Ανάλυση Συσσωρευτών Τεχνολογίας Λιθίου για Εφαρμογές Ηλεκτροκίνησης

Abstract

Στην παρούσα εργασία μελετώνται οι συσσωρευτές τεχνολογίας ιόντων λιθίου μέσω δεδομένων και πειραματικών αποτελεσμάτων που διατίθενται στη βιβλιογραφία καθώς και προσομοιώσεων για συγκεκριμένους συσσωρευτές που υλοποιήθηκαν σε περιβάλλον Matlab/Simulink και επιβεβαιώθηκαν πειραματικά στο Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος του ΕΜΠ.

Αρχικά, παρουσιάζεται επισκόπηση των συσσωρευτών και σχετικών διαδικασιών φόρτισης που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ηλεκτροκίνησης. Στη συνέχεια περιγράφονται οι διαμορφώσεις και αρχές λειτουργίας των συσσωρευτών διαφόρων χημικών διεργασιών και απαριθμούνται τα κύρια λειτουργικά χαρακτηριστικά τους. Ακολουθεί η σύγκριση των βασικών εναλλακτικών τύπων συσσωρευτών που έχουν χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές ηλεκτροκίνησης και καταγράφονται τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας ιόντων λιθίου, η οποία έχει επικρατήσει στα εμπορικά ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Σε ένα επόμενο βήμα εξετάζονται λεπτομερέστερα οι συσσωρευτές ιόντων λιθίου, τα διαφορετικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην κάθοδο και άνοδο, τα είδη κελιών και οι παράγοντες που επηρεάζουν τη διάρκεια ζωής τους.

Στη συνέχεια, αναλύονται τα φαινόμενα γήρανσης των συσσωρευτών ιόντων λιθίου και περιγράφονται μοντέλα πιθανοτήτων που προβλέπουν την κατάσταση υγείας τους. Μετά από σύντομη επισκόπηση των συστημάτων διαχείρησης συσσωρευτών παρουσιάζεται το σύστημα που υιοθετήθηκε από την ερευνητική ομάδα «Προμηθέας» του Εθνικού Μετσοβίου Πολυτεχνείου για τη διαχείριση του συσσωρευτή του ιδιοκατασκευασμένου πρότυπου οχήματος.

Επιπλέον, παρουσιάζονται οι τεχνολογίες φόρτισης που έχουν αναπτυχθεί για τα εμπορικά ηλεκτρικά οχήματα και περιγράφονται τα συστήματα φόρτισης ενός αμιγώς ηλεκτρικού και ενός υβριδικού οχήματος φορτιζoμένου από φορτιστή (plug-in hybrid electric vehicle - PHEV).

Τέλος, περιγράφονται μοντέλα που αναπτύχθηκαν σε περιβάλλον Matlab/Simulink για την ανάλυση φόρτισης/εκφόρτισης των συσσωρευτών του οχήματος «Πυρφόρος ΙΙΙ» που κατασκεύασε η προαναφερθείσα ερευνητική ομάδα «Προμηθέας» και επιβεβαιώθηκαν μέσω πειραματικών αποτελεσμάτων.