Predstavitev
Ljudje
R&R teme
Projekti
Izobraževanje
Objave
Aplikacije
Partnerji
Prosta mesta
Video
Podatki

Follow us on Facebook LinkedIn Group

Napovedovanje stanja iztrošenosti elektrokemičnih energetskih sistemov

Vodja projekta:

dr. Pavle Boškoski

Trajanje:

1.3.2016 - 28.2.2019

Financiranje:

ARRS - Agencija za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije, L2-7663 (C), s sofinanciranjem INEA d.o.o.

Povzetek:

Elektrokemijski energijski sistem (EES) je skupen termin za naprave, ki shranjujejo (baterije) in pretvarjajo energijo (gorivne celice, elektrolizerji). EES so vseprisotni na področjih, kot so čista in učinkovita raba energije, električna prevozna sredstva, pametne hiše, in številna področja vsakodnevnega življenja. Mnogo raziskovalnega napora je bilo vloženega v razvoj novih materialov in procesov, z namenom doseganja višje kapacitete shranjevanja, povečane učinkovitosti pretvorbe, zanesljivosti in trajnosti EES. Kljub napredku procesi degradacije močno vplivajo na varnost uporabe EES in zmanjšujejo njihovo skupno učinkovitost.

Za zanesljivo uporabo EES je potrebno razviti natančne in računsko učinkovite metode za sprotno sprejemanje in napovedovanje stanja (angl. prognostics and health management - PHM). Takšne metode dajejo informacije o trenutnem stanju in hitrosti degradacije sistema. Na področju EES je za to uveljavljena terminologija stanje iztrošenosti (State-Of-Health – SOH) in preostala življenjska doba (Remaining Useful Life – RUL). Le-ti predstavljajo jedro t.i. sistemov PHM, ki skrbijo za zajem podatkov in izvajanje metod PHM. Sistemi PHM končnemu uporabniku ali sistemu vodenja priskrbijo potrebne informacije za sprejemanje ustreznih odločitev za omiljevanje vpliva degradacije. Cilj projekta PROG-EES je razvoj metod PHM za litijeve baterije in PEM gorivne celice. Kljub temu, da baterije in gorivne celice spadajo v dve različni skupini EES, sta si s stališča obdelave podatkov podobni in opravičuje skupno obravnavo znotraj istega projekta.

Dve glavni težavi omejujeta učinkovitost sodobnih sistemov PHM. Prva težava je uporaba suboptimalnih metod za obdelavo signalov in poenostavljenih modelov. Kljub obstoju natančnih elektrokemijskih modelov, je njihova uporaba za sprotni PHM omejena predvsem zaradi njihove kompleksnosti. Drugič, razpoložljiva strojna oprema je bodisi omejena ali pa namenjena izključno laboratorijski uporabi. V laboratorijskem okolju se postopki PHM izvajajo v namenskih diagnostičnih ciklih, ki vplivajo na normalno delovanje EES, kar je nesprejemljivo za naprave delujoče v realnem okolju.

Rešitev zgoraj navedenih pomanjkljivosti zahteva izboljšave v naslednjih segmentih:

  • Namenski stohastični vzbujalni signali z metodami za obdelavo signalov. Takšna kombinacija bo omogočila časovno učinkovito karakterizacijo EES tudi v nizkofrekvenčnem pasu. Ta informacija pa se neposredno navezuje na SOH.
  • Tehnike zlivanja informacij za pridobitev enotne ocene SOH. Zlivanje informacij z upoštevanjem nelinearnosti EES bo omogočilo zadostno robustnost postopka na spremembe delovne točke sistema.
  • Statističnih modeli degradacije. Inovativni statistični modeli degradacije bodo zasnovani na trenutno dostopnih elektrokemijskih modelih. Takšni statistični modeli bodo zagotovili poenostavljen, a vendar dovolj točen okvir za sprotno izvajanje PHM.
  • Strojna izvedba. Zasnova sistema PHM kot del močnostne pretvorniške stopnje bo omogočila preprosto implementacijo sprotnih metod PHM, pri čemer bo izločen vpliv izvajanja samih metod na delovanje EES.
  • Končni rezultat projekta PROG-EES bo cenovno učinkovit vgrajeni sistem PHM za sisteme EES.
  • Izvedljivost projekta PROG-EES je zagotovljena z interdisciplinarno naravo projektne skupine, ki jo sestavljajo vodilni strokovnjaki na področjih modeliranja, statistike, razvoja metod PHM in elektronike.

Pričakovani vplivi projekta PROG-EES so dalekosežni. Predlagani sistem PHM bo uporaben skozi celotni življenjski cikel sistemov EES. Metodološki napredki bodo omogočili razvoj novih sistemov za ocenjevanje SOH, ki bodo potrebni pri reciklažnih postopkih nove generacije. Poleg očitnih pozitivnih okoljskih vplivov bo sofinancer projekta, INEA d.o.o., med prvimi podjetji, ki bodo ponujala storitve na področju pametne obnove in ponovne uporabe sistemov EES. Po ocenah naj bi ta trg do leta 2035 dosegel vrednost 3 milijarde evrov letno.


Sodelujoči partnerji: