Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 1

Identyfikacja parametrów schematu zastępczego ogniw litowożelazowo-fosforanowych przy wykorzystaniu metodologii HPPC

Identification of LFP cell equivalent circuit parameters using HPPC methodology

10.15199/48.2024.01.48

nr katalogowy: 147128
10.15199/48.2024.01.48

Streszczenie

W artykule opisano sposób prowadzenia testów identyfikacyjnych celi baterii litowo-jonowej, mających na celu wyznaczenie wartości parametrów jej schematu zastępczego. Do oszacowania rzeczywistej pojemności ogniwa wykorzystano testy charakterystyki rozładowania, a do określenia parametrów schematu zastępczego Thevenina wykorzystano testy HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization). Podano szczegółowy opis metod stosowanych do opracowania wyników testu HPPC. Szczególny nacisk położono na stosowane techniki filtracji i optymalizacji oraz ocenę jakości i przydatności pozyskiwanych danych pomiarowych. W artykule podano komplet uzyskanych parametrów, umożliwiający czytelnikowi stworzenie własnego, w pełni funkcjopnalnego modelu symulacyjnego celi. Uzyskany model symulacyjny zweryfikowano pomiarowo w teście CDC (Charge Depleting Cycle).

Abstract

The article describes the method of conducting identification tests of a lithium-ion battery cell, aimed at determining the values of its equivalent circuit parameters. To estimate the actual capacity of the cell, discharge characteristics tests were used, and HPPC (Hybrid Pulse Power Characterization) tests were used to determine the Thevenin equivalent circuit parameters. A detailed description of the methods used to develop HPPC test results is given. Particular emphasis was placed on the applied filtration and optimization techniques as well as the assessment of the quality and usefulness of the acquired measurement data. The article provides a complete set of obtained parameters, enabling the reader to create his own, fully functional simulation model of the cell. The obtained simulation model was verified by measurements in the CDC (Charge Depleting Cycle) test

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Davis K., Hayes J.G. Comparison of Lithium-Ion Battery Pack Models Based on Test Data from Idaho and Argonne National Laboratories. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), Detroit, MI, USA, 11–15 October 2020, pp. 5626–5632. https://doi.org/10.1109/ECCE44975.2020.9236373.
[2] Rahmoun A., Biechl H. Modelling of li-ion batteries using equivalent circuit diagrams. Przegląd Elektrotechniczny, 2012, 2, 152–156.
[3] Chen S.X., Tseng K.J., Choi S.S. Modeling of Lithium-Ion Battery for Energy Storage System Simulation. Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, Wuhan, China, 28–30 March 2009, pp. 1–4. https://doi.org/10.1109/APPEEC.2009.4918501.
[4] Huang K., Wang Y., Feng J. Research on equivalent circuit Model of Lithium-ion battery for electric vehicles. World Conference on Mechanical Engineering and Intelligent Manufacturing (WCMEIM), Shanghai, China, 4–6 December 2020, pp. 492–496. https://doi.org/10.1109/WCMEIM52463.2020.00109.
[5] Wu W., Qin L., Wu G. State of power estimation of power lithium-ion battery based on an equivalent circuit model. J. Energy Storage 2022, 51, 104538. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104538.
[6] Khattak A.A., Khan A.N., Safdar M., Basit A., Zaffar N.A. A Hybrid Electric Circuit Battery Model Capturing Dynamic Battery Characteristics. IEEE Kansas Power and Energy Conference (KPEC), Manhattan, KS, USA, 13–14 July 2020, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/KPEC47870.2020.9167659.
[7] Sibi Krishnan K., Pathiyil P., Sunitha R. Generic Battery model covering self-discharge and internal resistance variation. IEEE 6th International Conference on Power Systems (ICPS), New Delhi, India, 4–6 March 2016, pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/ICPES.2016.7584003.
[8] Zhang Q., Shang Y., Li Y., Cui N., Duan B., Zhang C. A novel fractional variable-order equivalent circuit model and parameter identification of electric vehicle Li-ion batteries. ISA Trans. 2020, 97, 448–457. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2019.08.004.
[9] He H., Xiong R., Fan J. Evaluation of Lithium-Ion Battery Equivalent Circuit Models for State of Charge Estimation by an Experimental Approach. Energies 2011, 4, 582–598. https://doi.org/10.3390/en4040582.
[10] Baczyńska A., Niewiadomski W., Gonçalves A., Almeida P., Luís R. Li-NMC Batteries Model Evaluation with Experimental Data for Electric Vehicle Application. Batteries 2018, 4, 11. https://doi.org/10.3390/batteries4010011.
[11] Somakettarin N., Funaki T. Study on Factors for Accurate Open Circuit Voltage Characterizations in Mn-Type Li-Ion Batteries. Batteries 2017, 3, 8. https://doi.org/10.3390/batteries3010008.
[12] Cipin R., Toman M., Prochazka P., Pazdera I. Identification of Li-ion Battery Model Parameters. International Conference on Electrical Drives & Power Electronics (EDPE), The High Tatras, Slovakia, 24–26 September 2019, pp. 225–229. https://doi.org/10.1109/EDPE.2019.8883926.
[13] Nemes R., Ciornei S., Ruba M., Hedesiu H., Martis C. Modeling and simulation of first-order Li-Ion battery cell with experimental validation. International Conference on Modern Power Systems (MPS), Cluj-Napoca, Cluj, Romania, 21–23 May 2019, pp. 1–6. https://doi.org/10.1109/MPS.2019.8759769.
[14] Li Z., Shi X., Shi M., Wei C., Di F., Sun H. Investigation on the Impact of the HPPC Profile on the Battery ECM Parameters’ Offline Identification. Asia Energy and Electrical Engineering Symposium (AEEES), Chengdu, China, 28–31 May 2020, pp. 753–757. https://doi.org/10.1109/AEEES48850.2020.9121487.
[15] Deng S.D., Liu S.Y., Wang L., Xia L.L., Chen L. An improved second-order electrical equivalent modeling method for the online high power Li-ion battery state of charge estimation. IEEE 12th Energy Conversion Congress & Exposition—Asia (ECCE-Asia), Singapore, 24–27 May 2021, pp. 1725–1729. https://doi.org/10.1109/ECCE-Asia49820.2021.9479017.
[16] Parthasarathy C., Laaksonen H., Halagi P. Characterisation and Modelling Lithium Titanate Oxide Battery Cell by Equivalent Circuit Modelling Technique. IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies—Asia (ISGT Asia), Brisbane, Australia, 5–8 December 2021, pp. 1–5. https://doi.org/10.1109/ISGTAsia49270.2021.9715566.
[17] Navas S.J., Cabello González G.M., Pino F.J., Guerra J.J. Modelling Li-ion batteries using equivalent circuits for renewable energy applications. Energy Rep. 2023, 9, 4456– 4465. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.03.103.
[18] Wang J., Jia Y., Yang N., Lu Y., Shi M., Ren X., Lu D. Precise equivalent circuit model for Li-ion battery by experimental improvement and parameter optimization. J. Energy Storage 2022, 52, 104980. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104980.
[19] Haghjoo Y., Khaburi D.A. Modeling, simulation, and parameters identification of a lithium-ion battery used in electric vehicles. Iranian Conference on Renewable Energy & Distributed Generation (ICREDG), Mashhad, Iran, 23–24 February 2022, pp. 1–7. https://doi.org/10.1109/ICREDG54199.2022.9804546.
[20] Tang A., Gong P., Li J., Zhang K., Zhou Y., Zhang Z. A Stateof-Charge Estimation Method Based on Multi-Algorithm Fusion. World Electr. Veh. J. 2022, 13, 70. https://doi.org/10.3390/wevj13040070.
[21] Jarrraya I., Degaa L., Rizoug N., Chabchoub M.H., Trabelsi H. Comparison study between hybrid Nelder-Mead particle swarm optimization and open circuit voltage—Recursive least square for the battery parameters estimation. J. Energy Storage 2022, 50, 104424. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.104424.
[22] Castanho D., Guerreiro M., Silva L., Eckert J., Antonini Alves T., Tadano Y.d.S., Stevan S.L. Jr., Siqueira H.V., Corrêa F.C. Method for SoC Estimation in Lithium-Ion Batteries Based on Multiple Linear Regression and Particle Swarm Optimization. Energies 2022, 15, 6881. https://doi.org/10.3390/en15196881.
[23] Pizarro-Carmona V., Castano-Solís S., Cortés-Carmona M., Fraile-Ardanuy J., Jimenez-Bermejo G. GA-based approach to optimize an equivalent electric circuit model of a Li-ion batterypack. Expert Syst. Appl. 2021, 172, 114647. https://doi.org/10.1016/j.eswa.2021.114647.
[24] Wang C., Xu M., Zhang Q., Feng J., Jiang R., Wei Y., Liu Y. Parameters identification of Thevenin model for lithium-ion batteries using self-adaptive Particle Swarm Optimization Differential Evolution algorithm to estimate state of charge. J. Energy Storage 2021, 44, 103244. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103244.
[25] Shi J., Guo H., Chen D. Parameter identification method for lithium-ion batteries based on recursive least square with sliding window difference forgetting factor. J. Energy Storage 2021, 44, 103485. https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103485.
[26] Yang Z., Wang X. An improved parameter identification method considering multi-timescale characteristics of lithium-ion batteries. J. Energy Storage 2023, 59, 106462. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.106462.
[27] Białoń T., Niestrój R., Korski W. PSO-Based Identification of the Li-Ion Battery Cell Parameters. Energies 2023, 16, 3995. https://doi.org/10.3390/en16103995
[28] Baccouche I., Jemmali S., Manai B., Omar N., Amara N.E.B. Improved OCV Model of a Li-Ion NMC Battery for Online SOC Estimation Using the Extended Kalman Filter. Energies 2017, 10, 764. https://doi.org/10.3390/en10060764.
[29] Belt J.R. Battery Test Manual for Plug-In Hybrid Electric Vehicles, 2nd ed., U.S. Department of Energy Vehicle Technologies Program, USA, 2010. https://doi.org/10.2172/991910.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-1 , nr katalogowy 147128 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-1 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-10 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-11 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-12 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-1

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma