ارائه ساختار مبدل و الگوريتم براي متعادل‌سازي وضعيت شارژ سلول‌هاي باتري‌هاي ليتيومي مبتني بر روش هيسترزيس

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق قدرت

كارشناسي ارشد

با رشد فناوري وسايل نقليه الكتريكي استفاده مؤثر و مطمئن از باتري‌هاي قابل شارژ به‌ يك موضوع مهم براي توليدكنندگان خودرو تبديل شده‌است. درميان باتري‌هاي قابل شارژ نوع ليتيوم-يوني شناخته‌شده‌ترين مورد هستند. ويژگي‌هاي منحصر‌به‌فرد اين باتري‌ها ازجمله انرژي ويژه بالا، توان ويژه بالا و نرخ تخليه داخلي پايين، استفاده از اين نوع باتري را در خودروهاي الكتريكي رواج داده است.پك‌هاي باتري ليتويم-يوني به‌صورت يكپارچه نيستند بلكه از تعداد زيادي سلول‌ تشكيل شده‌اند. درواقع اين سلول‌ها واحدهاي كوچك باتري هستند كه داراي ولتاژ و ظرفيت و توان پاييني هستند. براي اينكه بتوان ولتاژ و جريان مورد نياز خودروهاي الكتريكي را تامين كرد اين سلول‌ها را به‌صورت تركيب‌هاي سري و موازي به يكديگر متصل مي‌كنند. سلول‌هاي مورد استفاده در پك باتري با اينكه از يك برند و مشخصات كارخانه‌اي يكسان انتخاب مي‌شوند ولي كاملاْ مشابه نبوده و از نظر ظرفيت، مقاومت داخلي، ولتاژ داخلي،نرخ فرسودگي و... يكسان نيستد. اين عدم مشابهت هم منشا داخلي دارد (ناهمگوني ايجادشده در هنگام ساخت سلول) و هم منشا خارجي (مانند نحوه چيدمان سلول‌ها در پك باتري و نحوه انتقال حرارت درون آن). اين تفاوت‌ها در يك رشته سري از سلول‌ها عملكرد آن رشته سري و نهايتاْ پك باتري را محدود مي‌كند. به عنوان مثال سلولي كه نسبت به ساير سلول‌ها در رشته سري داراي ظرفيت كم‌تري است در هنگام دشارژ زودتر تخليه شده و رشته سري ديگر قادر به تحويل توان نيست حتي اگر بقيه سلول‌ها هنوز تخليه نشده باشند. در واقع اين ناهمگوني باعث كاهش ظرفيت قابل استفاده، تسريع در فرسودگي سلول و همچنين مسائل ايمني مهمي از جمله شارژ بيش از حد و انفجار باتري مي‌شود. كنترل‌كننده متعادل‌ساز يك جزء حياتي از سيستم مديريت باتري در تمام وسايل نقليه الكتريكي است و نقش مهمي در افزايش عمر باتري و تضمين ايمني آن ايفا مي‌كند. در اين تحقيق به معرفي روشهاي مختلف متعادل‌سازي سلولهاي باتري كه به‌‌صورت سري متصل شده‌اند پرداخته شده‌است. روش‌هاي زيادي براي متعادل‌سازي باتري‌ وجود دارد كه به‌طور كلي به دو دسته پسيو و اكتيو تقسيم مي‌شوند. هركدام از اين روش‌ها خود داراي انواع مختلفي است كه در ادامه به آن‌ها اشاره شده و شرح مختصري از آن‌ها آورده شده‌است. توپولوژي‌هاي مربوط به هر روش، نحوه عملكرد، مدار قدرت و حالات مختلف آن توضيح داده شده‌است. هر كدام از توپولوژي‌هاي استفاده شده مزايا و معايب خاص خود را دارند كه به مقايسه آن‌ها پرداخته‌ شده‌است. به پارامترهايي كه فرآيند متعادل‌سازي براساس آن‌ها صورت مي‌گيرد اشاره شده و مزايا و معايب و ميزان موثر بودن هريك از اين پارامترها در تعادل سلولي بيان شده‌است. يك نوع از روشهاي متعادل‌سازي كه به آن پرداخته شده‌است روش مبتني بر سلف است. اين روش به دليل مزايايي كه نسبت به ساير روش‌ها دارد بيشتر مورد توجه قرار گرفته‌است. از مزاياي اين روش مي‌توان به صرفه اقتصادي، پاسخ زماني سريع، عناصر مداري كم‌تر و كنترل ساده‌تر اشاره كرد. دراين‌ تحقيق يك متعادل‌ساز با ساختار و راهبرد كنترل جديد ارائه شده‌‌است. در اين متعادل‌ساز از سلف به‌عنوان عنصر ذخيره‌ساز انرژي استفاده شده‌است. اين متعادل‌ساز قادر به انتقال انرژي بين هردو سلول موجود در رشته سري باتري‌ها است از اين رو داراي مزايايي چون سرعت بالا، دقت بالا، و همچنين بازدهي بالا مي‌باشد. به دليل عدم شارژ و دشارژ اضافي باتري‌ها در اين راهبرد كنترل حرارت كم‌تري ايجاد شده و عمر باتري‌ها افزايش مي‌يابد. با استفاده از اين مبدل، مي‌توان باتري‌هاي متصل به‌صورت سري را با سرعت و دقت بالا به تعادل رساند.

237798

ماشين و الكترونيك قدرت

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان