Energetic availability forecasting of electrochemical accumulators by estimation of State of Energy (SoE)
Prévision de la disponibilité énergétique des accumulateurs électrochimiques par estimation d'Etats d'Energie (SoE)
Résumé
Within a context of an increasing resort to intermittent renewable energy sources, the range of electrochemical storage devices is spreading and branching out to ensure a match between these intermittent sources and their applications. The design and real-time control of these storage devices require a model of their operating available energy. The electrochemical storage devices have non-linear energetic behavior, which depends on the operating conditions. This non-linearity makes the global modeling more complex. Up to now, the available energy is modeled with a state of charge (SoC) estimator, coupled with a model of the battery voltage. The interfacing of these models with other components of a system is often difficult because of the nature of the control variables. Moreover, in real time, these models can not be exploited efficiently to make forecasts of the available energy in various operating conditions. The energetic approach used here allowed us to identify a new estimator, the energy state (SoE) and to develop a direct model of the available energy for various operating conditions, without resorting to double SoC and battery voltage modeling. The SoE has been used to characterize the energy performance of lead-acid and lithium-ion batteries. For the latter, the accuracy in predicting the available energy has been estimated from several power profiles.
Dans un contexte d'accroissement du recours à des sources d'énergies renouvelables intermittentes, la palette des dispositifs de stockage électrochimique s'étend et se diversifie pour assurer l'adéquation entre ces sources intermittentes et leurs applications. La conception et le contrôle en temps réel de ces dispositifs nécessitent un modèle de l'énergie disponible au cours du fonctionnement. Or, la non-linéarité du comportement énergétique des dispositifs de stockage électrochimique en fonction des conditions d'utilisation rend cette modélisation très complexe. Aujourd'hui, l'énergie disponible est modélisée grâce à un estimateur de l'état de charge (SoC), couplé à un modèle de la tension de la batterie. L'interfaçage de ces modèles avec ceux des autres composants d'un système est souvent difficile du fait de la nature des variables de contrôle. Par ailleurs, en temps réel, ces modèles permettent difficilement de réaliser des prévisions de l'énergie disponible dans diverses conditions d'utilisation. L'approche énergétique retenue ici a permis de définir un nouvel estimateur, l'état d'énergie (SoE) et de concevoir directement un modèle de l'énergie disponible pour différentes conditions d'utilisation, sans avoir recours à une double modélisation SoC/tension. Le SoE a été utilisé pour caractériser les performances énergétiques d'accumulateurs plomb-acide et Lithium Ion. Pour ces derniers, la précision sur la prévision de l'énergie disponible a été estimée sur plusieurs profiles types.
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