معرفی روشی نوین برای مدیریت باتری های لیتیمی در فرآیندهای شارژ -دشارژ سریع به کمک کنترل پیش بین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 قوای محرکه، دانشکده مکانیک، دانشگاه خواجه‌نصیرالدین‌طوسی، تهران، ایران

2 گروه خودرو، دانشکده مکانیک، دانشگاه خواجه‌نصیرالدین‌طوسی، تهران، ایران

3 گروه سیستم های انرژی، دانشکده مکانیک، دانشگاه خواجه‌نصیرالدین‌طوسی، تهران، ایران

چکیده

باتری های لیتیومی همواره باید از نظر حرارتی و الکتریکی نظارت شوند تا از مشکلات ایمنی همچون گریز حرارتی جلوگیری شود. اکثر روش های مدیریت حرارتی بر اساس طراحی سیستم خنک کاری مطلوب هستند. از سوی دیگر، به دلیل اینکه دمای سطح باتری با سنسور قابل اندازه گیری است، معیار مدیریت حرارتی دمای سطح سلول است. این در حالی است که دمای داخل باتری می‌تواند در شارژ و دشارژ سریع، بالاتر بوده و سیستم خنک کاری به تنهایی قادر به کنترل دما نباشد. در این مقاله تلاش شده است که مدیریت حرارتی باتری را با سیستم مدیریت الکتریکی باتری ادغام کرد و معیار مدیریت حرارتی، دمای داخل سلول قرار گیرد. برای دستیابی به این هدف، از کنترل پیش بین(MPC) برای کنترل جریان اعمالی یا کشیده شده از باتری استفاده شده است. نتایج تجربی و شبیه سازی نشان می‌دهد که استفاده از MPCو تخمینگرها‌ی غیر خطی‌ کالمن می‌تواند روشی هوشمند و نوین برای مدیریت همزمان متغیرهای الکتریکی و حرارتی سلول های لیتیومی باشد. همچنین انتظار می‌رود که در روش معرفی شده، با مدیریت دمای داخل سلول در فرآیندهای شارژ-دشارژ سریع، ایمنی و طول عمر سلول افزایش یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

A Novel Strategy to Manage Lithium-ion Cells in Fast Charge/discharge Operations with Model Predictive Control Approach

نویسندگان [English]

  • milad adl 1
  • Amir Taghavipour 2
  • Farshad Torabi 3
1 Department of Mechanical Engineering, K.N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Department of Mechanical Engineering, K.N. Toosi University of Technology,Tehran, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, K.N. Toosi University of Technology,Tehran, Iran
چکیده [English]

To prevent safety issues such as thermal runaway, lithium-ion batteries must be constantly monitored. Most thermal management methods are based on designing suitable cooling systems. Also, since the surface temperature is measurable through a sensor, it is considered the main criterion of thermal management. However, in extremely fast charge-discharge operations, the core temperature can be significantly higher than the surface temperature, so the cooling system may not be able to solely maintain the core temperature in the safe range. The objective of this paper is to combine electrical and thermal management and set the core temperature as the main criterion. To achieve that, model predictive control (MPC) is implemented to control the supplied or drawn current of the battery cell and Sigma point Kalman filter (SPKF) is used to estimate model states. The simulation and experimental results indicate that incorporating MPC and nonlinear Kalman filter Estimators can be a novel strategy to simultaneously manage electrical and thermal states. It is also expected that controlling the core temperature in fast charge-discharge operations, may increase the safety and lifetime of the cell.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Lithium-ion Batteries
  • Thermal management system
  • Electrical management system
  • Model predictive control
  • Nonlinear Kalman filter