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

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

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.

Авторлар туралы

Sergei Parsegov

Moscow Institute of Physics and Technology, Skolkovo Institute of Science and Technology, Institute of Control Sciences of RAS

Email: s.e.parsegov@gmail.com
Moscow

Mikhail Pugach

Skolkovo Institute of Science and Technology

Email: m.pugach@skoltech.ru
Moscow

Victoria Erofeeva

Institute for Problems in Mechanical Engineering of RAS

Email: eva@ipme.ru
Saint Petersburg

Әдебиет тізімі

  1. BARSALI S., GIGLIOLI R., LUTZEMBERGER G. et al.Optimised operation of storage systems integrated with mvphotovoltaic plants, considering the impact on the batterylifetime // Journal of Energy Storage. – 2017. – Vol. 12. –P. 178–185.
  2. BARELLI L., BIDINI G., CIUPAGEANU D.-A. et al.Electrical performance analysis of an innovative vanadiumredox flow battery stack for enhanced power densityapplications // IEEE Madrid PowerTech. – 2021. – P. 1–6.
  3. CLEMENTE A., MONTIEL M., BARRERAS F. et al.Vanadium redox flow battery state of charge estimation usinga concentration model and a sliding mode observer // IEEEAccess. – 2021. – Vol. 9. – P. 72368–72376.
  4. CLEMENTE A., CECILIA A., COSTA-CASTELLO R. Socand diffusion rate estimation in redox flow batteries: Ani&i- based high-gain observer approach // European ControlConference (ECC). – 2021. – P. 1640–1644.
  5. DAWEI Q., ZIXUAN L., FAN Y. et al. State ofcharge estimation for the vanadium redox flow batterybased on extended kalman filter using modified parameteridentification // Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization,and Environmental Effects. – 2022. – Vol. 44, No. 4. –P. 9747–9763.
  6. GUARNIERI M., TROV ` O A., MARINI G. et al. High currentpolarization tests on a 9 kw vanadium redox flow battery //Journal of Power Sources. – 2019. – Vol. 431. – P. 239–249.
  7. KHAKI B., DAS P. Fast and simplified algorithms for soc andsoh estimation of vanadium redox flow batteries // IEEE GreenTechnologies Conference (GreenTech). – 2021. – P. 494–501.
  8. LUCAS A., CHONDROGIANNIS S. Smart grid energystorage controller for frequency regulation and peak shaving,using a vanadium redox flow battery // Int. Journal of ElectricalPower & Energy Systems. – 2016. – Vol. 80. – P. 26–36.
  9. MOVASSAGH K., RAIHAN A., BALASINGAM B. et al.A critical look at coulomb counting approach for state of chargeestimation in batteries // Energies. – 2021. – Vol. 14, No. 14. –P. 40–74.
  10. MISYRIS G.S., TENGNER T., MARINOPOULOS A.G.et al. Battery energy storage systems modeling for onlineapplications // IEEE Manchester PowerTech. –2017. –P. 1–6.
  11. PARSEGOV S., PUGACH M., POLYAKOV A. et al. Analysisof flow factor control strategy in vanadium redox flowbatteries // IFAC-PapersOnLine. – 2022. – Vol. 55, No. 9. –P. 187–192.
  12. PULESTON T., CLEMENTE A., COSTA-CASTELLO R. et al.Modelling and estimation of vanadium redox flow batteries:A review // Batteries. – 2022. – Vol. 8, No. 9. – P. 1–21.
  13. QIU Y., LI X., CHEN W. et al. State of charge estimation ofvanadium redox battery based on improved extended kalmanfilter // ISA Trans. – 2019. – Vol. 94. – P. 326–337.
  14. SKYLLAS-KAZACOS M., KASHERMAN D., HONG D. et al.Characteristics and performance of 1 kW UNSW vanadiumredox battery // Journal of Power Sources. – 1991. – Vol. 35,No. 4. – P. 399–404.
  15. TANG A., BAO J., SKYLLAS-KAZACOS M. Studies onpressure losses and flow rate optimization in vanadium redoxflow battery // Journal of power sources. – 2014. – Vol. 248. –P. 154–162.
  16. UDDIN M. , ROMLIE M. F., ABDULLAH M. F. et al.A review on peak load shaving strategies // Renewable andSustainable Energy Reviews. – 2018. – Vol. 82. – P. 3323–3332.
  17. XIONG B., ZHAO J. , SU Y. et al. State of charge estimationof vanadium redox flow battery based on sliding mode observerand dynamic model including capacity fading factor // IEEETrans. on Sustainable Energy. – 2017. – Vol. 8, No. 4. –P. 1658–1667.
  18. ZHENG C., TIAN X., NIE G. et al. State of power and stateof charge estimation of vanadium redox flow battery basedon an online equivalent circuit model // IEEE 18th Int. Conf.on Industrial Informatics (INDIN-2020). – 2020. – Vol. 1. –P. 633–638.
  19. ZHAO X., KIM K., JUNG S. State-of-charge estimation usingdata fusion for vanadium redox flow battery // Journal of EnergyStorage. – 2022. – Vol. 52. – P. 104852.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML


Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қол жетімді Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».