Порівняльний аналіз електричних моделей літій-іонних акумуляторних батарей електромобілів

Автор(и)

  • Олег Смирнов Харківський національний автомобільно-дорожній університет, 61002, Україна, м. Харків, вул. Ярослава Мудрого, 25. , Україна https://orcid.org/0000-0003-4881-9042
  • Анна Борисенко Харківський національний автомобільно-дорожній університет, 61002, Україна, м. Харків, вул. Ярослава Мудрого, 25, Україна https://orcid.org/0000-0001-5992-8274

DOI:

https://doi.org/10.30977/VEIT.2023.24.0.5

Ключові слова:

електромобіль, літій-іонна акумуляторна батарея, електрична модель, ефективність, стан заряду, система накопичення енергії, деградація

Анотація

Стаття присвячена проблемі підвищення екологічності та енергоефективності транспортних засобів за рахунок проведення порівняльного аналізу електричних моделей літій-іонних акумуляторних батарей електромобілів. У дослідженні проведений аналіз відомих електричних моделей літій-іонних акумуляторних батарей: модель Rint, модель RC, модель Thevenin, моделі PNGV. Досліджені моделі деградації акумуляторних батарей за зменшенням ємності та зростанням активного опору. Обґрунтовані напрями удосконалення електричних моделей літій-іонних акумуляторних батарей електромобілів шляхом врахування зміни величин ємності, внутрішнього опору та опору поляризації, календарної та циклічної деградації.

Біографії авторів

Олег Смирнов, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, 61002, Україна, м. Харків, вул. Ярослава Мудрого, 25.

д.т.н., професор кафедри автомобільної електроніки

Анна Борисенко, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, 61002, Україна, м. Харків, вул. Ярослава Мудрого, 25

к.т.н., доцент, доцент кафедри автомобільної електроніки

Посилання

Hill, G., Heidrich, O., Creutzig, F., & Blythe, P. (2019). The role of electric vehicles in near-term mitigation pathways and achieving the UK’s carbon budget. Applied Energy, 251, 113111. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.04.107

Linn, J., & McConnell, V. (2019). Interactions between federal and state policies for reducing vehicle emissions. Energy Policy, 126, 507–517. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2018.10.052

Dhar, S., Pathak, M., & Shukla, P. R. (2017). Electric vehicles and India's low carbon passenger transport: a long-term co-benefits assessment. Journal of Cleaner Production, 146, 139–148. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.05.111

Hao, H., Geng, Y., & Sarkis, J. (2016). Carbon footprint of global passenger cars: Scenarios through 2050. Energy, 101, 121–131. https://doi.org/10.1016/j.energy.2016.01.089

Lu, L., Han, X., Li, J., Hua, J., & Ouyang, M. (2013). A review on the key issues for lithium-ion battery management in electric vehicles. Journal of Power Sources, 226, 272–288. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.10.060

Eldeeb, H. H., Elsayed, A. T., Lashway, C. R., & Mohammed, O. (2019). Hybrid Energy Storage Sizing and Power Splitting Optimization for Plug-In Electric Vehicles. IEEE Transactions on Industry Applications, 55(3), 2252–2262. https://doi.org/10.1109/tia.2019.2898839

Farhadi, M., & Mohammed, O. (2016). Energy Storage Technologies for High-Power Applications. IEEE Transactions on Industry Applications, 52(3), 1953–1961. https://doi.org/10.1109/tia.2015.2511096

Bongartz, L., Shammugam, S., Gervais, E., & Schlegl, T. (2021). Multidimensional criticality assessment of metal requirements for lithium-ion batteries in electric vehicles and stationary storage applications in Germany by 2050. Journal of Cleaner Production, 292, 126056. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.126056

Urquizo, J., & Singh, P. (2023). A review of health estimation methods for Lithium-ion batteries in Electric Vehicles and their relevance for Battery Energy Storage Systems. Journal of Energy Storage, 73, 109194. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.109194

Khan, F. M. N. U., Rasul, M. G., Sayem, A. S. M., & Mandal, N. (2023). Maximizing energy density of lithium-ion batteries for electric vehicles: A critical review. Energy Reports, 9, 11–21. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.08.069

Hytowitz, A. N. (2023). Review of using the Dyop optotype for acuity and refractions per the article: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1888429622000656. Journal of Optometry. https://doi.org/10.1016/j.optom.2022.12.002

Selvaraj, V., & Vairavasundaram, I. (2023). A comprehensive review of state of charge estimation in lithium-ion batteries used in electric vehicles. Journal of Energy Storage, 72, 108777. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.108777

Rauf, H., Khalid, M., & Arshad, N. (2023). A novel smart feature selection strategy of lithium-ion battery degradation modelling for electric vehicles based on modern machine learning algorithms. Journal of Energy Storage, 68, 107577. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.107577

Wassiliadis, N., Kriegler, J., Gamra, K. A., & Lienkamp, M. (2023). Model-based health-aware fast charging to mitigate the risk of lithium plating and prolong the cycle life of lithium-ion batteries in electric vehicles. Journal of Power Sources, 561, 232586. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2022.232586

Ando, K., Matsuda, T., & Imamura, D. (2018). Degradation diagnosis of lithium-ion batteries with a LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 and LiMn2O4 blended cathode using dV/dQ curve analysis. Journal of Power Sources, 390, 278–285. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.04.043

Lewerenz, M., Münnix, J., Schmalstieg, J., Käbitz, S., Knips, M., & Sauer, D. U. (2017). Systematic aging of commercial LiFePO4 |Graphite cylindrical cells including a theory explaining rise of capacity during aging. Journal of Power Sources, 345, 254–263. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2017.01.133

Li, P., Zhang, Z., Xiong, Q., Ding, B., Hou, J., Luo, D., Rong, Y., & Li, S. (2020b). State-of-health estimation and remaining useful life prediction for the lithium-ion battery based on a variant long short term memory neural network. Journal of Power Sources, 459, 228069. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228069

Hossain, E., Murtaugh, D., Mody, J., Faruque, H. M. R., Haque Sunny, M. S., & Mohammad, N. (2019). A Comprehensive Review on Second-Life Batteries: Current State, Manufacturing Considerations, Applications, Impacts, Barriers & Potential Solutions, Business Strategies, and Policies. IEEE Access, 7, 73215–73252. https://doi.org/10.1109/access.2019.2917859

He, H., Xiong, R., & Fan, J. (2011). Evaluation of Lithium-Ion Battery Equivalent Circuit Models for State of Charge Estimation by an Experimental Approach. Energies, 4(4), 582–598. https://doi.org/10.3390/en4040582

Avadikyan, A., & Larrue, P. (2003). The Partnership for a New Generation of Vehicles and the US DoE Transportation Fuel Cells Programme. У The Economic Dynamics of Fuel Cell Technologies (с. 133–158). Springer Berlin Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-540-24822-4_6

Electrically propelled road vehicles —Test specification for lithium-ion traction battery packs and systems — Part 4: Performance testing (ISO 12405-4:2018). (2018). https://www.iso.org/standard/55854.html

da Silva, S. F., Eckert, J. J., Corrêa, F. C., Silva, F. L., Silva, L. C. A., & Dedini, F. G. (2022b). Dual HESS electric vehicle powertrain design and fuzzy control based on multi-objective optimization to increase driving range and battery life cycle. Applied Energy, 324, 119723. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2022.119723

On the Ageing of High Energy Lithium-Ion Batteries—Comprehensive Electrochemical Diffusivity Studies of Harvested Nickel Manganese Cobalt Electrodes. (2018). Materials, 11(2), 176. https://doi.org/10.3390/ma11020176

Jiang, J., & Zhang, C. (2015). Fundamentals and Applications of Lithium-Ion Batteries in Electric Drive Vehicles. Wiley & Sons, Limited, John.

Assunção, A., Moura, P. S., & de Almeida, A. T. (2016). Technical and economic assessment of the secondary use of repurposed electric vehicle batteries in the residential sector to support solar energy. Applied Energy, 181, 120–131. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.08.056

Adnan Khan, M. S., Kadir, K. M., Mahmood, K. S., Ibne Alam, M. I., Kamal, A., & Al Bashir, M. M. (2019). Technical investigation on V2G, S2V, and V2I for next generation smart city planning. Journal of Electronic Science and Technology, 17(4), 100010. https://doi.org/10.1016/j.jnlest.2020.100010

İnci, M., Savrun, M. M., & Çelik, Ö. (2022). Integrating electric vehicles as virtual power plants: A comprehensive review on vehicle-to-grid (V2G) concepts, interface topologies, marketing and future prospects. Journal of Energy Storage, 55, 105579. https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105579

Borge-Diez, D., Icaza, D., Açıkkalp, E., & Amaris, H. (2021b). Combined vehicle to building (V2B) and vehicle to home (V2H) strategy to increase electric vehicle market share. Energy, 237, 121608. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.121608

Uddin, K., Jackson, T., Widanage, W. D., Chouchelamane, G., Jennings, P. A., & Marco, J. (2017). On the possibility of extending the lifetime of lithium-ion batteries through optimal V2G facilitated by an integrated vehicle and smart-grid system. Energy, 133, 710–722. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.04.116

Timilsina, L., Badr, P. R., Hoang, P. H., Ozkan, G., Papari, B., & Edrington, C. S. (2023). Battery Degradation in Electric and Hybrid Electric Vehicles: A Survey Study. IEEE Access, 1. https://doi.org/10.1109/access.2023.3271287

Meng, J., Cai, L., Stroe, D.-I., Luo, G., Sui, X., & Teodorescu, R. (2019). Lithium-ion battery state-of-health estimation in electric vehicle using optimized partial charging voltage profiles. Energy, 185, 1054–1062. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.07.127

Jin, X. (2022). Aging-Aware optimal charging strategy for lithium-ion batteries: Considering aging status and electro-thermal-aging dynamics. Electrochimica Acta, 407, 139651. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2021.139651

Saldana, G., Martin, J. I. S., Zamora, I., Asensio, F. J., Onederra, O., & Gonzalez, M. (2020). Empirical Electrical and Degradation Model for Electric Vehicle Batteries. IEEE Access, 8, 155576–155589. https://doi.org/10.1109/access.2020.3019477

Wang, D., Coignard, J., Zeng, T., Zhang, C., & Saxena, S. (2016). Quantifying electric vehicle battery degradation from driving vs. vehicle-to-grid services. Journal of Power Sources, 332, 193–203. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2016.09.116

Ng, K. S., Moo, C.-S., Chen, Y.-P., & Hsieh, Y.-C. (2009). Enhanced coulomb counting method for estimating state-of-charge and state-of-health of lithium-ion batteries. Applied Energy, 86(9), 1506–1511. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2008.11.021

Uddin, K., Dubarry, M., & Glick, M. B. (2018). The viability of vehicle-to-grid operations from a battery technology and policy perspective. Energy Policy, 113, 342–347. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2017.11.015

EV Battery Health: What 6,000 EV Batteries Tell Us | Geotab. (2020). Geotab. https://www.geotab.com/blog/ev-battery-health/

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-25

Як цитувати

Смирнов, О., & Борисенко, А. (2023). Порівняльний аналіз електричних моделей літій-іонних акумуляторних батарей електромобілів. Автомобіль і електроніка. Сучасні технології, (24), 50–61. https://doi.org/10.30977/VEIT.2023.24.0.5

Номер

Розділ

ШЛЯХИ ПОКРАЩЕННЯ ЕКОНОМІЧНИХ І ЕКОЛОГІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ АВТОТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ. ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧІ ТЕХНОЛОГІЇ