Estimación del estado de carga de baterías de flujo redox con caudales desequilibrados

Abstract

[Resumen] Este artículo presenta el diseño de observador de estado para estimar, en línea, el estado de carga de una batería de flujo redox. Una limitación de los algoritmos existentes, hasta el momento, es que asumen una misma concentración de especies en los tanques y las celdas. Esta condición raramente se cumple en la realidad. Por ello, este trabajo presenta un nuevo estimador que es capaz de diferenciar entre la concentración dentro de los tanques y la celda de la batería. El modelo utilizado para el diseño del observador es un modelo electroquímico no lineal que obedece las leyes de conservación de masa y carga. Para estudiar la viabilidad del estimador se realiza un primer análisis de observabilidad. Sobre la base de dicho análisis, se propone un observador no lineal que, finalmente, se valida mediante simulación numérica.

[Abstract] This study presents an online observer to estimate the state of charge of a redox flow battery. The study analyzes the main existing methodologies used to estimate this indicator, and which assumptions are considered in most of the cases. Based on this, a new estimator is presented that distinguishes between the concentration in tank and cell parts of the system. The model used for the design of the observer is a nonlinear electrochemical model that obeys the laws of conservation of mass and charge. An observability analysis is presented to study the feasibility of designing an estimator for the proposed purpose. Based on the observability analysis, a LMI observer is proposed, designed and validated through numerical simulation.