Оценка температуры электрохимической среды литий-ионного аккумулятора на основе внешних датчиков

Abstract

Актуальность. В настоящее время глобальное потепление представляет собой одну из наиболее актуальных экологических проблем, требующих незамедлительных решений. Одним из ключевых направлений снижения антропогенного воздействия на климат является переход к возобновляемым источникам энергии. Однако их непостоянный характер (зависимость от солнца, ветра и других факторов) требует применения эффективных систем накопления энергии. Кроме того, при освоении природных ресурсов возникает необходимость использования в критических ситуациях систем накопления энергии в качестве дополнительного источника электрической энергии. В этом контексте литий-ионные аккумуляторы приобрели особую значимость как эффективные накопители энергии благодаря ряду своих преимуществ. Однако широкое внедрение литий-ионных аккумуляторов сдерживается серьезной проблемой безопасности при возникновении теплового разгона. В связи с этим мониторинг теплового состояния литий-ионного аккумулятора играет ключевую роль в обеспечении безопасности его эксплуатации, а также повышения срока службы. Цель данного исследования заключается в разработке алгоритма оценки температуры электрохимической среды внутри литий-ионного аккумулятора на основе внешних датчиков, размещенных на его поверхности. Методы. Для достижения поставленной цели использовались экспериментальные данные, а также применялись математические и численные методы для расчета характеристик. Результаты и выводы. Показано, что в режиме заряда максимальная абсолютная погрешность оценки не превышает 0,85 °С, а в режиме разряда - 3,1 °С. Полученные данные свидетельствуют о том, что предложенный алгоритм обеспечивает достаточно высокую точность оценки внутренней температуры литий-ионного аккумулятора на основе измерений поверхностной температуры и напряжения аккумулятора

Relevance. Currently, global warming represents one of the most pressing environmental challenges, requiring immediate action. One of the key strategies for mitigating anthropogenic impact on the climate is the transition to renewable energy sources. However, their intermittent nature (dependence on sunlight, wind, and other factors) necessitates the use of efficient energy storage systems. Moreover, in resource exploitation, energy storage systems may be required as an auxiliary source of electrical energy in critical situations. In this context, lithium-ion batteries have gained particular importance as efficient energy storage devices due to a number of inherent advantages. However, the widespread deployment of lithium-ion batteries is hindered by a critical safety issue - thermal runaway. Therefore, thermal state monitoring of lithium-ion batteries plays a crucial role in ensuring safe operation and extending service life. Aim. To develop an algorithm for estimating the internal electrochemical temperature of lithium-ion batteries based on external sensors mounted on the battery surface. Methods. The experimental data were collected and analyzed using mathematical and numerical methods for parameter calculation. Results and conclusions. The study demonstrates that during charging, the maximum absolute estimation error does not exceed 0.85°C, while during discharging it remains below 3.1°C. The obtained results indicate that the proposed algorithm provides sufficiently accurate estimation of internal lithium-ion battery temperature based on surface temperature and voltage measurements