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oai:ebiltegia.mondragon.edu:20.500.11984/146202026-07-09T15:48:33Zcom_20.500.11984_460com_20.500.11984_6004col_20.500.11984_469

00925njm 22002777a 4500 dc Dorronsoro, Xabier author 2024 Over the last few years, the battery system industry has shown a steady growth, largely as a consequence of a pressing energy transition that calls for sustainable alternatives to conventional energetic model. Despite areas for improvement, Li-ion batteries have emerged as a leading storage system, outperforming numerous competing options. In the development of these systems, multiple scales are evident, which complicates their integration in practice. Spanning from the small scale, with portable electronic devices, to the large scale, with storage systems fulfilling grid level functions, via the medium scale, with private or commercial means of transport. This research focuses on medium and large storage systems, which are characterised by a design, control and security that transcends a single or few cells. Such systems assemble independent modules and make serial and/or parallel connections, scaling up to the dimensions required by the application. Notwithstanding an increase in the adoption of these systems, it is relevant to note that both the asymmetries between the different cells and modules, as well as the growing interest of some applications in second life batteries, dictate the need for maximising the potential of modular configurations. In this context, this thesis aims to design a predictive control, based on the electro-thermal and degradation model of the battery, to determine the power distribution across different modules, in order to optimise the performance and lifetime of the battery. Results illustrate, on the one hand, the feasibility of implementing this control strategy to obtain better quantitative results than those met with a control that distributes the power demand, based on the nominal capacity of each module. On the other hand, obtained operating dynamics reveal that reducing divergences between state variables of different modules, such as temperature or state of charge, need not always be the optimal solution. Therefore, the formulated control strategy supports the initial hypothesis and confirms the fulfilment of the main objective. Azken urteotan, bateria sistemen garapenean diarduen industriak hazkunde etengabea izan du, ohiko energia eredua aukera jasangarriagoengatik ordezkatu nahiaren edo beharraren ondorioz, hein handi baten. Biltegiratze sistema horien hedapen prozesuan, bereziki, Li-ioetan oinarrituriko teknologiak hartu dute aurrea, gaur egungo sistemek hobekuntza esanguratsuak behar izan arren. Sistema horien garapenean, hainbat aplikazio maila sailkatzen dira, bakoitza ezaugarri bereizgarriekin, eta horrek, azken finean, BESSen integratzea zailtzen du. Aplikazio maila horren adibide dira, eskala txikiko gailu elektroniko mugikorrak, eskala ertaineko garraiobideak (pribatuak naiz merkataritzako izan) edota sare elektrikoarekin elkarlanean aritzen diren eskala handiko biltegiratze sistemak. Lan honen ikerketa lerroa tamaina ertain naiz handiko biltegiratze sistemetara mugatzen da, horien diseinu, kontrol eta segurtasun neurriak bateria unitate bakar batetik edo gutxi batzutatik haratago eramanaz. Era horretako sistemen diseinu prozesuan, aukera zabalduena, hainbat bateria unitatez osaturiko modulu independienteen muntaitik abiatzen da, ostean, horien arteko serie eta paralelo konexio aukeren bitartez aplikazioak zehazturiko ezaugarrietara egokituz. Hala baina, ekidin ezin diren bateria unitateen edota moduluen arteko funtzionamendu desorekatuek, baita baterien bigarren bizitza bultzatzen duten aplikazioek, lehen mailako behar bilakatu dute egitura modular aurreratuagoen garapena. Erronka horri erantzuna emateko, tesi honen heleburua, moduluen arteko potentzia banaketa baterien eredu elektro-termikoaren eta degradazioaren arabera egingo duen iragarpen bidezko kontrol estrategia baten garapena da. Era honetan, bai bateriaren errendimendua, baita bateriaren bizitza luzatzea ahalbidetzea lortu nahi da. Ikerketa amaitzeko, alde batetik, proposaturiko kontrol estrategia emaitza kuantitatiboak hobetzeko erabili daitekeela ondorioztatu da, modulu bakoitzaren funtzionamendu potentzia, dagozkion Ah kopuruaren arabera proportzionalki banatzen duen kontrolarekin alderatuz. Bestalde, funtzionamendu dinamiken analisiaren bitartez, baldintza desberdinetan dauden baterien egoera aldagaien (tenperatura edo karga-egoera, esaterako) orekatzeak ez duela zertan irtenbide egokiena izan erakutsi da. Beraz, proposaturiko kontrol-estrategiak hasierako hipotesia babesten du eta helburu nagusia betetzen dela erakusten du Durante los últimos años la industria de los sistemas de baterías ha mostrado un crecimiento continuo, en gran medida, como consecuencia de una acuciante transición energética que reclama modelos sostenibles y alternativos al convencional. A pesar de presentar áreas de mejora, las baterías de Li-ion han emergido como líderes en el desarrollo de estos sistemas de almacenamiento, superando a numerosas soluciones competitivas. En el desarrollo de estos sistemas, se evidencian múltiples escalas de aplicación, cada una con distintas características, lo cual complica su integración. Desde la pequeña escala, con dispositivos electrónicos portátiles, hasta la gran escala, con sistemas de almacenamiento que cumplen funciones a nivel de red eléctrica, pasando por la media escala, con medios de transporte particulares o comerciales. Esta investigación se centra en los sistemas de almacenamiento de medio y gran tamaño, los cuales se caracterizan por un diseño, control y seguridad que trascienden de una única o pocas celdas. Este tipo de sistemas ensambla módulos independientes y realiza conexiones en serie y/o paralelo, hasta escalar a las dimensiones requeridas por la aplicación. A pesar de un aumento en la adopción de estos sistemas, resulta oportuno evidenciar que tanto las asimetrías entre las distintas celdas y módulos, como el creciente interés de algunas aplicaciones en las baterías de segunda vida, demanda maximizar el potencial de las configuraciones modulares. Ante esta realidad, esta tesis busca formular un control predictivo, basado en el modelo electro-térmico y de degradación de la batería, para determinar la distribución de potencia entre los distintos módulos, con el fin de optimizar el rendimiento y la vida útil de la batería. Los resultados muestran, por un lado, la viabilidad de emplear esta estrategia de control para obtener resultados cuantitativos mejores que los logrados con un control que distribuye la demanda de potencia, en base a la capacidad nominal de cada módulo. Por otro lado, las dinámicas de funcionamiento obtenidas muestran que disminuir las divergencias entre las variables de estados de los distintos módulos, como pueden ser la temperatura o el estado de carga, no tienen porqué ser siempre la solución óptima. Por lo tanto, la estrategia de control formulada apoya la hipótesis inicial y muestra el cumplimiento del objetivo principal. https://katalogoa.mondragon.edu/janium-bin/janium_login_opac.pl?find&ficha_no=202377 https://hdl.handle.net/20.500.11984/14620 ODS Towards optimal power distribution strategies for modular batteries : Ageing-aware predictive management