توصيفگر ها :
باتري ليتيوم‌يوني , وضعيت شارژ باتري , مدل مدار معادل باتري , آزمون دشارژ پالسي , فيلتر كالمن توسعه‌يافته تطبيقي
چكيده فارسي :
اين پايان‌نامه به بررسي روش‌هاي مختلف تخمين وضعيت شارژ باتري‌هاي ليتيوم‌يوني به ويژه روش‌هاي مبتني بر مدل مي‌پردازد و با پيشنهاد يك روش كارآمد، امكان تعيين پارامترهاي مدل مدار معادل باتري‌هاي ليتيوم يوني را با دقت مناسب فراهم مي‌كند. در ساليان اخير با پيشرفت سريع تكنولوژي و افزايش تقاضا براي دستگاه‌هاي الكترونيكي قابل حمل، خودروهاي الكتريكي و سيستم‌هاي ذخيره‌سازي انرژي، نياز به باتري‌هاي با كارايي بالا و عمر طولاني‌تر افزايش يافته است. باتري‌هاي ليتيوم‌يوني به دليل چگالي انرژي بالا، وزن كم و طول عمر مناسب به عنوان يكي از بهترين گزينه‌ها براي تأمين اين نيازها شناخته مي‌شوند. با اين حال، مديريت دقيق وضعيت شارژ باتري‌هاي ليتيوم‌يوني براي افزايش ايمني، بهينه‌سازي عملكرد و طول عمر آن‌ها امري ضروري است و اين موضوع نيازمند يك روش مناسب جهت تخمين دقيق وضعيت شارژ اين نوع باتري‌ها است.
در اين پايان‌نامه، در ابتدا به مدل‌سازي باتري‌هاي ليتيوم‌يوني به كمك مدل مدار معادل دوقطبي به منظور دستيابي به سادگي و دقت مناسب پرداخته مي‌شود. سپس به منظور اعمال يك آزمون دشارژ پالسي با دامنه ثابت به باتري‌هاي ليتيوم‌يوني كه يك روش ايده‌آل براي تعيين پارامترهاي مدل مدار معادل باتري است، مدار تست پيشنهادي ارائه مي‌شود. با استفاده از اين مدار تست، ظرفيت واقعي و ولتاژ ترمينال يك باتري ليتيوم‌يوني نمونه با ظرفيت نامي 2200 ميلي آمپرساعتي در اثر جريان دشارژ پالسي اندازه‌گيري مي‌شود و به كمك برازش منحني حداقل مربعات پارامترهاي مدل مدار معادل دوقطبي به دست مي‌آيد. مقايسه پاسخ واقعي باتري و پاسخ مدل باتري، خطاي مدل‌سازي ناچيزي را نشان مي‌دهد. به كمك مدل‌سازي انجام شده و الگوريتم‌هاي فيلتر كالمن توسعه‌يافته و فيلتر كالمن توسعه‌يافته تطبيقي، وضعيت شارژ باتري محاسبه شده و با مقايسه با وضعيت شارژ واقعي باتري مي‌توان نتيجه گرفت كه مدل‌سازي باتري به درستي انجام شده است و همچنين فيلتر كالمن توسعه‌يافته تطبيقي به دليل توانايي تطبيق پارامترها، عملكرد بسيار بهتري از خود نشان مي‌دهد و وضعيت شارژ را با دقت بالاتري به مقدار واقعي همگرا مي‌كند. در ادامه به طراحي و توسعه يك برد الكترونيكي براي انجام انواع آزمون‌هاي دشارژ با استفاده از ميكروكنترلر STM32 پرداخته مي‌شود. اين برد قابليت اجراي انواع آزمون‌هاي دشارژ پالسي و پيوسته بر روي باتري‌هاي ليتيوم‌يوني در جريان‌هاي پايين را فراهم مي‌كند.
چكيده انگليسي :
This thesis investigates various methods for estimating the state of charge (SoC) of lithium-ion batteries, particularly model-based approaches. It proposes an efficient method that enables the accurate determination of equivalent circuit model parameters for lithium-ion batteries. In recent years, with the rapid advancement of technology and the increasing demand for portable electronic devices, electric vehicles, and energy storage systems, the need for high-performance batteries with longer lifespans has grown significantly. Lithium-ion batteries, due to their high energy density, low weight, and adequate lifespan, are recognized as one of the best options to meet these demands. However, precise management of the SoC of lithium-ion batteries is essential for enhancing safety, optimizing performance, and prolonging their lifespan. This requires an appropriate method for accurately estimating the SoC of these batteries.
In this thesis, lithium-ion batteries are initially modeled using a bipolar equivalent circuit model to achieve simplicity and sufficient accuracy. Then, a test circuit is proposed to apply a constant amplitude pulse discharge test to lithium-ion batteries, which is an ideal method for determining the parameters of the equivalent circuit model. Using this test circuit, the actual capacity and terminal voltage of a sample lithium-ion battery with a nominal capacity of 2200 mAh are measured under pulse discharge current, and the parameters of the bipolar equivalent circuit model are obtained using least squares curve fitting. The comparison between the actual battery response and the battery model response shows minimal modeling error. With the developed modeling and extended Kalman filter (EKF) and adaptive extended Kalman filter (AEKF) algorithms, the battery’s SoC is calculated. By comparing the calculated SoC with the actual SoC of the battery, it can be concluded that the battery modeling has been correctly implemented, and the AEKF, due to its parameter adaptation capability, demonstrates significantly better performance, converging the SoC to the actual value with higher accuracy. Furthermore, the thesis discusses the design and development of an electronic board using the STM32 microcontroller for conducting various discharge tests. This board enables the execution of various pulse and continuous discharge tests on lithium-ion batteries at low currents.
