شماره مدرك
21191
شماره راهنما
18158
پديد آورنده
عطائي، احمد
عنوان
ارائه ساختار مبدل و الگوريتم براي متعادلسازي وضعيت شارژ سلولهاي باتريهاي ليتيومي مبتني بر روش هيسترزيس
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
ماشين و الكترونيك قدرت
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
هشت، 69ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
باتري ليتيوم-يوني , سيستم مديريت باتري , متعادلسازي باتري , خودروي الكتريكي
تاريخ ورود اطلاعات
1405/05/18
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
برق قدرت
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/05/19
كد ايرانداك
23234011
چكيده فارسي
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.
چكيده انگليسي
With the advancement of electric vehicle technologies, the effective and reliable use of rechargeable batteries has become a key concern for automobile manufacturers. Among rechargeable batteries, lithium-ion types are the most well-known. Their unique characteristics including high specific energy, high specific power, and low self-discharge rate have made them widely used in electric vehicles. Lithium-ion battery packs are not integrated units; rather, they are composed of a large number of individual cells. These cells are small battery units with relatively low voltage, capacity, and power. To provide the voltage and current required by electric vehicles, the cells are connected in series and parallel configurations. Although the cells used in a battery pack are selected from the same brand and with identical factory specifications, they are not completely identical and differ in capacity, internal resistance, internal voltage, aging rate, and other parameters. These inconsistencies originate both from internal factors (such as manufacturing variations) and external factors (such as the arrangement of cells within the pack and the heat transfer conditions). Such differences in a series string of cells limit the performance of that string, and ultimately the entire battery pack. For example, a cell with lower capacity compared to the others in the series string will reach full discharge sooner during operation. As a result, the entire series string becomes unable to deliver power even if the remaining cells still have charge. These inconsistencies reduce usable capacity, accelerate cell aging, and introduce significant safety risks such as overcharging and battery explosion.
A balancing controller is a vital component of the battery management system in all electric vehicles and plays an important role in increasing battery lifespan and ensuring safety. This research introduces various methods for balancing battery cells connected in series. There are many cell-balancing techniques, generally categorized into passive and active methods. Each category includes several sub-types, which are described in this work. The topologies, operating principles, power circuits, and different operating modes of each method are explained. Each topology has its own advantages and disadvantages, and these are compared accordingly. The parameters on which the balancing process is based are discussed as well, along with the benefits, drawbacks, and effectiveness of each parameter in achieving cell balancing.
One class of balancing methods examined in this study is the inductor-based approach. This method has gained more attention due to its advantages over other methods, including cost-effectiveness, fast response time, fewer circuit components, simpler control, and more. In this research, a new balancer with a novel topology and control strategy is proposed. This balancer uses an inductor as the energy-storage element and is capable of transferring energy between any two cells in the series string. As a result, it offers advantages such as high speed, high accuracy, and high efficiency. Since this strategy avoids unnecessary charging and discharging of the batteries, it produces less heat and increases battery lifespan. Using this converter, series-connected batteries can be balanced quickly and accurately.
استاد راهنما
محمد سعيد مهدوي
استاد داور
حميدرضا كارشناس , احمدرضا تابش