Универсальная имитационная модель деградации аккумуляторных батарей с оптимизацией параметров по генетическому алгоритму

Abstract

Моделирование аккумуляторных батарей необходимо для управления режимом их работы и диагностики состояния. Важное значение имеет моделирование жизненного цикла – деградации базовых параметров в течение длительного срока эксплуатации. Это обусловлено тем, что стоимость буферизации электроэнергии аккумуляторными батареями связана с их ресурсом циклирования, который можно увеличить, оптимизировав режим работы накопителя в энергетической системе. Для существующих моделей деградации аккумуляторов характерны специфичность, ограниченность работы по стандартизированным циклам зарядки-разрядки, математическая громоздкость. В статье предложен универсальный подход, лишенный вышеуказанных недостатков. Используется концепция непрерывного износа батареи в течение срока эксплуатации. Представлена простая эмпирическая модель, не рассматривающая детально характеристики состояния аккумуляторных батарей на протяжении отдельного цикла зарядки-разрядки, не включающая вольтаические переменные. Модель рассматривает интенсивность текущего износа аккумуляторной батареи как функцию состояния заряда батареи, температуры, силы тока внешней цепи и тока саморазряда, полного заряда, протекшего через батарею с начала ее эксплуатации. При этом величина износа (деградации) определяется интегралом функции интенсивности текущего износа по времени эксплуатации батареи. Для оптимизации параметров модели используется метод случайного поиска в сочетании с генетическим алгоритмом отбора. Построена соответствующая модель деградации параметров для свинцово-кислотной аккумуляторной батареи Delta GEL-12-55, где использованы данные о деградации емкости, приведенные в техническом описании от производителя. Показаны работоспособность алгоритма оптимизации параметров и адекватность полученной модели. Разработанная модель может использоваться для технико-экономических расчетов систем генератор – накопитель – потребитель, гибридных систем накопления электроэнергии, компактного представления больших объемов экспериментальных данных о деградации конкретных аккумуляторов. Ключевые слова: электрохимический аккумулятор, деградация аккумуляторных батарей, жизненный цикл аккумуляторов, ресурс аккумулятора, моделирование аккумуляторных батарей, генетический алгоритм, непрерывный износ аккумулятора.