طراحي و شبيه‌سازي يك متعادل‌ساز جديد براي بسته سلول‌هاي باتري‌ ليتيم-يون سري شده

كارشناسي ارشد

عوامل بسياري بر روي كارايي سامانه‌هاي مبتني بر باتري (هم‌چون ماهواره‌ها و خودروهاي الكتريكي) تأثيرگذار هستند. از مهم‌ترين آن‌ها نامتعادل شدن سلول‌هاي باتري براثر شارژ و دشارژ متوالي، دماي محيط باتري و فرآيند ساخت باتري‌ها است. با نامتعادل شدن سلول‌هاي باتري اختلاف‌پتانسيل‌هاي متفاوتي بين اين سلول‌ها ايجاد مي‌شود كه ظرفيت باتري و عمر مفيد آن كاهش‌ مي‌دهد و حتي در مواردي سبب نابودي و انفجار باتري شود بنابراين تعادل سلولي نقش مهمي را در افزايش عمر مفيد باتري ايفا مي‌كند. روش‌هاي مختلفي براي متعادل‌سازي سلول‌هاي باتري پيشنهادشده است. در اين پايان‌نامه پيكربندي مداري جديدي براي مدار متعادل‌ساز باتري‌هاي ليتيم-يون ارائه‌شده است. مدار ارائه‌شده از دسته متعادل‌سازهاي غيراتلافي (فعال) مبتني بر انتقال انرژي از بسته باتري به سلول ضعيف است. در ساختار پيشنهادي از يك مبدل تركيبي فوروارد-فلاي‌بك استفاده شده كه در يك دوره كامل كليدزني ابتدا مبدل فوروارد و سپس مبدل فلاي‌بك فرآيند انتقال انرژي را از بسته سلول‌ها به سلول ضعيف انجام مي‌دهند لذا سرعت متعادل‌سازي طرح پيشنهادي از ساختارهاي مرسوم بسته به سلول و حتي برخي ساختارهاي سلول به بسته به سلول كه فرآيند متعادل‌سازي تنها در يك نيم دوره كليدزني انجام مي‌شود، بيش‌تر است هم‌چنين از ويژگي‌هاي مهم ديگر مدار پيشنهادي، فرآيند متعادل‌سازي خودكار (كه سبب حذف كنترل‌كننده در اين طرح نسبت به ساختارهاي پايه)، ماژولار بودن و پياده‌سازي راحت آن است. اين ويژگي‌ها سبب كاربردي شدن اين طرح براي مصارف صنعتي مهم و حساسي هم‌چون ماهواره‌ها، خودروهاي الكتريكي (هيبريدي) و به صورت كلي در مصارف توان زياد (بيش از يك كيلووات) شده است كه فرآيند متعادل‌سازي فعال يا غيراتلافي از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. مدار پيشنهادي در نرم‌افزار Orcad Capture شبيه‌سازي شده و داراي راندمان 81% و زمان متعادل‌سازي 5/1 ميلي ثانيه در شرايط اختلاف ولتاژ 5/0ولت بين سلول ضعيف و قوي (كه شرايط بسيار بدي براي سلول‌ها محسوب مي‌شود) است. در اين پروژه به سبب سادگي تحليل از ساده‌ترين مدل مداري موجود (مدل تك مقاومت و خازني) براي باتري‌هاي ليتيم-يون در شبيه‌سازي استفاده شده است. واژه‌هاي كليدي: متعادل‌سازي سلول‌ها، باتري ليتيم- يون‌، كاهش عمر باتري، ماهواره‌ها، خودروهاي الكتريكي، متعادل‌سازي خودكار.

193390

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر عبدالرضا رحمتي

مدارهاي مجتمع الكترونيك

دكتر سيد اديب ابريشمي فر