21030

21030

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

كارشناسي ارشد

مدارهاي مجتمع الكترونيك

1398

1398/06/11

دكتر سيد اديب ابريشمي فر

دكتر عبدالرضا رحمتي

برق

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.

1398/06/23

Design and Simulation of a new Battery Equalizer for Series-connected Lithium-Ion Battery Strings

9/1/2020 12:00:00 AM

Many factors affect the performance of battery-based systems (such as satellites and electric cars). The most important of these are the unbalance of the battery cells due to repeated charging and discharging, the ambient temperature of the battery and the process of making the batteries. As the battery cells become unbalanced, there are different potential differences between these cells, which decrease the capacity of the battery and its useful life, and even in cases of battery destruction and explosion, therefore, cell balance plays an important role in increasing the battery life. Various methods have been proposed to balance the battery cells. This thesis presents a new orbital configuration for the lithium-ion battery balanced circuit. The circuit provided by the class of non-active (active) balancers is based on the transfer of energy from the battery pack to the weak cell. The proposed structure employs a forward-flow hybrid converter that, during a complete switching period, first performs the forward-flow converter and then the fly-back converter, which performs the energy transfer process from cell to cell poorly, thus speeding up the proposed scheme from conventional cell-to-cell and even cellular structures. Some cell structures are more dependent on the cell where the balancing process is performed only in one half-switching period, as well as other important features of the proposed circuit, the automatic balancing process (which removes the controller in this scheme from the basic structures), modularity, and implementation Comfortable A. It is not. These features have made this design applicable to important industrial applications such as satellites, electric cars (hybrids) and, in general, high power consumption (over kW), which is of particular importance for active or non-coal balancing processes. The proposed circuit is simulated in Orcad Capture software with 81% efficiency and 1.5 milliseconds equilibrium in the 0.5 V voltage difference between weak and strong cells (which is a very bad condition for cells). In this project, for simplicity of analysis, the simplest orbital model (single resistor and capacitive model) for lithium-ion batteries is used in the simulation. Keywords: Cell Balancing, Lithium-Ion Battery, Battery Shortening, Satellites, Electric Vehicles, Auto Balancing.