Κουτσουβέλης Διονύσιος

“Βελτιστοποίηση λειτουργίας συσσωρευτών Λιθίου”

Οι μπαταρίες λιθίου (Li) προσφέρουν υψηλή ισχύ και πυκνότητα ενέργειας ανά μονάδα όγκου και μάζας αλλά συγχρόνως είναι ευαίσθητες στον τρόπο λειτουργίας και χειρισμού τους. Ο λανθασμένος τρόπος λειτουργίας τους μπορεί να οδηγήσει σε μη επιτρεπτές συνθήκες. Μπορούν είτε να πάθουν βλάβη είτε να γίνουν επικίνδυνες εκρηγνυόμενες είτε εκλύοντας επικίνδυνα υλικά.
Οι μπαταρίες αυτές είναι ευαίσθητες στον ρυθμό φόρτισης και εκφόρτισης τους καθώς και το ποσοστιαίο βάθος εκφόρτισης τους (DoD = Βάθος εκφόρτισης). Μπορούν εύκολα να καταστραφούν όταν εκφορτίζονται πλήρως και επικίνδυνες όταν φορτίζονται / εκφορτίζονται ακατάλληλα ή υπερβολικά.
Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα καθώς και οι υβριδικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, με αποθήκευση ενέργειας, είναι μερικά παραδείγματα συστημάτων που απαιτούν τη λειτουργία των μπαταριών αυτών στα όρια τους.
Η αξιοπιστία και η ασφάλεια των μπαταριών λιθίου συχνά αμφισβητείται και απαιτείται συνεχή παρακολούθηση των παραμέτρων που διέπουν την καλή λειτουργία τους.
Η θερμοκρασία φόρτισης και εκφόρτισης είναι παράγοντας που επηρεάζει τη λειτουργία των μπαταριών Λιθίου, τη μακροζωία τους και τον αριθμό κύκλων φόρτισης – εκφόρτισης. Η χρήση των μπαταριών σε μη επιτρεπόμενες θερμοκρασίες προκαλούν σε αυτές πρόωρα σφάλματα και τις καθιστούν επικίνδυνες. Για παράδειγμα, η φόρτιση μιας μπαταρίας σε θερμοκρασίες κάτω από 0°C έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία μεταλλικού λιθίου στην πλάκα ανόδου, η οποία τελικά θα περάσει τον διαχωριστή μπαταρίας και θα προκαλέσει βραχυκύκλωμα της μπαταρίας και ανάφλεξη.
Η επιτρεπόμενη εκφόρτιση ενέργειας καθώς και η διαθέσιμη ισχύς επηρεάζονται ιδιαίτερα από τη θερμοκρασία λειτουργίας της μπαταρίας λιθίου. Είναι ζωτικής σημασίας να δημιουργηθεί και να διατηρείτε η βέλτιστη θερμοκρασία λειτουργίας για να μεγιστοποιηθεί η απόδοση αυτών των δύο παραμέτρων.
Οι μπαταρίες (συσσωρευτές) Li, που συνήθως σχηματίζονται από σειριακά συνδεδεμένα στοιχεία (cells), επηρεάζονται κατά πολύ από την εξισορρόπηση των στοιχείων. Όταν τα σειριακά συνδεδεμένα στοιχεία είναι ασύμμετρα, δηλαδή βρίσκονται σε διαφορετική ποσοστιαία εκφόρτιση (SOC = StateOfCharge), τότε επιβάλλεται πρόωρη παύση της εκφόρτισης λόγω του αυστηρού περιορισμού της επιτρεπόμενης χαμηλής τάσης στοιχείου.
Σκοπός της, εν λόγω, διδακτορικής διατριβής θα είναι
• η διερεύνηση και μελέτη των παραμέτρων που επηρεάζουν τη λειτουργία των μπαταριών Λιθίου και τη συμβολή των στη βελτίωση των επιδόσεων τους. Αυτό θα επιτευχθεί μέσω εκτεταμένων δοκιμών και ανάλυσης αυτών των παραμέτρων
• Ανάπτυξη έξυπνων αλγορίθμων υπολογισμού της Ποσοστιαίας κατάστασης φόρτισης (SOC = StateOfCharge) των μπαταριών Λιθίου με μεθόδους που καθιστούν τον υπολογισμό αυτόν πιο αξιόπιστο
• σχεδίαση και ανάπτυξη μονάδων που παρέχουν βέλτιστες συνθήκες θερμοκρασίας λειτουργίας με καινοτόμες τεχνικές, εξασφαλίζοντας καλύτερη απόδοση, μακροζωία και ασφάλεια κατά την λειτουργία τους
• Ανάπτυξη καινοτόμων μεθόδων και τεχνικών:

1. για τη μείωση των απωλειών κατά την φόρτιση / εκφόρτιση των μπαταριών Λιθίου
2. για την εξισορρόπηση στοιχείων (cells) των μπαταριών Λιθίου
3. αλγορίθμων ασφαλείας για την βελτίωση της ασφάλειας των μπαταριών Λιθίου