Proceedings of Petersburg Transport University Proceedings of Petersburg Transport University Известия Петербургского университета путей сообщения 1815-588X 2658-6851 65793 10.20295/1815-588X-2023-2-471-477 Общетехнические задачи и пути их решения GENERAL TECHNICAL PROBLEMS AND SOLUTION APPROACH Общетехнические задачи и пути их решения Review of the Software Algorithm for Diagnosing the Residual Life of Lithium-Ion Batteries of Traction Rolling Stock Обзор алгоритма программного обеспечения для диагностики остаточного ресурса литий-ионных аккумуляторных батарей тягового подвижного состава Борисов Павел Владимирович Borisov Pavel Vladimirovich Воробьев Александр Алфеевич Vorob'ev Aleksandr Alfeevich nttk@pgups.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I Санкт-Петербург Россия Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University St. Petersburg Russian Federation 20 06 2023 20 06 2023 20 2 471 477 20 06 2023 https://izvestiapgups.editorum.ru/en/nauka/article/65793/view

Цель: Обзор алгоритма оценки остаточного ресурса литий-железо-фосфатной аккумуляторной батареи в процессе функциональной диагностики накопителя электрической энергии, основанного на базе измерения возмущающих воздействий пульсаций протекающего тока. Методы: Используя результат ранее проведенных экспериментальных исследований по измеряемым параметрам литий-ионной аккумуляторной батареи при работе с преобразователем электрической энергии, предполагается набор статистических данных, который посредством описанного алгоритма будет производить оценку остаточного ресурса элемента батареи. Результаты: Рассмотрен алгоритм программного обеспечения функциональной диагностики литий-ионной аккумуляторной батареи при работе в звене постоянного тока с преобразователем частоты на основании ранее проведенного физического эксперимента по набору статистических параметров литий-ионной батареи в процессе эксплуатации. Практическая значимость: Проведенный обзор статистических данных исследуемого накопителя дает возможность проведения функциональной диагностики определения текущего ресурсного состояния литий-ионной аккумуляторной батареи.

Purpose: Review of the algorithm for assessing the residual life of the lithium iron phosphate battery in the process of functional diagnostics of the electric energy storage device, based on the measurement of disturbing influences of current pulsations. Methods: Using the result of previously conducted experimental studies on the measured parameters of the lithium-ion battery pack when working with the electric energy converter, a set of statistic data is assumed, which by means of the described algorithm will produce an estimate of the remaining life of the battery cell. Results: The software algorithm for functional diagnostics of the lithiumion battery pack when working in the direct current link with the frequency converter based on the previously conducted physical experiment that collected statistical parameters of the lithium-ion battery pack in operation is considered. Practical significance: The conducted review of the statistical data of the investigated storage device gives the possibility to carry out functional diagnostics of the current resource state of the lithium-ion battery pack.

 Литий-ионная аккумуляторная батарея функциональная диагностика программное обеспечение алгоритм диагностики Lithium-ion battery pack functional diagnostics software diagnostic algorithm

Сапожников В. В. Основы технической диагностики: учеб. пособие для вузов ж.-д. транспорта / В. В. Сапожников, Вл. В. Сапожников. - М.: Маршрут, 2004. - 318 c. Sapozhnikov V. V. Osnovy tehnicheskoy diagnostiki: ucheb. posobie dlya vuzov zh.-d. transporta / V. V. Sapozhnikov, Vl. V. Sapozhnikov. - M.: Marshrut, 2004. - 318 c. Евстафьев А. М. Выбор топологии схем тягового привода электрического подвижного состава / А. М. Евстафьев // Изв. Петерб. ун-та путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2010. - Вып. 3(24). - С. 89-98. Evstaf'ev A. M. Vybor topologii shem tyagovogo privoda elektricheskogo podvizhnogo sostava / A. M. Evstaf'ev // Izv. Peterb. un-ta putey soobscheniya. - SPb.: PGUPS, 2010. - Vyp. 3(24). - S. 89-98. Власьевский С. В. Сравнение энергетической эффективности электровозов переменного тока с коллекторным и асинхронным приводом / С. В. Власьевский, Д. В. Грибенюк, М. С. Алексеева // Вестник Ин-та тяги и подвижного состава. - 2016. - № 12. - С. 24-27. Vlas'evskiy S. V. Sravnenie energeticheskoy effektivnosti elektrovozov peremennogo toka s kollektornym i asinhronnym privodom / S. V. Vlas'evskiy, D. V. Gribenyuk, M. S. Alekseeva // Vestnik In-ta tyagi i podvizhnogo sostava. - 2016. - № 12. - S. 24-27. Евстафьев А. М. Применение гибридных технологий в тяговом подвижном составе / А. М. Евстафьев // Бюллетень результатов научных исследований. - 2018. - С. 27-38. Evstaf'ev A. M. Primenenie gibridnyh tehnologiy v tyagovom podvizhnom sostave / A. M. Evstaf'ev // Byulleten' rezul'tatov nauchnyh issledovaniy. - 2018. - S. 27-38. ГОСТ Р МЭК 62660-2-2020. Аккумуляторы литий-ионные для электрических дорожных транспортных средств. Часть 2. Испытания на надежность и эксплуатацию с нарушением режимов. - М.: Стандартинформ, 2020. GOST R MEK 62660-2-2020. Akkumulyatory litiĭ-ionnye dlya elektricheskih dorozhnyh transportnyh sredstv. Chast' 2. Ispytaniya na nadezhnost' i ekspluataciyu s narusheniem rezhimov. - M.: Standartinform, 2020. ГОСТ 20911-89. Техническая диагностика. Термины и определения. - М.: Стандарты, 1990. GOST 20911-89. Tehnicheskaya diagnostika. Terminy i opredeleniya. - M.: Standarty, 1990. Грачев В. В. Оценка технического состояния тепловозного дизеля по данным бортовой микропроцессорной системы управления / В. В. Грачев, М. Ш. Валиев // Известия ПГУПСа. - 2010. - № 1(22). - С. 22-32. Grachev V. V. Ocenka tehnicheskogo sostoyaniya teplovoznogo dizelya po dannym bortovoy mikroprocessornoy sistemy upravleniya / V. V. Grachev, M. Sh. Valiev // Izvestiya PGUPSa. - 2010. - № 1(22). - S. 22-32. Валиев М. Ш. Диагностика рабочего процесса тепловозного дизеля в условиях эксплуатации / М. Ш. Валиев // Вестник транспорта Поволжья. - Самара: Самарский государственный университет путей сообщения. - 2011. - № 1(25). - С. 35-39. Valiev M. Sh. Diagnostika rabochego processa teplovoznogo dizelya v usloviyah ekspluatacii / M. Sh. Valiev // Vestnik transporta Povolzh'ya. - Samara: Samarskiĭ gosudarstvennyĭ universitet puteĭ soobscheniya. - 2011. - № 1(25). - S. 35-39. ГОСТ 19.701-90. Единая система программной документации. Схемы алгоритмов, программ, данных и систем. Обозначения условные и правила выполнения. - М.: Стандарт, 1992. GOST 19.701-90. Edinaya sistema programmnoy dokumentacii. Shemy algoritmov, programm, dannyh i sistem. Oboznacheniya uslovnye i pravila vypolneniya. - M.: Standart, 1992. Борисов П. В. Исследование характеристик литий-ионной аккумуляторной батареи / П. В. Борисов, А. А. Воробьев, К. В. Константинов и др. // Известия Петербургского университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2023. - Т. 20. - Вып. 1. - С. 207-221. - DOI: 10.20295/1815-588X-2023-1-207-221. Borisov P. V. Issledovanie harakteristik litiĭ-ionnoĭ akkumulyatornoĭ batarei / P. V. Borisov, A. A. Vorob'ev, K. V. Konstantinov i dr. // Izvestiya Peterburgskogo universiteta puteĭ soobscheniya. - SPb.: PGUPS, 2023. - T. 20. - Vyp. 1. - S. 207-221. - DOI: 10.20295/1815-588X-2023-1-207-221. ГОСТ Р МЭК 62813-2020. Конденсаторы литий-ионные для электрического и электронного оборудования. Методы испытаний электрических характеристик. - М.: Стандартинформ, 2021. GOST R MEK 62813-2020. Kondensatory litiy-ionnye dlya elektricheskogo i elektronnogo oborudovaniya. Metody ispytaniy elektricheskih harakteristik. - M.: Standartinform, 2021. Липкин М. С. Диагностика литий-ионных аккумуляторов методами электрохимического импеданса / М. С. Липкин, Е. В. Корбова, М. В. Луковкин и др. // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. - 2023. - № 1. - С. 43-48. - DOI: 10.17213/1560-3644-2023-1-43-48. Lipkin M. S. Diagnostika litiy-ionnyh akkumulyatorov metodami elektrohimicheskogo impedansa / M. S. Lipkin, E. V. Korbova, M. V. Lukovkin i dr. // Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Tehn. nauki. - 2023. - № 1. - S. 43-48. - DOI: 10.17213/1560-3644-2023-1-43-48. Lasia A. Electrochemical impedance spectroscopy and its applications / A. Lasia // Modern Aspects of Electrochemistry. - 1999. - Vol. 32. - P. 143. Lasia A. Electrochemical impedance spectroscopy and its applications / A. Lasia // Modern Aspects of Electrochemistry. - 1999. - Vol. 32. - P. 143. Macdonald J. R. Impedance spectroscopy / J. R. Macdonald // Ann Biomed Eng. - 1992. - Iss. 20(3). - Pp. 289-305. Macdonald J. R. Impedance spectroscopy / J. R. Macdonald // Ann Biomed Eng. - 1992. - Iss. 20(3). - Pp. 289-305. Сяоган У. Определение уровня заряда литий-ионного аккумулятора на основе алгоритма расширенного фильтра Калмана / У. Сяоган, С. Ли, Н. И. Щуров и др. // Журн. Сиб. федер. ун-та. Техника и технология. - 2020. - Вып. 13(4). - С. 420-437. - DOI: 10.17516/1999-494X-0242. Syaogan U. Opredelenie urovnya zaryada litiy-ionnogo akkumulyatora na osnove algoritma rasshirennogo fil'tra Kalmana / U. Syaogan, S. Li, N. I. Schurov i dr. // Zhurn. Sib. feder. un-ta. Tehnika i tehnologiya. - 2020. - Vyp. 13(4). - S. 420-437. - DOI: 10.17516/1999-494X-0242. Zhang J. A review on prognostics and health monitoring of Li-ion battery / J. Zhang, J. Lee // Journal of Power Sources. - 2011. Zhang J. A review on prognostics and health monitoring of Li-ion battery / J. Zhang, J. Lee // Journal of Power Sources. - 2011. Plett G. L. Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs / G. L. Plett // Journal of Power Sources. - 2004. Plett G. L. Extended Kalman filtering for battery management systems of LiPB-based HEV battery packs / G. L. Plett // Journal of Power Sources. - 2004. Yuan S. State of Charge Estimation Using the Extended Kalman Filter for Battery Management Systems Based on the ARX Battery Model / S. Yuan, H. Wu, C. Yin // Energies. - 2013. - Iss. 6(1). - Pp. 444-470. Yuan S. State of Charge Estimation Using the Extended Kalman Filter for Battery Management Systems Based on the ARX Battery Model / S. Yuan, H. Wu, C. Yin // Energies. - 2013. - Iss. 6(1). - Pp. 444-470. He W. State of charge estimation for electric vehicle batteries using unscented kalman filtering / W. He, N. Williard, Ch. Chen et al. // Microelectronics Reliability. - 2013. - Iss. 53(6). - Pp. 840-847. - DOI: 10.1016/j.microrel.2012.11.010. He W. State of charge estimation for electric vehicle batteries using unscented kalman filtering / W. He, N. Williard, Ch. Chen et al. // Microelectronics Reliability. - 2013. - Iss. 53(6). - Pp. 840-847. - DOI: 10.1016/j.microrel.2012.11.010. Aylor J. H. A battery state-of-charge indicator for electric wheelchairs / J. H. Aylor, A. Thieme, B. W. Johnso // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 1992. - Iss. 39(5). - Pp. 398-409. - DOI: 10.1109/41.161471. Aylor J. H. A battery state-of-charge indicator for electric wheelchairs / J. H. Aylor, A. Thieme, B. W. Johnso // IEEE Transactions on Industrial Electronics. - 1992. - Iss. 39(5). - Pp. 398-409. - DOI: 10.1109/41.161471.