Методы вычисления состояния заряда ванадиевых проточных аккумуляторов: анализ взаимосвязей

Автор(ы): Парсегов С.Э., Пугач М.А., Ерофеева В.А.

Выпуск: 108

Рубрика: Анализ и синтез систем управления

Год: 2024

Библиография: Парсегов С.Э., Пугач М.А., Ерофеева В.А. Методы вычисления состояния заряда ванадиевых проточных аккумуляторов: анализ взаимосвязей // Управление большими системами. Выпуск 108. М.: ИПУ РАН, 2024. С.78-97. DOI: https://doi.org/10.25728/ubs.2024.108.5

Дата опубликования: 31.03.2024

Ключевые слова: аккумуляторные батареи, вычисление состояния заряда, ванадиевые проточные аккумуляторы

Аннотация: Ожидается, что в будущем системы накопления энергии будут играть ключевую роль в переходе к энергосистемам с низким уровнем выбросов углекислого газа. Увеличение темпов внедрения возобновляемых источников энергии требует интеграции аккумуляторов, обеспечивающих устойчивость и безопасность энергосистемы и сглаживающих нестабильное поведение возобновляемых источников энергии. Важна также эффективная эксплуатация самих батарей: она продлевает срок их службы, снижая эксплуатационные расходы. Одной из ключевых задач, помогающих управлять аккумуляторными батареями, является мониторинг состояния заряда. В статье проводится анализ существующих явных методов расчета состояния ванадиевых проточных аккумуляторов: метода на основе напряжений холостого хода и метода кулоновского счетчика. Исследуются взаимосвязь между ними и возможность их совместного использования для достижения более надежного и точного отслеживания состояния заряда. В отличие от существующих работ мы получаем аналитическое выражение для общего состояния заряда, учитывающее оба основных компонента батареи, а именно ее стек и резервуары. Анализ их вклада позволяет выявить некоторые недостатки существующих подходов, широко используемых для расчета и мониторинга состояния заряда проточных аккумуляторов.

Author(s): Parsegov S., Pugach M., Erofeeva V.

Article title: Methods for calculating the state of charge of vanadium redox flow batteries: an analysis of the relationships

Issue: 108

Year: 2024

Keywords: battery energy storages, state of charge calculation, vanadium redox flow batteries

Abstract: In the future, energy storage systems are expected to play a key role in the transition to low-carbon energy systems. Increasing renewable energy deployment rates require the integration of batteries that ensure the stability and security of the power system and mitigate the unstable behavior of renewables. Efficient operation of the batteries themselves is also important: it extends their life, reducing operating costs. Monitoring of the state of charge is one of the key tasks to help battery operation. This paper studies the existing explicit methods for calculation of the state of charge of vanadium flow batteries: the open-circuit voltage-based method and the Coulomb counter method. The relationship between them and the possibility of using them together to achieve more reliable and accurate charge state monitoring is investigated. In contrast to existing works, we derive an analytical expression for the overall state of charge that takes into account both main components of the battery, namely its stack and tanks. Analyzing their contributions reveals some shortcomings of existing approaches widely used to calculate and monitor the state of charge of flow batteries.