Charakterystyki eksploatacyjne wybranego pakietu bateryjnego dla zdefiniowanych cykli pracy jachtu napędzanego energią elektryczną Operating characteristics of selected battery for defined work cycles of electrically powered yacht

Pełen tekst

(1)PRACE NAUKOWE POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ z. 115. Transport. 2017. Marcin Koniak, Andrzej Czerepicki, Piotr Tomczuk ^ V(. ./ Milper Propeller Technologies Inc.. CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE WYBRANEGO PAKIETU BATERYJNEGO DLA ZDEFINIOWANYCH CYKLI PRACY JACHTU ),;28)101)14A 171438)A , , marzec 2016. Streszczenie: w artykule opisany jest sposób wyznaczania charakterystyk pracy akumulatora w projek ¡'

(2)

(3) X0 V 6,+ 3&'98-[

(4) tawie jego [4 V _

(5) V .

(6)

(7)

(8) V[& ] pracy pojazdu, podzielono je na: pomiary przeprowadzane na rzeczywistych pojazdach, symulacje oparte na modelach fizycznych, symulacje ko

(9)

(10)

(11)

(12) |_^ ^ pozycja GPS i z 0 . 0 ^

(13) . 0

(14) X

(15) V

(16) [" V ] jekcie REP-SAIL stworzone na podstawie prognozowanych danych dla eksploatacji jachtu w trzech przypadkach: cumowania, rejsu z wykorzystaniem

(17) [ "

(18) = ^ ^

(19) . 1. #;, ( .

(20) iejszych czasach

(21)

(22) ^ 0

(23)

(24) = V

(25) [ V ] _ 0 V<`q] wych nabywanych sam 0 0 [1]. O sile tego zjawiska 0 ^ V

(26) . %$] 0

(27)

(28) %<$ [#

(29)

(30) .

(31) 94. Marcin Koniak, Andrzej Czerepicki, Piotr Tomczuk, ?¿ À. technologii jest c

(32) 0[ {

(33)

(34)

(35)

(36)

(37)

(38) 0 [(V V

(39) . 0 tematyki mo 0V

(40)

(41) [ '

(42) 0 [4

(43) _

(44) [2]: izyczne [3], lektryczne [3], lektrochemiczne [4], tochastyczne [5], nalityczne [6], mpiryczne [7], [8]. 4 . 0 _ do modeli empirycznych. / jest oparcie wyników symulacji pracy na charakterystykach eksploatacyjnych zebranych z ogniw zgodnie z opracowanym programem =[ \ V 0 modelowania akumulatora na podstawie danych eksploatacyjnych pojedynczego ogniwa pozyskanych po [ 4 V zebranie rzeczywistych pomiarów V ] = V ] latora. W V

(45)

(46) parametry procesu: tempera^i energia V; V^ ^

(47) [9]. ? V

(48) ¡'

(49)

(50) ] X0 V 6,+3&'98-[. 2. METODA WYZNACZANIA CHARAKTERYSTYK PRACY AKUMULATORÓW TRAKCYJNYCH /

(51) V

(52)

(53) 0 [2]. / V

(54) V

(55) V_

(56) [ wadzenia ^0 _ ysoko wyspecjalizowanych testów laboratoryjnych. & V^ ]

(57) 0

(58)

(59) 0

(60) ^0 VV ] [['

(61) V

(62)

(63) V - azowo-fosforanowe. "V

(64) ^0]

(65) _ 0 ] =[ eg pracy zasobnika tworzony jest na

(66) [ V

(67) 0

(68) V %[.

(69) K 0V V

(70) …. 95. 250. 50 -50 -150. 09:32:20 09:32:28 09:32:37 09:32:44 09:32:52 09:33:00 09:33:08 09:33:16 09:33:25 09:33:33 09:33:41 09:33:49 09:33:57 09:34:05 09:34:13 09:34:21 09:34:29 09:34:37 09:34:45 09:34:53 09:35:01 09:35:09 09:35:17 09:35:25 09:35:33 09:35:41 09:35:49 09:35:57 09:36:05 09:36:13 09:36:21 09:36:29 09:36:38 09:36:46. # & BCF. 150. -250 -350. . ,[%[ V a opracowany na podstawie zarejestrowanych parametrów ruchu pojazdu.

(71)

(72) ] bieg dobrany z rodziny charakterystyk, 0 V X_:, przedstawianym wybrane wyniki dla ogniwa typu litowo-polimerowego[{

(73)

(74) 0 [ \ V ]

(75)

(76) ]

(77) ce na rzeczywistych danych pomiarowych. Algorytm postepowania jest przedstawiony na rysunku 3. 4 V _

(78) V .

(79)

(80)

(81) V [10][4] _ V wynika.

(82) V

(83) [

(84) ] chy charakterystyczne jak:

(85) _ V; V^ rzeczyw ^ ^

(86) 0 =

(87)

(88) _

(89) V V

(90) bateryjnego. Na potrzeby prezentowanej metody wyznaczania charakterystyk eksploatacyjnych ogniw V =^ 0 [( VV^

(91) V0 V

(92) | przeprowadza 0 0^ 0

(93) _

(94) V ^ 0 ^.

(95) ^ przeprowadzenie wszystkich pomiarów w identycznych warunkach z rejestracja tych 0 [.

(96) 96. Marcin Koniak, Andrzej Czerepicki, Piotr Tomczuk, ?¿ À. Rys. 2[" _

(97) litowo-polimerowego V

(98) , charakterystyka pozyskana pomiarowo w ramach programu REP-SAIL. K _

(99) | znacznik czasowy, temperatura ogniwa, ^ V; ^ [. Rys. 3. Uproszczony schemat blokowy algorytmu tworzenia charakterystyki pracy ogniwa na podstawie zadanego profilu .

(100) K 0V V

(101) …. 97. 3. 5414330 A91)++704 TRAKCYJNEGO {

(102) 0 V ] cjach konieczne

(103) 0 =^0 [']

(104) 0 ^ | 1. [

(105) ] V['

(106)

(107)

(108) V

(109) ^ _

(110) [ 2. 3

(111)

(112)

(113) ] nych [11]. W tym przypadku wyniki

(114)

(115)

(116) [ Otrzymane _ ^

(117) .

(118) [ 3. 3

(119)

(120) [ V _

(121) V

(122) 0

(123) [(0]

(124)

(125) _ enariuszy w których rzeczy [ 0_ ]

(126) [ 4. 0 ]

(127) X

(128) V

(129) [ 4

(130) V^ V

(131) ] wych do przewidzenia scenariuszy pracy. /

(132)

(133) : < _ ] wane wyniki pomia0

(134) 0 [)

(135)

(136) 0

(137) [ ] 0 _ ze zestandaryzowanymi V|New European Driving Cycle(NEDC); Artemis: miejski, wiejski czy (-75. Na 0 V . ~ Internationale des Transports Publics testy o nazwie SORT [12]^0 V ] cia paliwa. Jednak 0 _ 0= ] torów w tego typu pojazdach elektrycznych.. 4. WYBRANE WYNIKI SYMULACJI 3

(138)

(139) 0V]

(140) [] jekcie REP-3&'9

(141) V czwarty sposób, ] V [ V V`$0

(142) .

(143) ^ 0 _ ^

(144) .

(145) 98. Marcin Koniak, Andrzej Czerepicki, Piotr Tomczuk, ?¿ À. 45,0. 0,0. 40,0. -5,0. 35,0 -10,0. 30,0 25,0. -15,0. 20,0. -20,0. 15,0. -25,0. 10,0. # &#* BCF. H( $ BJF. ^

(146) ^V^

(147) [/ ] X0V

(148)

(149) 0

(150) V= - panele fotowoltaiczne, woda – hydroturbiny, wiatr – niewielka turbina wiatrowa. Przy tworzeniu V

(151) ^

(152) V_

(153) la akumulatora przypadków, w których to z niego brana jest V [ 3

(154) V 0 V

(155) ] ^0

(156) V

(157) z opracowanym programem =| itowo-jonowa: Panasonic NCR 18650B, itowo-jonowa: Samsung INR 18650-20R, itowo-jonowa: A123 ANR 26650, itowo-polimerowa: REDOX battery.

(158) -polimerowego. V V ] [#

(159)

(160) V wody- ^

(161) V V:^`[ %: poV

(162) | ^ ^

(163) [. -30,0. 5,0 0,0 0. 2000. 4000. 6000. 8000. 10000. 12000. 14000. 16000. -35,0 18000. B3 F H( $ BJF. # &#* BCF. Rys. 4.

(164) w funkcji czasu dla cumowa X0V . Drugim ana V

(165) [(

(166) ] V V

(167)

(168) [(

(169)

(170) V 6 8] nad 6 kWh, na

(171) <^`[ %:V

(172) ] |^

(173) [.

(174) 99. 45,0. 0,0. 40,0. -5,0. 35,0. -10,0. 30,0. -15,0. 25,0 -20,0 20,0 -25,0. 15,0 10,0. -30,0. 5,0. -35,0. 0,0 0. 2000. 4000. 6000. 8000. 10000. 12000. 14000. 16000. # &#* BCF. H( $ BJF. K 0V V

(175) …. -40,0 18000. B3 F H( $ BJF. # &#* BCF. Rys. 5.

(176)

(177) rejsu . ( ^

(178)

(179) ^V

(180) V [#

(181)

(182) V

(183) h ^V:[" V0 V

(184) ^ V _ V .

(185) ] [/ %:V

(186) [ 120,0. 40,0 100,0. 35,0 30,0. 80,0. 25,0. 60,0. 20,0. 40,0. 15,0 10,0. 20,0. 5,0 0,0 0. 2000. 4000. 6000. 8000. 10000. 12000. 14000. 16000. 0,0 18000. B3 F H( $ BJF. # &#* BCF. Rys. 6.

(187) w funkcji czasu dla rejsu. V . # &#* BCF. H( $ BJF. 45,0.

(188) 100. Marcin Koniak, Andrzej Czerepicki, Piotr Tomczuk, ?¿ À. 5. PODSUMOWANIE

(189)

(190) ] 0

(191) [ 4

(192) 0

(193) ] wersalne =[/ _ 0 ] 0

(194) 0

(195) [ " 0V0

(196)

(197) _ 0

(198) ] lacje pracy ogniw i 0

(199) V V V0

(200) [

(201)

(202) . # ) ?=,

(203) ERA – NET TRANSPORT.. Bibliografia 1. Randall T: Here’s How Electric Cars Will Cause the Next Oil Crisis, “Bloomberg.com” 25.02.2016 u|% :$%], http://www.bloomberg.com/features/2016-ev-oil-crisis. 2. Jongerden M. R., Haverkort B. R., Which battery model to use?, in IET Software, vol. 3, no. 6, pp. 445457, December 2009. 3. Fizyczne Doyle M., Fuller T. F., Newman j., “Modeling of galvanostatic charge and discharge of the lithium/polymer/insertion cell,” Journal of the Electrochemical Society, vol. 140, no. 6, pp. 1526 – 1533, 1993. 4. Elektryczne Hageman S. C., “Simple PSpice models let you simulate common battery types,” Electronic Design News, vol. 38, 1993, pp. 117 – 129. 5. Elektrochemiczne Muralidharan V.S.^ Ä ^&-Corrosion Methods and Materials, Vol. 44 Iss: 1, 1997, pp.26 – 29. 6. Stochastyczne Rao V., Singhal G., Kumar A., Navet N., “Battery model for embedded systems,” in Proceedings of the 18th International Conference on VLSI Design held jointly with 4th International Conference on Embedded Systems Design (VLSID’05). Washington, DC, USA: IEEE Computer Society, 2005, pp. 105–110. 7. Analityczne Rakhmatov D., Vrudhula S., Wallach D. A., “Battery lifetime predictions for energy-aware computing,” in Proceedings of the 2002 International Symposium on Low Power Electronics and Design (ISLPED ’02), 2002, pp. 154–159. 8. Empiryczne Samadani E., Farhad S., Scott W., Mastali M., Gimenez L. E., Fowler M., Fraser R. A., Empirical Modeling of Lithium-ion Batteries Based on Electrochemical Impedance Spectroscopy Tests. Electrochimica Acta, 169-177. 9. Koniak M., Tomczuk P., Czerepicki A., Jaskowski P.: !

(204) =

(205) , w: Logistyka: czasopismo dla profesjonalistów , Instytut Logistyki i Magazynowania, nr 4, 2015, ss. 475 - 480 10. Dubarry M., Vuillaume N., Liaw B.Y.. From single cell model to battery pack simulation for Li-ion batteries. Journal of Power Sources, 186, 500–507 (2009). 11. ! V4[^( ![^3. /[|4 cal parameters of electric- ^ + 6+ , 8^%$;:$%%^[:xx-304. 12. UITP. (2004). SORT ñ Standardise On-Road Test Cycles. UITP ñ International Association of Public Transport. Brussels 2004. www.uitp.com.

(206) K 0V V

(207) …. 101. OPERATING CHARACTERISTICS OF SELECTED BATTERY FOR DEFINED WORK CYCLES OF ELECTRICALLY POWERED YACHT Summary: article describes a way to calculate operating characteristics of battery in „Innovative yacht with a hybrid drive powered by renewable energy sources (REP SAIL)” project. In proposed solution the work course of battery is plotted based on operating current. The method assumes possibility of work simulation of whole package by graduation of simulation result of one cell that battery is composed of. The authors present ways of acquiring workload characteristics of battery during work cycle of vehicle, divided into: measurements run on actual vehicles, simulations based on physical models, simulations using actual ride data of other type vehicle such as: velocity, acceleration, GPS coordinates and juxtaposed with them average values for also acquired with measurements data concerning relationship between battery workload and work conditions, simulations based on prognosis of demand with help of summing total power of receivers used in the vehicle in function of time and assumed operating characteristic of the drive. Article presents exemplary operating characteristics of battery in REP-SAIL project developed based on projected data for yacht usage in three cases: moorage, cruise using the engine and cruise using sails. Keywords: electric drive, battery, computer simulation.

(208)