Methodology for Selecting the Ionistor Balancing Current in Modules and Storage Devices of JSC “Elecond” for Stabilized Current Charging

Authors

  • T. G. Chikurov Joint-Stock Company “Elecond”
  • S. L. Shirokih Joint-Stock Company “Elecond”

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-1-79-89

Keywords:

resistive shunt circuit, overvoltage, active balancing cell, electric energy storage device, balancing, ionistor

Abstract

Technical, technological and methodological solutions are presented within the framework of the methodology to ensure balancing and overvoltage protection of ionistors in resistive balancing modules with a current much less than the stabilized charging current. To protect against overvoltage, the use of ionistors in the module with undercharging and up to the rated voltage is justified. The relationship between the ionistor undercharge voltage and the allowable final level of their capacitance deviation with respect to the average modulo capacitance eliminating ionistor overvoltage, is shown. A method for selecting the ionistor undercharge voltage modulo value and the ionistor maximum initial capacity spread modulo value, based on a statistical assessment of the of ionistor reliability test results, is proposed. The optimal undercharge voltage of 0.2 V and the maximum initial technological deviation of the ionistor capacitance modulo value of ± 2.5%, providing a final spread of their capacitance relative to the average modulo no more than ± (6.5 ...7.0) % and, as a result, protection against overvoltage at any balancing currents during the entire operating time,were determined. In this case, it is proposed to calculate the balancing current based on the required time of ionistor voltage reduction only to ensure equality of their operating time. A functional dependence that provides the calculation of the current and the balancing coefficient in case of exceeding 7.0 % of the ionistor capacitance deviation barrier modulo value during operationhas been established. The technical, technological and methodological solutions presented within the framework of the methodology to ensure the choice of balancing current, were tested during the development of ionistor industrial modules MIP of “Elecond” JSC and showed satisfactory resistance and strength of parameters to the effects of climatic and mechanical factors, as well as during tests for durability and reliability. The methodology of current and balancing coefficient selection is extended to the development of high-voltage ionistor units as part of high-voltage ionistor storage devices.

Author Biographies

T. G. Chikurov, Joint-Stock Company “Elecond”

PhD in Engineering, Associate Professor

S. L. Shirokih, Joint-Stock Company “Elecond”

Chief designer

References

Изучение ресурсной стабильности углей в составе электродов суперконденсаторов с органическим электролитом / Е. А. Киселева, И. В. Янилкин, А. В. Григоренко [и др.] // Электрохимия. 2017. Т. 53, № 11. С. 1403-1410. DOI: 10.7868/S0424857017110019. EDN UODMQX.

Подкин Ю. Г., Чикуров Т. Г. Диэлькометрия нестационарных дисперсных систем. Часть 1. Информационные аспекты // Аналитика и контроль. 2000. Т. 4, № 1. С. 31-36. EDN KYPRUN.

Вольфкович Ю. М. Электрохимические суперконденсаторы (обзор) // Электрохимия. 2021. Т. 57, № 4. С. 197-238. DOI: 10.31857/S0424857021040101. EDN AWUGYP.

Чикуров Т. Г., Кибардин М. В., Широких С. Л. Особенности организации и применения ячеек активной балансировки с расширенным диапазоном срабатывания ключей шунтирующих цепей в ионисторных модулях и накопителях акционерного общества «Элеконд» // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2021. Т. 24, № 3. С. 68-77. DOI: 10.22213/2413-1172-2021-3-68-77. EDN RJLOZA.

Стародубцева В. А., Шкляев М. О. Активная балансировка суперконденсаторов // Интеллектуальные системы в производстве. 2017. Т. 15, № 1. С. 41-46. DOI: 10.22213/2410-9304-2017-1-41-46

Li H., Peng J., He J., Huang Z., Pan J. and Wang J. (2018) Synchronized Cell-Balancing Charging of Supercapacitors: A Consensus-Based Approach: IEEE Trans Industrial Electron, vol. 65, no. 10, pp. 8030-8040.

Prashant Singh B.T., Phaneendra Babu Bobba, Suresh K. (2019) Extensive review on Supercapacitor cell voltage balancing: E3S Web Conference, vol. 87, pp. 1-7.

Fan S., Duan J., Sun L. and Han Y. (2017) The balancing system of super capacitor based on active clamped forward converter: International Conf. on Circuits, Devices and Systems, pp. 29-33.

Keshmiri V., Westerberg D., Andersson Ersman P. (2017) A Silicon-Organic Hybrid Voltage Equalizer for Supercapacitor Balancing: IEEE J. Emerg. Sel. Top. Circuits Syst., vol. 7, no. 1, pp. 114-122.

Shili S., Hijazi A., Sari A., Lin-Shi X. and Venet P. (2017) Balancing Circuit New Control for Supercapacitor Storage System Lifetime Maximization: IEEE Trans. Power Electron, vol. 32, no. 6, pp. 4939-4948. DOI: 10.1109/TPEL.2016.2602393

Особенности и применение ионисторов в электротехнике / С. Б. Бибиков, А. А. Мальцев, Б. В. Кошелев, А. В. Гелиев // Практическая силовая электроника. 2016. № 3 (63). С. 44-55.

Акулинин С. А., Наролина Т. С., Проскурина И. С. Вопросы надежности систем аккумуляции и хранения энергии на основе модулей суперконденсаторов // Энергия - ХХI век. 2018. № 2 (102). С. 17-32.

История и разработки ВСКБ «Рикон» / В. К. Агупов, В. В. Агупов, Ю. М. Денисов, С. А. Акулинин // Энергия - ХХI век. 2017. № 1 (97). С. 84-100.

Lashina E.N., Kozlov A.A. (2022) Ionistor as an alternative to the battery // Оригинальные исследования. 2022. Т. 12, №. 5. С. 267-273. EDN UBUTSP.

Гусев Ю. П., Смотров Н. Н., Чо Г. Ч. Применение ионисторов в системах оперативного постоянного тока для сглаживания провалов напряжения // Электротехника. 2017. № 10. С. 65-69. EDN ZNAAMT.

Шахтанов С. В., Сбитнев Е. А., Семенов Д. А. Применение ионисторов в устройствах бесперебойного питания // Вестник связи. 2022. № 11. С. 24-31. EDN ZMLGBZ.

Степаненко В. П., Мальшаков И. Н. Перспективы применения в горной промышленности суперконденсаторных накопителей и возобновляемых источников энергии // Горный информационно-аналитический бюллетень (Научно-технический журнал). 2017. № 6. С. 153-163.

Parvini Y., Siegel J.B., Stefanopoulou A.G. and Vahidi A. (2016) Supercapacitor electrical and thermal modeling identification and validation for a wide range of temperature and power applications: IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 63, no. 3, pp. 1574-1585. DOI: 10.1109/TIE.2015.2494868

Матвеев А. И., Андреев С. А. Динамическая коммутация ионисторов в источниках питания элементов телеметрических систем // Аграрный научный журнал. 2019. № 1. С. 76-81.

Zheng Z., Wang K., Li Y., Liu H. and Chang F. (2018) A Modular-Cascaded Active-Balanced Storage System for Electric Transportation: IEEE Transportation Electrification Conf., pp. 1-6.

Ibanez F.M. (2018) Analyzing the Need for a Balancing System in Supercapacitor Energy Storage Systems: IEEE Trans Power Electron, vol. 33, no. 3, pp. 2162-2171. DOI: 10.1109/TPEL.2017.2697406

Горбачев В., Кочемасов В., Хорев С. Ионисторы // Компоненты и технологии. 2020. № 7 (228). С. 10-15. EDN HOTGOU.

Published

03.04.2025

How to Cite

Chikurov Т. Г., & Shirokih С. Л. (2025). Methodology for Selecting the Ionistor Balancing Current in Modules and Storage Devices of JSC “Elecond” for Stabilized Current Charging. Vestnik IzhGTU Imeni M.T. Kalashnikova, 28(1), 79–89. https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-1-79-89

Issue

Section

Articles