پديد آورنده :
نصري نصرآبادي، عرفان
عنوان :
طراحي و ساخت سيستم مديريت باتري هاي سرب اسيدي با قابليت تخمين پارامترهاي مدل مدار معادل باتري
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
نه، 85ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
حميدرضا كارشناس
توصيفگر ها :
سيستم هاي ذخيره ساز انرژي , مدل سازي باتري , وضعيت شارژ , سيستم مديريت و نظارت باتري , باتري سرب اسيد
استاد داور :
احمدرضا تابش، زينب مالكي
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/06/28
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/06/28
چكيده فارسي :
در عصر حاضر با گسترش ارتباطات و فناوري اطلاعات، استفاده از وسايل الكترونيكي قابل حمل همچون گوشي‌هاي تلفن همراه و لپ‌تاپ‌ها بطور چشمگيري توسعه يافته است. ذخيره و تأمين انرژي بصورت آسان و مطلوب به منظور استفاده كاربردي از اين وسايل، ضروري است. به دليل مشكلات و عوارض آلودگي هوا، شركت‌هاي بزرگ خودروسازي سالانه هزينه‌هاي گزافي را صرف ساخت خودروهاي الكتريكي و هيبريدي مي‌نمايند كه از مهمترين چالش‌ها در رابطه با ساخت اين خودروها، نحوه‌ي ذخيره انرژي مورد نياز آن‌ها است. فراهم كردن پيوسته توان مورد نياز براي بارهاي راهبردي و حساس در زمان‌هايي كه شبكه انرژي الكتريكي از دست مي‌رود، از ديگر كاربردهاي حياتي است كه اهميت نياز به ذخيره‌سازهاي انرژي را نشان مي‌دهد. در تمامي موارد فوق و بسياري از كاربردهاي ديگر، از باتري‌ها به عنوان ذخيره‌ساز انرژي استفاده مي‌شود. با وجود پيشرفت چشمگير تكنولوژي طراحي و ساخت باتري‌هاي مختلف، همچنان نمي‌توان عملكرد صحيح باتري‌ها را تضمين كرد. از طرفي متأسفانه بيشتر كاربران از نحوه درست حفاظت و نگهداري باتري آگاه نيستند. اين عدم آگاهي از ويژگي‌ها و خصوصيات باتري در كنار شرايط نگهداري نادرست، باعث مي‌شود كه نتوان از حداكثر ظرفيت باتري استفاده كرد و حتي ممكن است باتري قبل از سپري كردن طول عمر اقتصادي خود بطور كامل آسيب ببيند. اين مسأله منجر به تحميل هزينه‌هاي گزاف به خصوص در مقياس‌هاي بزرگ مي‌شود. بنابراين يك سيستم مديريت كه بتواند رفتار باتري را بطور پيوسته و برخط بررسي كرده، حالت‌هاي مختلف باتري از جمله وضعيت شارژ و وضعيت سلامت باتري را تخمين بزند و بروز هر گونه خطا در سيستم را به موقع تشخيص دهد، براي افزايش قابليت اطمينان و بهبود عملكرد كل سيستم ضروري است.
ساختار اين پايان‌نامه به سه بخش اصلي تقسيم مي‌شود. در قسمت اول به بررسي سخت‌افزار پيشنهاد شده به منظور تعيين ساختار بهينه و پارامترهاي مدل مدار معادل باتري‌هاي سرب اسيد پرداخته مي‌شود. اين مدار كه به منظور دشارژ باتري با يك جريان پله‌اي با نرخ ثابت طراحي شده است، يك روش جامع است كه مي‌تواند براي تعيين مدل مدار معادل انواع باتري به كار برده شود. سپس با استفاده از سخت‌افزار ساخته شده، مدل مدار معادل يك باتري سرب اسيد نمونه با ولتاژ نامي 12 ولت و ظرفيت 7/2 آمپرساعت بدست مي‌آيد. با مقايسه پاسخ مدل باتري با پاسخ واقعي، خطاي مدل‌سازي كمتر از 0/4 درصد مي‌باشد. در بين روش‌هاي مختلف تخمين وضعيت شارژ، روش تخمين مبتني بر مدل، كاربردي‌ترين رويكرد است كه دقت اين روش، به طور قابل توجهي به دقت مدل‌سازي باتري بستگي دارد. در بخش دوم اين پايان نامه، با ارائه رويكردي مبني بر نحوه پياده‌سازي فيلتر كالمن توسعه‌يافته در سيستم‌هاي تعبيه شده، وضعيت شارژ باتري مورد آزمايش با استفاده از مدل بدست آمده در بخش اول تحت يك رژيم دشارژ مشخص، تعيين مي‌شود. با مقايسه وضعيت شارژ بدست آمده از روش فيلتر كالمن توسعه يافته با روش شمارش كولمب، مي‌توان نتيجه گرفت كه مدل‌سازي باتري سرب اسيد نمونه به درستي انجام شده است. در نهايت، الزامات فني و ساختار‌هاي مختلف سيستم مديريت باتري بطور مختصر بررسي شده و يك سيستم مديريت باتري به منظور كنترل چهار باتري سرب اسيد سري شده، طراحي و پياده‌سازي مي‌شود.
چكيده انگليسي :
Battery ensures power solutions for many necessary applications such as electric vehicles, smart grids and portable devices. Owing to the rapid growth of battery users, unwanted incidents involving batteries have also increased to some extent. In particular, the sudden breakdown of industrial and lightweight machinery due to battery failure causes a substantial economic loss for the industry. Consequently, battery state estimation, and management system have become a topic of interest for researchers. Considering this, appropriate battery modeling is very crucial to correctly predict the state of charge (SOC) and state of health (SOH) in batteries.
This thesis is mainly focused on three parts. The first one is battery data acquisitions using the suggested pulse current discharge circuit comprising a passive load. Application of the method to real lead-acid battery testing data is presented. The example indicates that the method gives very good results with modeling error of less than 0.4 percent. The precise estimation of SOC in batteries is essential to assure their safe use, increase the battery lifespan, and achieve better management. Various methods of SOC estimation for different types of batteries have been used. Among these methods, the model-based estimation method is the most practical and reliable. The accuracy of the utilized model is a crucial factor in realizing better SOC estimation in the model-based method. In the second part of this thesis, using the lead-acid battery equivalent circuit model extracted in the first part, the SOC is precisely estimated via an extended Kalman filter. The third part of this thesis, focuses on the hardware aspects of battery management systems (BMS) for stationary applications. The purpose is giving an overview on existing concepts in state-of-the-art systems and enabling the reader to estimate what has to be considered when designing a BMS for a given application. Finally, the proposed BMS for lead-acid batteries is designed and built to control four lead-acid cells in series.
استاد راهنما :
حميدرضا كارشناس
استاد داور :
احمدرضا تابش، زينب مالكي
