Дослідження та моделювання гібридних накопичувачів електроенергії
Автор: Романишин Владислав Петрович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут енергетики та систем керування
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Об’єкт дослідження – гібридний накопичувач електроенергії, який складається з свинцево-кислотного акумулятора та суперкондесатора подвійного електричного шару, модель гібридного накопичувача у середовищі Simulink. Предмет дослідження – процес роботи гібридного акумулятора під час розрядження імпульсними сигналами на основі лабораторного стенду та запроектованої моделі. Мета дослідження – дослідити поведінку гібридного накопичувача енергії під час імпульсного навантаження та створити модель, яка дозволяє імітувати роботу такого накопичувача. Анотація. У магістерській кваліфікаційній роботі представлено проблематику функціонування гібридного накопичувача електроенергії та його моделювання. Проведено огляд літератури щодо існуючих типів електрохімічних акумуляторів і суперконденсаторів, описано їхню будову та принцип роботи, наведено області застосування таких пристроїв. За допомогою еквівалентних схем описано електричні моделі елементів накопичувача. У практичній частині роботи представлено результати дослідження свинцево-кислотного елемента та суперконденсатора, а також визначено параметри еквівалентної схеми. Описано лабораторний стенд для гібридного накопичувача енергії та показано отримані результати процесу розрядження. Створено симуляційну модель, яка відтворює поведінку сховища під час імпульсного навантаження, а також представлено ідентифікацію елементів системи. У роботі також наведено порівняння результатів, отриманих у лабораторних дослідженнях і симуляціях, у вигляді графіків та коментарів. У вступі коротко представлено розвиток технологій зберігання енергії, їх проблематику та сфери використання цього процесу. Описано важливість співпраці акумуляторів та суперконденсаторів у процесах накопичення та віддачі електроенергії [1]. У першому розділі роботи описано аспекти, пов’язані з електрохімічними акумуляторами. Продемонстровано загальну будову та принцип роботи акумуляторів, описано їх основні експлуатаційні параметри, проведено аналіз трьох найпоширеніших типів електрохімічних акумуляторів з огляду на їх принцип дії та основні характеристики. Додатково розглянуто застосування описаних типів акумуляторів у різних галузях промисловості [2]. У другому розділі виконано огляд технологій зберігання електроенергії за допомогою суперконденсаторів. Представлено їх ключові експлуатаційні параметри, описано будову та принцип роботи різних типів суперконденсаторів, а також окреслено основні сфери застосування ультраконденсаторів [3]. У третьому розділі показано загальну еквівалентну схему акумулятора та описано залежності, пов’язані з електричною моделлю свинцево-кислотного акумулятора. Також представлено еквівалентну схему суперконденсатора з подвійним електричним шаром [4]. У четвертому розділі наведено вибір апаратури та вимірювальних інструментів, представлено їх основні характеристики та функції, описано досліджувані акумулятор і суперконденсатор. У наступній частині розділу проведено дослідження свинцево-кислотного елемента з метою ідентифікації його параметрів та перевірки поведінки під час навантаження. У дослідженні суперконденсатора проведено ідентифікацію параметрів його еквівалентної схеми. В останній частині розділу представлено результати розрядження гібридного сховища енергії та описано лабораторний стенд. У п’ятому розділі представлено симуляційну модель, створену в середовищі Simulink, описано її складові елементи, проведено ідентифікацію параметрів блоків акумулятора та суперконденсатора, а також наведено результати симуляції, отримані під час розрядження гібридного накопичувача енергії. У висновку виконано порівняння результатів лабораторних досліджень та симуляцій, підсумовано основні досягнення роботи та представлено висновки. Після реалізації дослідження гібридних накопичувачів електроенергії на лабораторному стенді та за допомогою моделі досягнуто близьких результатів поведінки об’єктів дослідження. Акумулятор, як закладалось початково був головним джерелом електроенергії, а суперконденсатор виконував допоміжну функцію. Ключові слова: гібридний накопичувач, акумулятор, суперконденсатор, модель, розрядження, середовище Simulink. Перелік використаних літературних джерел. 1. Sharma S., et al., Storage technologies for electric vehicles, Journal of Traffic and Transportation Engineering, № 7, 2020. 2. Detka K., Gorecki K., Selected Technologies of Electrochemical Energy Storage—A Review, Energies 2023, 16, 5034. 3. Sharma P., Bhatti T. S., A review on electrochemical double-layer capacitors, Energy Conversion and Management, № 51, 2010, с. 2901 – 2912. 4. Bergveld H. J., Battery Management Systems Design by Modelling, Royal Philips Electronics N. V., Eindhoven, 2001.