Імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії

A single-pulse galvanostatic method for rapid determination of the current State of Health (SOH) of electrochemical energy storage devices in dynamic operating modes has been developed and experimentally validated. The proposed method enables SOH assessment without interrupting normal load operation...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2026
Hauptverfasser:	Plaksin, Serhii, Zhitnik, Mykola, Levchenko, Ruslana, Ostapovska, Svitlana, Тymchenko, Іryna
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainisch
Veröffentlicht:	PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2026
Schlagworte:	електрохімічний накопичувач енергії рівень працездатності імпульсний гальваностатичний метод сигнал відгуку кінетичні параметри вейвлет-перетворення Хаара
Online Zugang:	https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2026.1.62
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Technology and design in electronic equipment
Завантажити файл:

Institution

Technology and design in electronic equipment

_version_	1872552522221092864
author	Plaksin, Serhii Zhitnik, Mykola Levchenko, Ruslana Ostapovska, Svitlana Тymchenko, Іryna
author_facet	Plaksin, Serhii Zhitnik, Mykola Levchenko, Ruslana Ostapovska, Svitlana Тymchenko, Іryna
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Serhii Plaksin", "institution": "Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine (\"TRANSMAG\"), Dnipro, Ukraine" }, { "author": "Mykola Zhitnik", "institution": "Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine (\"TRANSMAG\"), Dnipro, Ukraine" }, { "author": "Ruslana Levchenko", "institution": "Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine (\"TRANSMAG\"), Dnipro, Ukraine" }, { "author": "Svitlana Ostapovska", "institution": "Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine (\"TRANSMAG\"), Dnipro, Ukraine" }, { "author": "Іryna Тymchenko", "institution": "Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine (\"TRANSMAG\"), Dnipro, Ukraine" } ]
author_sort	Plaksin, Serhii
baseUrl_str	https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-08-03T14:14:28Z
description	A single-pulse galvanostatic method for rapid determination of the current State of Health (SOH) of electrochemical energy storage devices in dynamic operating modes has been developed and experimentally validated. The proposed method enables SOH assessment without interrupting normal load operation. It relies on the Haar wavelet transform to process the response signal of the energy storage device to a short-term test pulse. Considering the specific profile of the response signal, which reflects multi-stage electrochemical kinetics and is described by slowly changing functions, applying the Haar wavelet transform yields a real-time time-frequency representation of the electrochemical process. Processing the depolarization curve of the response signal following the test pulse via the Haar wavelet transform restricts the area under the voltage curve, which correlates directly with the utilization factor of active materials. Thus, the derived wavelet parameters serve as informative indicators for evaluating the current SOH within a specified time window of the depolarization voltage curve. Experimental results reveal an irreversible, gradual decline in SOH over operational time driven by degradation processes, with the degradation rate accelerating in the later stages of service life. This behavior highlights the complex, dynamic, and non-linear nature of degradation in electrochemical energy storage systems. Unlike existing diagnostic techniques, the developed single-pulse galvanostatic method eliminates the need to disconnect the energy storage unit from the load, allowing real-time SOH monitoring under actual operating conditions.
doi_str_mv	10.15222/TKEA2026.1.62
first_indexed	2026-08-04T01:00:46Z
format	Article
fulltext	Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2026, № 162 ISSN 3083-6530 (Print) ISSN 3083-6549 (Online) 62 ЕНЕРГЕТИЧНА ЕЛЕКТРОНІКА УДК 621.311.25:621.311.29 Сергій ПЛАКСІН, Микола ЖИТНИК, Руслана ЛЕВЧЕНКО, Світлана ОСТАПОВСЬКА, Ірина ТИМЧЕНКО Україна, Дніпро, Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України ІМПУЛЬСНИЙ МЕТОД ВИЗНАЧЕННЯ ПОТОЧНОГО РІВНЯ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ЕЛЕКТРОХІМІЧНОГО НАКОПИЧУВАЧА ЕНЕРГІЇ Системи накопичення та зберігання енергії на основі електрохімічних джерел струму є важливою технологією як для енергетичної, так і для транс портної галузей економіки. Проте серйозною про блемою під час їхньої експлуатації залишається де градація характеристик накопичувачів унаслідок ста ріння та впливу різноманітних чинників, що суттєво знижує їхню працездатність. Втрата ємності відбу вається незалежно від того, перебуває накопичувач у режимі експлуатації чи зберігання, що є суттєвим недоліком сучасних електрохімічних систем. Як за значено в [1], швидкість зменшення ємності накопи чувача залежить від умов його експлуатації та збері гання, при цьому термін експлуатації вважають ви черпаним після втрати 20 – 30% початкової ємності. Тому точна оцінка ємності батареї є критично важ ливою для забезпечення продуктивності всієї сис теми енергозабезпечення відповідно до очікуваного терміну служби. Оскільки роль накопичувачів енер гії в енергоси стемах є ключовою, точна оцінка їх нього поточного рівня працездатності (state of health, SOH) є вирішальною для забезпечення надійної екс плуатації та оптимізації процесів їх обслуговування. Визначення рівня працездатності накопичува ча енергії має на меті відобразити його загальний енергетичний стан і здатність забезпечувати зада ну продуктивність у конкретних умовах експлуата ції порівняно з початковим (новим) станом. Через складну нелінійну природу електрохімічних проце сів діагно стика SOH потребує спеціальних підходів, що зумовило появу широкого спектра методів, які враховують особливості роботи накопичувача в кон кретних умовах експлуатації. Сучасні методи визначення рівня працездатно сті електрохімічних накопичувачів енергії всебічно розкриті в літературі, наприклад у роботах [2] – [7]. Розроблено та експериментально обґрунтовано доцільність практичного використання одноімпульсного гальвано статичного методу визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії за кінетич ними параметрами електрохімічного процесу. Метод базується на застосуванні вейвлетперетворення Хаара для аналізу кривої напруги деполяризації у сигналі відгуку. Ключові слова: електрохімічний накопичувач енергії, рівень працездатності, імпульсний гальваностатичний метод, сигнал відгуку, кінетичні параметри, вейвлетперетворення Хаара. Автори [2] надають огляд методів оцінки SOH нако пичувачів у складі електромобілів (EV) та гібридних електромобілів (HEV), висвітлюючи їхні основні пе реваги та вказуючи на обмеження з погляду на прак тичну реалізацію в режимі реального часу. У загаль ному вигляді класифікацію методів оцінки рівня пра цездатності за оглядом [2] представлено на рис. 1, а. У роботі [2] зазначається, що наявні методи оцінки SOH складно реалізувати практично, оскільки вони використовують місткі моделі акумуляторів, і це при зводить до надмірної складності параметризації та значного обсягу обчислювальних операцій, а також зумовлює їхню низьку прозорість та відтворюваність. Алгоритми, які лежать в основі цих методів, викорис товують інформацію, яку складно отримати в реаль них умовах. Тому в прикладних інженерних задачах надають перевагу більш об’єктивним методам з од нозначною параметризацією для забезпечення ста більності та точності визначення енергетичних ста нів накопичувача. За оцінкою авторів [8] таким вимо гам відповідають методи швидкої оцінки SОH нако пичувачів, які стали актуальною темою досліджень при їх практичному застосуванні. Загальну класифі кацію сучасних методів швидкої оцінки SОH нако пичувачів енергії наведено на рис. 1, б [8]. Серед за значених методів найбільше уваги приділяють мето дам оцінки стану працездатності накопичувачів енер гії на основі електричних параметрів, зокрема мето дам тестування імпульсами через зручність їх прямих вимірювань [9], [10]. Такими параметрами є напруга та струм, а також температура. Проте під час робо ти накопичувача в динамічних режимах їхні значен ня змінюються в часі та в більшості випадків є зво ротними, через що не відображають адекватно рівень його працездатності. Тому, попри зазначені перева ги, значення зовнішніх параметрів є малопридатни DOI: 10.15222/TKEA2026.1.62 Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2026, № 1 63ISSN 3083-6530 (Print) ISSN 3083-6549 (Online) 63 ЕНЕРГЕТИЧНА ЕЛЕКТРОНІКА Рис.1. Класифікація сучасних методів оцінювання SОH за оглядами [2] (а) та [8] (б) а) Методи оцінки SOH Методи оцінки на основі моделіЕкспериментальні методи Прямі методи вимірювання Непрямі методи аналізу Адаптивні методи Методи, керовані даними Інтервал ампер години Крива зарядки Електрохімічна модель (EChM) Алгоритми машинного навчання Методи на основі ефективності Спектроскопія електрохімічного імпедансу (EIS) Аналіз інкрементнї ємності (ICA) Модель еквівалентної схеми (ECM) Імовірнісні (FFNN, CNN, RNN, SVM тощо) Емпірічні методи та методи підгонки кривих Омічний внутрішній опір Аналіз диференціаль ної напруги (DVA) Методи співоцінки Неімовірнісні (GPR, RVM) Напівемпірічні методи Тест ємності та енергії Ультразвуковий контроль Підрахунок номерів ціклів б) Швидкі методи • Метод тестування імпульсу (PTT) • Спектроскопія електрохімічного імпедансу (EIS) • Метод на основі часткового заряду (PC) • Ультразвуковий контроль • Активне виявлення акустичної емісії Оцінка на основі електричних параметрів Оцінка на основі властивостей матеріалу ми для визначення поточного рівня працездатності накопичувача енергії в динамічних режимах роботи. Метою цієї роботи є розробка методу визна чення поточного рівня працездатності електрохі мічних накопичувачів енергії, що базується на ви кори станні кривої напруги деполяризації як кіне тичного параметра та обробленої за допомогою вейвлетперетворення на базі вейвлету Хаара. Методика дослідження За твердженням авторів [11], абсолютного значен ня величини SOH немає. Це суб’єктивна міра, оскіль ки вона може бути отримана відповідно до обраних параметрів для її визначення. Зазвичай рівень пра цездатності накопичувача енергії в загальному ви гляді визначають у відсотках за виразом ф н SOH(%) 100% C C = ⋅ , (1) де Cф, Cн — фактична ємність накопичувача та його початкова ємність (у новому стані) відповідно. Оскільки ємність накопичувача енергії, яка безпо середньо вказує на рівень його працездатності, тісно пов’язана з поточними значеннями кінетичних пара метрів електрохімічного процесу, метод оцінки SOH має базуватися саме на вимірюванні цих параметрів. Потенційні можливості для оцінки поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енер гії за значеннями кінетичних параметрів електрохі мічного процесу має одноімпульсний гальваноста тичний метод, особливості якого описані авторами в роботі [12]. Оскільки сигнал відгуку відображає кінетику багатостадійного електрохімічного проце су, інформацію про його кінетичні параметри мож на одержати з форми сигналу відгуку накопичувача на тестовий імпульс струму. Загальний вигляд такої кривої із зазначеними стадіями та параметрами елек трохімічного процесу наведено на рис. 2. Рис. 2. Форма сигналу відгуку електрохімічного накопи чувача енергії на тестовий імпульс струму [12] U, В 16 15 14 13 II III I IV Uмакс Uа1 U п Uр.к. tп ti t0 0 10 20 30 40 t, с U дп Uа2 Uдп.п. Uдп.к. tдп S Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2026, № 164 ISSN 3083-6530 (Print) ISSN 3083-6549 (Online) 64 ЕНЕРГЕТИЧНА ЕЛЕКТРОНІКА Встановлено, що значну частку кінетичних пара метрів, необхідних для визначення поточного рівня працездатності накопичувача, містить стадія IV. Вона настає після зняття тестового імпульсу та відобра жає процес деполяризації електрохімічної системи. Процес деполяризації після припинення дії тестового імпульсу змінюється у часі за законом, близьким до еквіпотенціального, асимптотично наближаючись до рівноважного значення Uр.к.. На сигналі відгуку про цес деполяризації відображається кривою деполяри зації у формі повільно змінюваної функції Uдп, яка в загальному виді описується рівнянням ( ) ( )0 0 дп дп 0 п.ш. ( ) i t t U t U t C - = - , (2) де Uдп(t) — напруга спаду в момент часу t; Uдп(t0) — напруга спаду в момент вимкнення струму t0; i0 — густина струму обміну; Сп.ш. — ємність подвійного електричного шару. Швидкість протікання процесу деполяризації та, відповідно, початковий кут нахилу кривої спаду по тенціалу одразу після вимкнення струму визначають ся густиною струму обміну i0 та ємністю подвійного електричного шару: 0 дп п.ш. 0t t dU C dt i= æ ö÷ç ÷ =ç ÷ç ÷çè ø . (3) Поведінка електрохімічної системи після знят тя тестового імпульсу, представлена виразами (2) та (3), пояснюється припущенням, що одразу після за вершення дії імпульсу як чинника перенапруги за ряд подвійного електричного шару витрачається на реакцію відновлення рівноважного стану відновлен ня рівноважного стану, після чого потенціал повер тається до рівноважного значення Uр.к. завдяки фа радеївському процесу. Оскільки ємність подвійного електричного шару прямо пропорційна його заряду та активній площі по верхні частки активної маси, що бере участь в елек трохімічній реакції, тривалість стадії деполяриза ції дорівнює тривалості розряду цього шару й пря мо пропорційна площі поверхні реагуючої частки активної маси. Згідно з відомим в електрохімії зако ном Фарадея коефіцієнт використання активної маси відображає відсоткову частку активної маси, залуче ної до електрохімічного процесу, і є прямо пропорцій ним ємності накопичувача. Отже, ємність подвійно го шару на стадії деполяризації прямо пропорційна кое фіцієнту використання активної маси та, відпо відно, ємності накопичувача. Оскільки відомі методи прямого визначення кое фіцієнта використання малопридатні для прак тичного застосування, у роботі [12] було обґрунту вано тео ретично та підтверджено експерименталь но пропор ційну залежність площі S фігури, обме женої кривою напруги деполяризації Uдп(t) на сиг налі відгуку після вимкнення тестового імпульсу та прямою на рівні напруги розімкненого кола Uр.к., від коефіцієнта використання активної маси. Ця залеж ність дозволяє опосередковано визначати ємність накопичувача за площею S. Для визначення площі S у [12] використано методику, що базується на чи сельному інтегруванні відрізків за правилом трапецій (рис. 3, а) за виразом ( ) ( ) ( ) 1 1 1 1 1 1( ) 2 nx n i i i i ix f x dx x x f x f x - + + = é ù» - +ê úë ûåò . Варто зазначити, що визначення поточного рівня працездатності накопичувача енергії в геометричній площині за площею, отриманою згідно з цією мето дикою, не повною мірою відповідає вимогам щодо швидкодії через велику кількість та тривалість мате матичних операцій. Рис. 3. Приклади обробки сигналу відгуку для визначення рівня працездатності електрохіміч ного накопичувача енергії: а — визначення площі фігури, обмеженої кривою напруги деполяризації; б — вейвлетперетворення кривої напруги деполяризації на основі вейвле та Хаара (а5 — апроксимований сигнал; d1, ..., d5 — рівні деталізації вейвлетів Хаара з відповідними коефі цієнтами розкладу по координаті часу та кількі стю початкових дискретних точок) а) f 0 x1 x2 xn б) 16 15 14 13 0,05 0 –0,05 0,02 0 –0,04 0,02 0 –0,02 0,02 0 –0,02 0,01 0 –0,02 a5 d5 d4 d3 d2 d1 100 200 300 400 500 600 700 800 100 200 300 400 500 600 700 800 Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2026, № 1 65ISSN 3083-6530 (Print) ISSN 3083-6549 (Online) 65 ЕНЕРГЕТИЧНА ЕЛЕКТРОНІКА Необхідну швидкодію забезпечують математичні методи обробки сигналу відгуку накопичувача енергії у часовій області. З урахуванням особливостей фор ми кривої напруги деполяризації Uдп(t) на сигналі відгуку, яку описує вираз (2) і яка відображає швид кість розрядного процесу згідно з виразом (3), для обробки сигналу відгуку було обрано вейвлетаналіз. Його застосовують для обробки сигналів нестаціо нарних процесів, що описуються повільнозмінними функціями. За материнський обрано вейвлет Хаара, який має такі переваги порівняно з іншими вейвле тами: просту форму (добре апроксимує експоненцій ні сигнали на малих інтервалах), високу швидкодію, що важливо для оперативного визначення рівня пра цездатності, та високу точність апроксимації, яка дає змогу отримувати часовочастотне уявлення проце су деполяризації в реальному часі [13]. Застосування вейвлетперетворення кривої напруги деполяризації Uдп(t) на основі вейвлета Хаара забезпечує можли вість отримати часовочастотне зображення розряд ного процесу в реальному часі та зберегти локальні особливості сигналу для його аналізу на необхідно му рівні деталізації. Попередні результати щодо застосування вейвлет перетворення кривої напруги деполяризації Uдп(t) на основі вейвлета Хаара для контролю енергетичного стану електрохімічного накопичувача енергії наве дено в роботі [14]. Підтверджені в ній властиво сті вейвлетперетворень дають змогу застосувати об робку кривої напруги деполяризації, яка описує роз рядний процес в часовій області, для визначення по точного рівня працездатності накопичувача енергії. Приклад застосування вейвлетперетворення з розтягуванням кривої напруги деполяризації від носно осі часу на основі вейвлета Хаара наведено на рис. 3, б. Показані тут рівні деталізації вейвлета Хаара можна використовувати для визначення рівня працездатності, однак із різною похибкою, що зале жить від кількості початкових дискретних точок на відповідному рівні деталізації: чим менший рівень деталізації, тим більше дискретних точок розкладу і, відповідно, менша похибка. Інформаційним параме тром для визначення поточного рівня працездатності обрано кількість дискретних точок розкладу на кри вій напруги деполяризації Uдп(t) в часовій обла сті її знаходження в межах від початкового значення Uдп.п у момент вимкнення тестового імпульсу t0 до кінце вого значення Uдп.к = 0,37Uдп.п. Обмеження кривої напруги деполяризації значен ням 0,37Uдп.п передбачено для забезпечення одна кових умов відліку кількості дискретних точок роз кладу на цьому часовому інтервалі за одного рівня деталізації, а також для неявного використання ста лої часу процесу деполяризації, оскільки наближене значення експоненційного сигналу (2) за τ = 1 стано вить 0,368 X(t), або ≈ 0,37Uдп.п. Поточний рівень пра цездатності накопичувача (у відсотках) визначали за зміною відношення поточної кількості дискретних точок до її початкового значення. Накопичувач вва жають працездатним, якщо цей рівень становить не менше ніж 60%. Для визначення поточного рівня працездатно сті накопичувача енергії обрано рівень деталізації d2, який є найбільш придатним з міркувань прискорен ня підрахунку кількості дискретних точок зі збере женням необхідної для практичного застосування точності. Результати дослідження Досліджували рівень працездатності накопичу вача енергії на основі свинцевокислотної акумуля торної батареї ємністю 45 А·год протягом п’яти ро ків — від початку експлуатації в новому стані до її завершення. Рівень працездатності визначали на накопичувачі, що працював у штатному режимі, з використанням вбудованого обладнання. Його розроблено на основі схемотехнічного рішення експериментального стен да для контролю стану хімічних джерел струму, опи саного у [15], та доповнено відповідним програмним забезпеченням. На початку експлуатації накопичувача енергії з початковою номінальною ємністю Сн із сигналу відгуку повністю зарядженого накопичувача виді ляли криву напруги деполяризації Uдп(t) у часовій обла сті її знаходження в межах від початкового зна чення Uдп.п у момент вимкнення тестового імпульсу t0 до кінцевого значення Uдп.к = 0,37Uдп.п. Після цьо го обчислювали кількість дискретних точок розкла ду Nн на кривій Uдп(t) у зазначених межах, яку при ймають за 100%й рівень працездатності накопичу вача (SОНн = 100%), та заносили одержане значення Nн до пам’яті вимірювального пристрою. Упродовж періоду експлуатації накопичувача по точний рівень працездатності визначали відповідно до графіка проведення планових регламентних робіт у системі енергозабезпечення та здійснювали в такій (у спрощеному вигляді) послідовності. На накопичувач подавали тестовий імпульс, виді ляли із сигналу відгуку криву напруги деполяриза ції Uдп(t) у зазначених межах, обчислювали кількість дискретних точок розкладу Nп на цій кривій та за рів нянням, еквівалентним виразу (1), визначали поточ ний рівень працездатності накопичувача у відсотках від початкового значення: п п н SOH (%) 100%N N = ⋅ де Nн, Nп — кількість дискретних точок розкладу на кривій напруги деполяризації Uдп(t) у сигналі відгу ку накопичувача на початку його експлуатації за но мінальної ємності та на час визначення поточного рівня працездатності SОНп відповідно. Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2026, № 166 ISSN 3083-6530 (Print) ISSN 3083-6549 (Online) 66 ЕНЕРГЕТИЧНА ЕЛЕКТРОНІКА Підрахунок кількості дискретних точок розкладу за вейвлетом Хаара виконували за допомогою блоку Counter у середовищі MATLAB/Simulink. Результати вейвлетперетворення кривої напруги деполяризації Uдп(t) на основі вейвлeту Хаара на сигналі відгуку накопичувача енергії під час його експлуатації упро довж п’яти років відображено на рис. 4. Результати підрахунку кількості дискретних точок розкладу за вейвлетом Хаара та відповідні значення поточного рівня працездатності накопичувача енергії наведено в таблиці. З плином часу під впливом чин ників деградації, зокрема старіння, зменшується пло ща поверхні активної маси, що бере участь у струмо утворювальних процесах під час роботи накопичу вача на навантаження. Це призводить до зменшення ємності подвійного електричного шару та швидкості деполяризації. У результаті скорочується часовий ін тервал вейвлетперетворення кривої напруги деполя ризації від моменту вимкнення тестового імпуль су до кінцевого значення Uдп.к= 0,37Uдп.п (рис. 4), що супроводжується зменшенням кількості дискрет них точок розкладу як інформативного параметра для оцінювання поточного рівня працездатності. За результатами спостережень за роботою нако пичувача під час визначення рівня працездатності встановлено, що подавання короткочасного зарядно го тестового імпульсу для реєстрації сигналу відгу ку практично не впливало на його роботу на наван таження. Після вимкнення тестового імпульсу нако пичувач продовжував працювати в штатному режи мі, а подальше оброблення сигналу відгуку для оці нювання поточного рівня працездатності здійсню а) 16 15 14 13 0,02 0,01 0 –0,01 –0,02 100 200 300 400 500 600 700 800 100 200 300 400 500 600 700 800 Рис. 4. Вейвлетперетворення Хаара кривої напруги деполяризації на сигналі відгуку накопичувача енергії під час його експлуатації упродовж п'яти років: а — в початковому стані; б — 2 роки; в — 4 роки; г — 5 років б) 17 16 15 14 0,03 0,02 0,01 0 –0,01 –0,02 –0,03 100 200 300 400 500 600 700 800 100 200 300 400 500 600 700 800 в) 16 15 14 13 0,02 0,01 0 –0,01 –0,02 100 200 300 400 500 600 700 800 100 200 300 400 500 600 700 800 г) 16 15 14 13 0,03 0,02 0,01 0 –0,01 –0,02 –0,03 100 200 300 400 500 600 700 800 100 200 300 400 500 600 700 800 Залежність кількості точок вейвлетрозкладу та поточного рівня працездатності SOHп від терміну експлуатації накопичувача Термін експлуатації Кількість точок розкладу SOHп, % Початковий стан (новий) 152 100 2 роки 127 84 4 роки 106 69 5 років 47 31 Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2026, № 1 67ISSN 3083-6530 (Print) ISSN 3083-6549 (Online) 67 ЕНЕРГЕТИЧНА ЕЛЕКТРОНІКА вали незалежно від навантаження. Отже, розробле ний метод забезпечує можливість визначати поточ ний рівень працездатності накопичувача у потрібний для споживача час безпосередньо у штатному режимі роботи та без відключення його від мережі. Висновки У результаті проведених досліджень запропоно вано та експериментально обґрунтовано новий ім пульсний метод визначення поточного рівня праце здатності електрохімічних накопичувачів енергії, в основу якого покладено аналіз кривої деполяризації за допомогою дискретного вейвлетперетворення із застосуванням базису Хаара. Такий підхід дає змогу виділяти кількість дискретних точок розкладу як ін формативний параметр деградації. Дані п’ятирічних експериментальних випробувань свинцевокислотної акумуляторної батареї ємністю 45 А·год підтвердили високу точність оцінювання стану накопичувача та практичну застосовність методу. Показано, що за до помогою короткочасного тестового імпульсу можна визначати поточний рівень працездатності безпосе редньо в штатному режимі роботи накопичувача без його відключення від мережі споживача та без пору шення технологічного процесу. ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА [1] J. Tian, R. Xiong, W. Shen, and J. Lu, “Datadriven battery degradation prediction: Forecasting voltagecapacity curves using onecycle data,” EcoMat, vol. 4, no. 5, art. e12213, 2022. doi: 10.1002/ eom2.12213. [2] N. Noura, L. Boulon, and S. Jemeї, “A review of battery state of health estimation methods: Hybrid electric vehicle challenges,” World Electr. Veh. J., vol. 11, no. 4, art. 66, 2020. doi: 10.3390/wevj11040066. [3] L. Yao, S. Xu, A. Tang, F. Zhou, and Y. Kou, “A review of lithiumion battery state of health estimation and prediction methods,” World Electr. Veh. J., vol. 12, no. 3, art. 113, 2021. doi: 10.3390/ wevj12030113. [4] M. Elmahallawy, T. Elfouly, A. Alouani, and A. M. Massoud, “A comprehensive review of lithiumion batteries modeling, and state of health and remaining useful lifetime prediction,” IEEE Access, vol. 10, pp. 119040 – 119070, 2022. doi: 10.1109/ACCESS.2022.3221137. [5] Z. Wang, G. Feng, D. Zhen, F. Gu, and A. Ball, “A review on online state of charge and state of health estimation for lithiumion batteries in electric vehicles,” Energy Rep., vol. 7, pp. 5141 – 5161, 2021. doi: 10.1016/j.egyr.2021.08.113. [6] E. Meissner and G. Richter, “Battery monitoring and electrical energy management: Precondition for future vehicle electric power systems,” J. Power Sources, vol. 116, no. 1 – 2, pp. 79 – 98, 2003. doi: 10.1016/S03787753(02)007139. [7] M. Ye, M. Wei, Q. Wang, G. Ye, and J. Wu, “State of health estimation for lithiumion batteries based on incremental capacity analysis under slight overcharge voltage,” Front. Energy Res., vol. 10, art. 1001505, 2022. doi: 10.3389/fenrg.2022.1001505. [8] Z. Wang et al., “A review on rapid state of health estimation of lithiumion batteries in electric vehicles,” Sustain. Energy Technol. Assess., vol. 60, art. 103457, 2023. doi: 10.1016/j.seta.2023.103457. [9] A. Nickol et al., “GITT analysis of lithium insertion cathodes for determining the lithium diffusion coefficient at low temperature: Challenges and pitfalls,” J. Electrochem. Soc., vol. 167, no. 9, art. 090546, 2020. doi: 10.1149/19457111/ab9404. [10] Y.C. Chien, H. Liu, A. S. Menon, and M. A. Lacey, “A fast alternative to the galvanostatic intermittent titration technique,” Nat. Commun., vol. 14, no. 1, art. 7300, 2023. doi: 10.1038/s41467023 431106. [11] F. von Bülow, F. Heinrich, and W. A. Paxton, “The future of battery data and the state of health of lithiumion batteries in automotive applications,” Commun. Eng., vol. 3, no. 1, art. 173, 2024. doi: 10.1038/s4417202400299w. [12] С. В. Плаксін, М. Я. Житник, Р. Ю. Левченко, та С. Я. Остаповська, “Імпульсний метод оперативного контролю та управління зарядним процесом накопичувача енергії,” Технологія та конструювання в електронній апаратурі, № 1 – 3, с. 22 – 30, 2022. doi: 10.15222/TKEA2022.13.22. [13] Ю. С. Ямненко, В. В. Тєлєга, та К. С. Нємчінова, “Використання вейвлетперетворень Хаара та ОБ при аналізі сиг налів,” Електроніка та зв’язок, т. 22, № 4(99), с. 51 – 58, 2017. doi: 10.20535/23121807.2017.22.4.105272. [14] С. В. Плаксін, М. Я. Житник, Р. Ю. Левченко, та ін., “Методика обробки сигналу відгуку електрохімічного накопи чувача енергії для оперативного контролю його енергетичного стану,” Труди XXIV МНПК «Сучасні інформаційні та електро нні технології», Одеса, Україна, 2023, с. 41 – 42. [15] С. В. Плаксин, Н. Е. Житник, та О. И. Ширман, “Экспериментальный стенд для автоматизированного контр оля состояния химических источников тока импульсным ме тодом,” Гірнича електромеханіка та автоматика, вип. 89, с. 58 – 63, 2012. Надійшла до редакції 16.03.2026 Прийнято до друку 14.06.2026 Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2026, № 168 ISSN 3083-6530 (Print) ISSN 3083-6549 (Online) 68 ЕНЕРГЕТИЧНА ЕЛЕКТРОНІКА REFERENCES [1] J. Tian, R. Xiong, W. Shen, and J. Lu, “Datadriven battery degradation prediction: Forecasting voltagecapacity curves using onecycle data,” EcoMat, vol. 4, no. 5, art. e12213, 2022. doi: 10.1002/ eom2.12213. [2] N. Noura, L. Boulon, and S. Jemeї, “A review of battery state of health estimation methods: Hybrid electric vehicle challenges,” World Electr. Veh. J., vol. 11, no. 4, art. 66, 2020. doi: 10.3390/wevj11040066. [3] L. Yao, S. Xu, A. Tang, F. Zhou, and Y. Kou, “A review of lithiumion battery state of health estimation and prediction methods,” World Electr. Veh. J., vol. 12, no. 3, art. 113, 2021. doi: 10.3390/ wevj12030113. [4] M. Elmahallawy, T. Elfouly, A. Alouani, and A. M. Massoud, “A comprehensive review of lithiumion batteries modeling, and state of health and remaining useful lifetime prediction,” IEEE Access, vol. 10, pp. 119040 – 119070, 2022. doi: 10.1109/ACCESS.2022.3221137. [5] Z. Wang, G. Feng, D. Zhen, F. Gu, and A. Ball, “A review on online state of charge and state of health estimation for lithiumion batteries in electric vehicles,” Energy Rep., vol. 7, pp. 5141 – 5161, 2021. doi: 10.1016/j.egyr.2021.08.113. [6] E. Meissner and G. Richter, “Battery monitoring and electrical energy management: Precondition for future vehicle electric power systems,” J. Power Sources, vol. 116, no. 1 – 2, pp. 79 – 98, 2003. doi: 10.1016/S03787753(02)007139. [7] M. Ye, M. Wei, Q. Wang, G. Ye, and J. Wu, “State of health estimation for lithiumion batteries based on incremental capac ity analysis under slight overcharge voltage,” Front. Energy Res., vol. 10, art. 1001505, 2022. doi: 10.3389/fenrg.2022.1001505. [8] Z. Wang et al., “A review on rapid state of health estimation of lithiumion batteries in electric vehicles,” Sustain. Energy Technol. Assess., vol. 60, art. 103457, 2023. doi: 10.1016/j.seta.2023.103457. Serhii PLAKSIN, Mykola ZHITNIK, Ruslana LEVCHENKO, Svitlana OSTAPOVSKA, Іryna ТYMCHENKO Ukraine, Dnipro, Institute of transport systems and technologies of NAS of Ukraine ("TRANSMAG") PULSE METHOD FOR DETERMINING THE CURRENT STATE OF HEALTH OF AN ELECTROCHEMICAL ENERGY STORAGE DEVICE A singlepulse galvanostatic method for rapid determination of the current State of Health (SOH) of electrochemical energy storage devices in dynamic operating modes has been developed and experimentally validated. The proposed method enables SOH assessment without interrupting normal load operation. It relies on the Haar wavelet transform to process the response signal of the energy storage device to a shortterm test pulse. Considering the specific profile of the response signal, which reflects multistage electrochemical kinetics and is described by slowly changing functions, applying the Haar wavelet transform yields a realtime timefrequency representation of the electrochemical process. Processing the depolarization curve of the response signal following the test pulse via the Haar wavelet transform restricts the area under the voltage curve, which correlates directly with the utilization factor of active materials. Thus, the derived wavelet parameters serve as informative indicators for evaluating the current SOH within a specified time window of the depolarization voltage curve. Experimental results reveal an irreversible, gradual decline in SOH over operational time driven by degradation processes, with the degradation rate accelerating in the later stages of service life. This behavior highlights the complex, dynamic, and nonlinear nature of degradation in electrochemical energy storage systems. Unlike existing diagnostic techniques, the developed singlepulse galvanostatic method eliminates the need to disconnect the energy storage unit from the load, allowing realtime SOH monitoring under actual operating conditions. Keywords: electrochemical energy storage, state of health (SOH), singlepulse galvanostatic method, response signal, kinetic parameters, Haar wavelet transform. DOI: 10.15222/TKEA2026.1.62 UDC 621.311.25:621.311.29 [9] A. Nickol et al., “GITT analysis of lithium insertion cathodes for determining the lithium diffusion coefficient at low temperature: Challenges and pitfalls,” J. Electrochem. Soc., vol. 167, no. 9, art. 090546, 2020. doi: 10.1149/19457111/ab9404. [10] Y.C. Chien, H. Liu, A. S. Menon, and M. A. Lacey, “A fast alternative to the galvanostatic intermittent titration technique,” Nat. Commun., vol. 14, no. 1, art. 7300, 2023. doi: 10.1038/s41467023 431106. [11] F. von Bülow, F. Heinrich, and W. A. Paxton, “The future of battery data and the state of health of lithiumion batteries in automo tive applications,” Commun. Eng., vol. 3, no. 1, art. 173, 2024. doi: 10.1038/s4417202400299w. [12] S. Plaksin, M. Zhitnik, R. Levchenko, and S. Ostapovska, “Pulse technique of inoperation control and management of energy storage charging process (in Ukrainian),” Technology and design in electronic equipment, no. 1 – 3, pp. 22 – 30, 2022. doi: 10.15222/ TKEA2022.13.22. [13] Yu. Yamnenko, V. Tielieha, and K. Niemchinova, “The use of Haar and OB wavelets in the signals analysis (in Ukrainian),” Electron. Commun., vol. 22, no. 4, pp. 51 – 58, 2017. doi: 10.20535/2312 1807.2017.22.4.105272. [14] S. Plaksin, M. Zhitnik, R. Levchenko et al., “Method of processing the electrochemical energy storage response signal for operational control of its energy state (in Ukrainian),” in Proc. 24th Int. Sci.Pract. Conf. "Modern Information and Electronic Technologies", Odesa, Ukraine, 2023, pp. 41 – 42. [15] S. V. Plaksin, N. Ye. Zhitnik, and O. I. Shyrman, “Experimental stand for automated monitoring of chemical power sources status by pulse method (in Russian),” Min. Electromech. Autom., no. 89, pp. 58 – 63, 2012. Технологія та конструювання в електронній апаратурі, 2026, № 1 69ISSN 3083-6530 (Print) ISSN 3083-6549 (Online) 69 ЕНЕРГЕТИЧНА ЕЛЕКТРОНІКА Copyright: © 2026, The author(s). Licensee: Politekhperiodika, Odesa, Ukraine. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Відомості про авторів Сергій Плаксін, докт. фіз.мат. наук, зав. відділу, Інститут транспортних систем і технологій Національної ака демії наук України, Дніпро, Україна; еmail: svp@westainter.com; ORCID: https://orcid.org/0000000183020186 Микола Житник, наук. співроб., Інститут транспорт них систем і технологій Національної академії наук України, Дніпро, Україна; еmail: zhitnik0710@gmail.com; ORCID: https://orcid.org/000000021761678X Руслана Левченко, молод. наук. співроб., Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України, Дніпро, Україна; еmail: R.Y.Levchenko@nas.gov.ua; ORCID: https://orcid.org/000000032327009X Світлана Остаповська, провідний інженер, Інститут транспортних систем і технологій Національної академії наук України, Дніпро, Україна; еmail: Svetlana.ost@westainter.com; ORCID: https://orcid.org/0009000560449082 Ірина Тимченко, провід. інженер, Інститут транспорт них систем і технологій Національної академії наук України, Дніпро, Україна; еmail: stroiteley@ukr.net; ORCID: https://orcid.org/000900088144221X About the authors Serhii Plaksin, Dr. Sc., Head of Department, Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine ("TRANSMAG"), Dnipro, Ukraine; еmail: svp@westainter.com; ORCID: https://orcid.org/0000000183020186 Mykola Zhitnik, Scientific Collaboration, Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine ("TRANSMAG"), Dnipro, Ukraine; еmail: zhitnik0710@gmail.com; ORCID: https://orcid.org/000000021761678X Ruslana Levchenko, Junior Researcher, Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine ("TRANSMAG"), Dnipro, Ukraine; еmail: R.Y.Levchenko@nas.gov.ua; ORCID: https://orcid.org/000000032327009X Svitlana Ostapovska, Leading Engineer, Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine ("TRANSMAG"), Dnipro, Ukraine; еmail: Svetlana.ost@westainter.com; ORCID: https://orcid.org/0009000560449082 Іryna Тymchenko, Leading Engineer, Institute of Transport Systems and Technologies of the National Academy of Sciences of Ukraine ("TRANSMAG"), Dnipro, Ukraine; еmail: stroiteley@ukr.net; ORCID: https://orcid.org/000900088144221X
id	oai:tkea.com.ua:article-1332
institution	Technology and design in electronic equipment
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-08-04T01:00:46Z
publishDate	2026
publisher	PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers
record_format	ojs
resource_txt_mv	wwwtkeacomua/e6/c5ca0e5eb4c2426bc186b11f075b42e6.pdf
spelling	oai:tkea.com.ua:article-13322026-08-03T14:14:28Z Pulse method for determining the current state of health of an electrochemical energy storage device Імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії Plaksin, Serhii Zhitnik, Mykola Levchenko, Ruslana Ostapovska, Svitlana Тymchenko, Іryna electrochemical energy storage state of health (SOH) single-pulse galvanostatic method response signal kinetic parameters Haar wavelet transform електрохімічний накопичувач енергії рівень працездатності імпульсний гальваностатичний метод сигнал відгуку кінетичні параметри вейвлет-перетворення Хаара A single-pulse galvanostatic method for rapid determination of the current State of Health (SOH) of electrochemical energy storage devices in dynamic operating modes has been developed and experimentally validated. The proposed method enables SOH assessment without interrupting normal load operation. It relies on the Haar wavelet transform to process the response signal of the energy storage device to a short-term test pulse. Considering the specific profile of the response signal, which reflects multi-stage electrochemical kinetics and is described by slowly changing functions, applying the Haar wavelet transform yields a real-time time-frequency representation of the electrochemical process. Processing the depolarization curve of the response signal following the test pulse via the Haar wavelet transform restricts the area under the voltage curve, which correlates directly with the utilization factor of active materials. Thus, the derived wavelet parameters serve as informative indicators for evaluating the current SOH within a specified time window of the depolarization voltage curve. Experimental results reveal an irreversible, gradual decline in SOH over operational time driven by degradation processes, with the degradation rate accelerating in the later stages of service life. This behavior highlights the complex, dynamic, and non-linear nature of degradation in electrochemical energy storage systems. Unlike existing diagnostic techniques, the developed single-pulse galvanostatic method eliminates the need to disconnect the energy storage unit from the load, allowing real-time SOH monitoring under actual operating conditions. Розроблено та експериментально обґрунтовано доцільність практичного використання одноімпульсного гальваностатичного методу визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії за кінетичними параметрами електрохімічного процесу. Метод базується на застосуванні вейвлет-перетворення Хаара для аналізу кривої напруги деполяризації у сигналі відгуку. PE "Politekhperiodika", Book and Journal Publishers 2026-06-30 Article Article Peer-reviewed Article application/pdf https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2026.1.62 10.15222/TKEA2026.1.62 Technology and design in electronic equipment; No. 1 (2026): Technology and design in electronic equipment; 62-69 Технологія та конструювання в електронній апаратурі; № 1 (2026): Технологія та конструювання в електронній апаратурі; 62-69 3083-6549 3083-6530 10.15222/TKEA2026.1 uk https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2026.1.62/1231 Copyright (c) 2026 Serhii Plaksin, Mykola Zhitnik, Ruslana Levchenko, Svitlana Ostapovska, Іryna Тymchenko http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
spellingShingle	електрохімічний накопичувач енергії рівень працездатності імпульсний гальваностатичний метод сигнал відгуку кінетичні параметри вейвлет-перетворення Хаара Plaksin, Serhii Zhitnik, Mykola Levchenko, Ruslana Ostapovska, Svitlana Тymchenko, Іryna Імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії
title	Імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії
title_alt	Pulse method for determining the current state of health of an electrochemical energy storage device
title_full	Імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії
title_fullStr	Імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії
title_full_unstemmed	Імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії
title_short	Імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії
title_sort	імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії
topic	електрохімічний накопичувач енергії рівень працездатності імпульсний гальваностатичний метод сигнал відгуку кінетичні параметри вейвлет-перетворення Хаара
topic_facet	electrochemical energy storage state of health (SOH) single-pulse galvanostatic method response signal kinetic parameters Haar wavelet transform електрохімічний накопичувач енергії рівень працездатності імпульсний гальваностатичний метод сигнал відгуку кінетичні параметри вейвлет-перетворення Хаара
url	https://www.tkea.com.ua/index.php/journal/article/view/TKEA2026.1.62
work_keys_str_mv	AT plaksinserhii pulsemethodfordeterminingthecurrentstateofhealthofanelectrochemicalenergystoragedevice AT zhitnikmykola pulsemethodfordeterminingthecurrentstateofhealthofanelectrochemicalenergystoragedevice AT levchenkoruslana pulsemethodfordeterminingthecurrentstateofhealthofanelectrochemicalenergystoragedevice AT ostapovskasvitlana pulsemethodfordeterminingthecurrentstateofhealthofanelectrochemicalenergystoragedevice AT tymchenkoíryna pulsemethodfordeterminingthecurrentstateofhealthofanelectrochemicalenergystoragedevice AT plaksinserhii ímpulʹsnijmetodviznačennâpotočnogorívnâpracezdatnostíelektrohímíčnogonakopičuvačaenergíí AT zhitnikmykola ímpulʹsnijmetodviznačennâpotočnogorívnâpracezdatnostíelektrohímíčnogonakopičuvačaenergíí AT levchenkoruslana ímpulʹsnijmetodviznačennâpotočnogorívnâpracezdatnostíelektrohímíčnogonakopičuvačaenergíí AT ostapovskasvitlana ímpulʹsnijmetodviznačennâpotočnogorívnâpracezdatnostíelektrohímíčnogonakopičuvačaenergíí AT tymchenkoíryna ímpulʹsnijmetodviznačennâpotočnogorívnâpracezdatnostíelektrohímíčnogonakopičuvačaenergíí

Імпульсний метод визначення поточного рівня працездатності електрохімічного накопичувача енергії

Institution

Ähnliche Einträge