Модель напряжения литий-ионного аккумулятора для задачи прогнозирования предаварийного состояния
| Parent link: | Известия Томского политехнического университета [Известия ТПУ]. Инжиниринг георесурсов=Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering/ Национальный исследовательский Томский политехнический университет.— .— Томск: Изд-во ТПУ, 2015-.— 2413-1830 Т. 336, № 10.— 2025.— С. 88-98 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Other Authors: | |
| Summary: | Актуальность. В настоящее время человечество сталкивается с рядом экологических вызовов, среди которых наибольшее значение имеет изменение климата. Основным фактором климатических изменений является глобальное потепление, вызванное значительными выбросами парниковых газов. Одним из ключевых направлений решения данной проблемы является внедрение возобновляемых источников энергии. Однако нестабильность их работы обуславливает необходимость использования систем накопления электроэнергии для обеспечения бесперебойного электропитания потребителей. В этом контексте литий-ионные аккумуляторы являются одними из наиболее перспективных устройств накопления электроэнергии благодаря высокой удельной энергии, ресурсу и эффективности. Однако в процессе эксплуатации литий-ионные аккумуляторы подвержены риску теплового разгона – трудно предсказуемого явления, способного привести к аварийным последствиям. Поэтому задача своевременного прогнозирования предаварийного состояния литий-ионных аккумуляторов становится крайне актуальной с точки зрения обеспечения безопасности. Прямые экспериментальные исследования аварийных состояний сопряжены с высокими затратами и техническими сложностями, поскольку аккумуляторы после теплового разгона, как правило, становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации. Это определяет практическую значимость разработки модели напряжения аккумулятора для оценки его предаварийного состояния. Цель данной работы заключается в разработке модели напряжения литий-ионных аккумуляторов в предаварийном состоянии, возникающем, например, при режиме перезаряда. Методы. Опубликованные данные напряжения аккумулятора в предаварийном режиме, математические методы для аппроксимации характеристик и построения соответствующей динамической модели напряжения литий-ионных аккумуляторов. Результаты и выводы. Разработанная модель достаточно адекватно характеризует динамику изменения напряжения аккумулятора в режиме перезаряда. При сравнении с эталонной моделью максимальная погрешность уточненной модели составляет примерно 6,5 %, а средняя относительная погрешность – 0,6 %, что подтверждает эффективность предложенного подхода для использования в задаче прогнозирования Relevance. Humanity is currently facing a number of environmental challenges, the most significant of which is climate change. The main factor driving climate change is global warming caused by substantial greenhouse gas emissions. One of the key approaches to addressing this issue is the integration of renewable energy sources. However, the intermittent nature of their operation necessitates the use of energy storage systems to ensure uninterrupted power supply for consumers. In this context, lithium-ion batteries are among the most promising energy storage devices due to their high specific energy, long cycle life, and efficiency. During operation, lithium-ion batteries are exposed to the risk of thermal runaway – a difficult-to-predict phenomenon that may lead to severe accidents. Therefore, the task of timely prediction of pre-failure states in lithium-ion batteries becomes highly relevant from the perspective of safety assurance. Direct experimental studies of failure states are associated with high costs and technical difficulties, since batteries typically become unsuitable for further use after thermal runaway. This highlights the practical significance of developing a voltage model of the battery at the pre-failure stage. Aim. To develop a voltage model of a lithium-ion battery in a pre-failure state arising, for example, under overcharge conditions. Methods. Experimental published battery voltage data in the pre-failure regime, along with mathematical and numerical methods for approximating the characteristics and constructing the corresponding dynamic voltage model of the lithium-ion batteries. Results and conclusions. The study demonstrates that the developed model adequately characterizes the voltage dynamics of the battery under overcharge conditions. Compared with the reference model, the maximum error of the refined model is approximately 6.5%, while the mean relative error is 0.6%, confirming the effectiveness of the proposed approach for predictive applications Текстовый файл |
| Published: |
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://earchive.tpu.ru/handle/11683/133266 https://doi.org/10.18799/24131830/2025/10/5311 |
| Format: | Electronic Book Chapter |
| KOHA link: | https://koha.lib.tpu.ru/cgi-bin/koha/opac-detail.pl?biblionumber=683243 |