MÔ HÌNH HÓA PIN VÀ SUY GIẢM THAM SỐ TRONG HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TÀU THỦY BẰNG MATLAB/SIMULINK

Tóm tắt

Trong những năm gần đây, hệ thống lưu trữ năng lượng điện đã trở thành thành phần then chốt trong xu hướng điện hóa phương tiện và tích hợp năng lượng tái tạo, góp phần nâng cao hiệu suất và giảm phát thải. Trong lĩnh vực hàng hải, tàu thủy chạy điện và tàu hybrid được xem là hướng phát triển tiềm năng nhằm tối ưu tiêu thụ năng lượng và đáp ứng yêu cầu vận hành bền vững. Bài báo tập trung mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng (EMS) cho tàu thủy điện/hybrid với chiến lược quản lý năng lượng dựa trên luật (rule-based), thể hiện sự khác biệt so với các hệ thống truyền thống.

Nghiên cứu xây dựng mô hình pin lithium-ion dựa trên mô hình mạch tương đương (ECM), cho phép mô tả đặc tính điện áp-dòng điện và trạng thái sạc (SoC) trong các chế độ làm việc khác nhau. Đồng thời, cơ chế suy giảm tham số được tích hợp nhằm phản ánh ảnh hưởng của lão hóa đến dung lượng và điện trở trong theo chu kỳ vận hành. Trên cơ sở mô hình toán học và cấu trúc mô phỏng triển khai trong MATLAB/Simulink, nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của suy giảm đặc tính pin đến đáp ứng điện áp và quyết định phân phối năng lượng trong EMS.

Kết quả mô phỏng cho thấy lão hóa pin làm suy giảm khả năng cung cấp năng lượng và thúc đẩy EMS theo chiến lược rule-based chuyển sớm từ chế độ pin sang chế độ lai hoặc máy phát, qua đó góp phần duy trì ổn định hệ thống và nâng cao độ tin cậy vận hành.

Abstract

In recent years, electrical energy storage systems have become a key component in the electrification of transportation and the integration of renewable energy, contributing to improved efficiency and reduced emissions. In the maritime sector, electric and hybrid ships are considered a promising development direction for optimizing energy consumption and meeting sustainable operational requirements. This paper focuses on the simulation of an energy management system (EMS) for electric/hybrid ships based on a rule-based energy management strategy, highlighting its distinction from conventional systems.

The study develops a lithium-ion battery model based on the equivalent circuit model (ECM), which describes voltage-current characteristics and state of charge (SoC) under different operating conditions. In addition, parameter degradation mechanisms are integrated to represent the effects of aging on battery capacity and internal resistance over operating cycles. Based on the mathematical models and simulation framework implemented in MATLAB/Simulink, the impact of battery degradation on voltage response and energy distribution decisions within the EMS is evaluated.

Simulation results show that battery aging reduces energy supply capability and drives the rule-based EMS to switch earlier from battery-only operation to hybrid or generator-based modes, thereby contributing to improved system stability and operational reliability.

Keywords: Battery pack, equivalent circuit model (ECM), state of charge (SoC), Energy management system, Rule-based control.