depends on many factors (e.g. material, electrical and thermal state of the battery), so that an accurate assessment of the battery SOC is complex. The SOC intermediate prediction methods are based on the battery models. The modeling of BES is divided into three types: fundamental (based on material issues), electrical equivalent circuit (based on electrical modeling) and balancing (based on a reservoir model). Each of these models requires parameterization based on measurements of input/output parameters. These models are used for SOC modelbased calculation and in battery system simulation for optimal battery sizing and planning. Empirical SOC assessment methods currently remain the most popular because they allow practical application, but the accuracy of the assessment, which is the key factor for optimal operation, must also be strongly considered. This scientific contribution is divided into two papers. Paper part I will present a holistic overview of the main methods of SOC assessment. Physical measurement methods, battery modeling and the methodology of using the model as a digital twin of a battery are addressed and discussed. Furthermore, adaptive methods and methods of artificial intelligence, which are important for the SOC calculation, are presented. In paper part II, examples of the application areas are presented and their accuracy is discussed

3

Przegląd wybranych metod diagnozowania stanu akumulatorów litowo-jonowych

Żurek-Mortka Marta, Gospodarczyk Andrzej, Majcher Andrzej, Kozak Marcin

Elektro Info

|

2021

|

nr 6

34--38

PL

Obserwowany w ostatnich latach znaczący postęp technologii wytwarzania akumulatorów litowo-jonowych (LIB) doprowadził do tego, że coraz więcej urządzeń i maszyn wykorzystuje je jako główne źródło zasilania. Dzięki uzyskaniu wysokiej gęstości energii, napięcia wyjściowego o stosunkowo wysokiej wartości, długiego czasu życia, niskiego poziomu samorozładowania oraz szerokiego przedziału temperatury pracy LIB znajdują coraz bardziej rozległe zastosowania w urządzeniach przenośnych, stacjonarnych magazynach energii, pojazdach elektrycznych (EV). Zapewnianiu bezpieczeństwa i niezawodności działania LIB w tych zastosowaniach towarzyszy rozwój metod diagnozowania stanu akumulatorów. Przy ocenie jakości LIB powszechnie wykorzystuje się następujące parametry: stan naładowania (SOC) oraz stan żywotności (SOH). Parametry te umożliwiają oszacowanie pozostałego czasu użyteczności akumulatora.

EN

The significant advances in lithium-ion battery technology (LIB) observed in recent years have led to the fact that more and more devices and machines use them as the main source of power supply. Thanks to obtaining high energy density, high output voltage, long life, low level of self-discharge and wide operating temperature range, LIBs are increasingly used in portable devices, stationary energy storages, electric vehicles (EV). Ensuring the safety and reliability of LIB operation in these applications is accompanied by the development of methods for diagnosing the condition of batteries. The most frequently used parameters related to it are the state of charge (SOC) and the state of health (SOH), which allow to estimate the remaining life of the battery.

4

Design of bidirectional DC-DC cuk converter for testing characteristics of lead-acid battery

Suryoatmojo Heri, Ridwan Mohamad, Izzatur Rahman Irham, Candra Riawan Candra, Ashari Mochamad

Przegląd Elektrotechniczny

|

2020

|

R. 96, nr 3

114--118

EN

Lead-acid battery is an important element in the development of electric vehicle and hybrid generating power plant. In real circumstances, the capacity of the battery will change according to the amount of current discharged from the battery. In normal operation, it usually uses a voltage cut-off reference. The battery cut-off voltage limit, however, is usually obtained with a constant discharge current, which, in this case, cannot be done in a practical application. Another reference is by using state of charge (SoC) estimating method. The common method used for SoC estimation is coulomb counting because it can be done while batteries are connected to a grid. This research will test the discharge characteristic curve and estimate the SoC battery using coulomb counting. The battery tested is a type of valve regulated lead-acid (VRLA) with a rating of 7.2Ah and 12V. To implement the test system, DC-DC Bidirectional Cuk Converter is proposed with Average Current Mode Control, where the battery testing scheme is modified, so the power usage is more efficient. According to the testing results, the DC-DC converter is able to test VRLA battery with discharge and charge-discharge testing schemes. The charge-discharge cycle test on VRLA batteries shows that the results of using the coulomb counting method is more accurate than open circuit voltage method.

PL

Akumulator kwasowo-ołowiowy jest ważnym elementem w rozwoju pojazdów elektrycznych i elektrowni hybrydowych. W rzeczywistych warunkach pojemność akumulatora zmienia się w zależności od wartości prądu pobieranego z akumulatora. Graniczne napięcie odcięcia akumulatora jest zwykle wyznaczane przy stałym prądzie rozładowania, czego w nie można zrobić w praktycznym zastosowaniu. Innym sposobem oceny jest zastosowanie metody szacowania stanu naładowania (SoC). Powszechną metodą stosowaną do oszacowania SoC jest zliczanie kulombowskie, ponieważ można to zrobić, gdy akumulatory są podłączone do sieci. Badanie to sprawdzi krzywą charakterystyki rozładowania i oszacuje akumulator SoC za pomocą zliczania kulombowskiego. Aby wdrożyć system testowy, proponuje się dwukierunkowy konwerter DC-DC z kontrolą trybu średniego prądu, w którym zmodyfikowano schemat testowania baterii, dzięki czemu zużycie energii jest bardziej wydajne. Test cyklu ładowania-rozładowania akumulatorów VRLA pokazuje, że wyniki zastosowania metody zliczania kulombowskiego są dokładniejsze niż metoda napięcia w obwodzie otwartym.

5

State of charge estimation method for lithium-ion batteries in all-electric ships based on LSTM neural network

Geng Pan, Xu Xiaoyan, Tarasiuk Tomasz

Polish Maritime Research

|

2020

|

nr 3

100-108

EN

All-electric ships (AES) are considered an effective solution for reducing greenhouse gas emissions as they are a platform to use clean energy sources such as lithium-ion batteries, fuel cells and solar cells instead of fossil fuel. Even though these batteries are a promising alternative, the accuracy of the battery state of charge (SOC) estimation is a critical factor for their safe and reliable operation. The SOC is a key indicator of battery residual capacity. Its estimation can effectively prevent battery over-discharge and over-charge. Next, this enables reliable estimation of the operation time of fully electric ferries, where little time is spent at the harbour, with limited time available for charging. Thus, battery management systems are essential. This paper presents a neural network model of battery SOC estimation, using a long short-term memory (LSTM) recurrent neural network (RNN) as a method for accurate estimation of the SOC in lithium-ion batteries. The current, voltage and surface temperature of the batteries are used as the inputs of the neural network. The influence of different numbers of neurons in the neural network’s hidden layer on the estimation error is analysed, and the estimation error of the neural network under different training times is compared. In addition, the hidden layer is varied from 1 to 3 layers of the LSTM nucleus and the SOC estimation error is analysed. The results show that the maximum absolute SOC estimation error of the LSTM RNN is 1.96% and the root mean square error is 0.986%, which validates the feasibility of the method.

6

Modeling and analysis range extender for battery electric vehicles

Łebkowski Andrzej, Sołtysiuk Kamil

Przegląd Elektrotechniczny

|

2019

|

R. 95, nr 2

127--135

EN

The publication presents the results of analysis regarding the use of low-power diesel generating sets used to increase the range of electric vehicles. Diesel generating sets are a solution to basic shortcomings of electric vehicles, such as their short range, resulting from the limited capacity of batteries and their long charging time. They are mainly used for long-distance journeys between cities. The paper discusses the basic configurations of drive systems used in electric and hybrid vehicle and the basic configurations of drive systems using combustion generating sets for increasing the range of vehicles with electric drive are presented. On the basis of traction tests performed in real road conditions for an electric car assisted by two diesel generators (4 kW petrol, 5.5 kW diesel) installed on a light trailer, a mathematical model of the system was developed in the Modelica environment. The mathematical model developed takes into account the dynamic loads acting on the set of vehicles in motion along with the electric drive system supported by the diesel generator set. The results of simulation tests for selected route profiles and driving speed are presented. Research has been carried out on selected values of the state of charge SOCON-OFF (State Of Charge) of batteries, which cause a several percent impact on reduction of fuel consumption and the emission of harmful gases to the atmosphere by internal combustion engines.

PL

W publikacji przedstawiono wyniki analiz dotyczących zastosowania spalinowych zespołów prądotwórczych małej mocy wykorzystywanych do zwiększania zasięgu pojazdów z napędem elektrycznym. Spalinowe zespoły prądotwórcze stanowią rozwiązanie podstawowych wad pojazdów elektrycznych, takich jak ich krótki zasięg, wynikający z ograniczonej pojemności akumulatorów i długiego czasu ich ładowania. Stosuje się je głównie do przejazdów na długich dystansach pomiędzy miastami. W pracy omówiono podstawowe konfiguracje układów napędowych stosowanych w pojazdach elektrycznych i hybrydowych, oraz zaprezentowano podstawowe konfiguracje układów napędowych wykorzystujących spalinowe zespoły prądotwórcze do zwiększania zasięgu pojazdów z napędem elektrycznym. Na podstawie testów trakcyjnych zrealizowanych w rzeczywistych warunkach drogowych dla samochodu elektrycznego wspomaganego pracą spalinowych zespołów prądotwórczych (4 kW benzyna, 5,5 kW diesel) zainstalowanych na lekkiej przyczepie, opracowano model matematyczny układu w środowisku Modelica. Opracowany model matematyczny uwzględnia obciążenia dynamiczne działające na zespół pojazdów w ruchu wraz z elektrycznym układem napędowym wspomaganym przez spalinowy zespół prądotwórczy. Przedstawiono wyniki badań symulacyjnych dla wybranych profili trasy i prędkości jazdy. Przeprowadzono badania dla wybranych wartości współczynników stanu naładowania akumulatorów SOCON-OFF (ang. State Of Charge), mających kilkuprocentowy wpływ na zmniejszenie zużycia paliwa i emisji szkodliwych gazów do atmosfery przez silniki spalinowe zespołów prądotwórczych.

7

A multi-slack optimization model for scheduling energy hubs in smart grids

Moghaddam I. G., Saniei M., Mashhour E.

Journal of Power Technologies

|

2018

|

Vol. 98, nr 3

287--295

EN

This paper provides a multi-slack optimization model in order to manage the operation of an energy hub in smart grids. This model is centralized on a multi-slack one in which the proposed slack variables are in line with actual energy providers. Both electrical and thermal loads are considered in this model. An external grid and boilers are respectively used for slack generation units for satisfying electrical and thermal loads. In order to reduce the penalty factors in the optimization model, we addressed fair and suitable slack variables in the optimization model. In a real power system, energy storage devices could effect optimal operation in short-term planning. The main role of such devices in smart grids is to reduce the operating costs because of their state of charge (SOC) in peak, medium and base loads. Such devices could also handle load and generation uncertainties in the real world. In this model, we implement this feature to handle the uncertainties in the random variable generation sector of optimization algorithm. The proposed method could handle this challenge by discharging the stored energy if the slack unit is unable to satisfy the demanded load and vice versa. In order to evaluate the effectiveness of the proposed method, a benchmark is provided in this paper. The hourly electrical and thermal demands were extracted from DesignBuilder® for a commercial building. The simulation results show that the presented method is both satisfactory and consistent with expectations.

8

Wpływ stopnia naładowania akumulatorów na warunki pracy napędu hybrydowego w teście NEDC

Pielecha I., Czajka J., Wisłocki K., Borowski P., Cieślik W.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2013

|

R. 20, nr 10

1261--1269, CD

PL

W artykule przedstawiono analizę pracy napędu hybrydowego w warunkach testu jezdnego NEDC. Przedstawiono sposoby pracy tego układu podczas zróżnicowanego stanu początkowego naładowania wysokonapięciowych akumulatorów. Warunki takie generują różne możliwości pracy napędu powodując określone skutki przepływu energii. Badania prowadzono przy wykorzystaniem napędu hybrydowego Toyoty Prius z silnikiem spalinowym o pojemności 1,5 dm3 na hamowni podwoziowej. Określono czas, po którym następuje jednakowe naładowanie akumulatorów niezależnie od ich stanu początkowego. Przeprowadzono analizę pracy silnika spalinowego i silników elektrycznych oraz dokonano bilansu energii napędu hybrydowego w teście jezdnym NEDC.

EN

The paper presents an analysis of the hybrid drive in the NEDC driving test conditions. The conditions of employment hybrid powertrain while varying the initial state of charge of the high voltage battery. These conditions generate different states of the drive causing certain effects of energy flow. The study was conducted using the second generation hybrid Toyota Prius of an engine with a 1.5 3 capacity. Specified time, followed by the same battery charge regardless of the initial state. An analysis of electric motors and made the hybrid energy balance in the NEDC test.

9

Design and Implementation of a UKF-based SOC Estimator for LiMnO2 Batteries Used on Electric Vehicles

Dai H., Wei X., Sun Z.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2012

|

R. 88, nr 1b

57-63

EN

To ensure safe and reliable battery operations, an accurate battery state of charge (SOC) estimation is critical for the battery systems used in electric vehicles and hybrid electric vehicles because of the arduous operation conditions. This paper presents a SOC estimator designed based on the unscented Kalman filter (UKF), which is very popular in the state estimation in non-linear systems. The dynamic characteristics of the battery are modeled with an equivalent circuit, which is composed of two capacitors, three resistors and a voltage source to simulate the equilibrium open circuit voltage (OCV). To relieve the computation requirement of the original UKF, an efficient implementation using a Cholesky factorization is investigated, and thereby a SR-UKF based SOC estimator is proposed. Experiment results shows that the model proposed can track the dynamic behavior of the battery very well and the UKF-based SOC estimator has a good performance in the state estimation, and a comparison with EKFbased estimator also shows that a better accuracy can be got by the proposed UKF- based estimator.

PL

Artykuł prezentuje system kontroli SOC (state of charge – stan naładowania) baterii używanych w pojazdach elektrycznych. System bazuje na filtrze Kalmana typu UKF. Własności dynamiczne baterii modelowane są przy pomocy odpowiedniego obwodu elektrycznego zastępczego. System może śledzić właściwości dynamiczne baterii i badać jej stan naładowania.

10

Inteligentny system monitorowania i estymacji ładunku SOC dla baterii litowo-jonowych i litowo-polimerowych

Bigaj P.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2010

|

R. 14, nr 2

386-395

PL

Praca podejmuje tematykę szacowania i określania pozostałej ilości ładunku elektrycznego (State-of-Charge) baterii litowych. W ramach pracy opracowano nowatorski sposób wyliczania SOC dla systemów bateryjnych o różnych gęstościach mocy. Temat przedstawiony został w ujęciu teoretycznym i praktycznym - jako metoda gotowa do zaimplementowania w systemie wbudowanym. Algorytm metody został przepisany na język programowania pakietu Matlab i przetestowany na zbiorze baterii w celu wykazania poprawności rozumowania autora.

EN

This work is concerned on a subject of estimating and determining the remaining electrical charge (State-of-Charge) for lithium based batteries. The matter is presented taking into account theoretical and practical background. In a result a innovative, ready-to-use method for battery-supplied embedded systems is introduced. The algorithm was implemented in programming language of Matlab, and then tested on a set of batteries for validation.