Разработка системы управления аккумуляторной батареей

ОГЛАВЛЕНИЕ

Оглавление        4

ВВЕДЕНИЕ        6

1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ        7

1. Балансировка и выравнивание заряда ячеек батарей        7
2. Самобалансировка        8
3. Температурный режим        9
4. Выравнивание ячеек        9
5. Активная балансировка        10
6. Пассивная балансировка        12
7. Аналоговые балансиры        14

1. Цифровые системы контроля перезаряда        15
2. Полноценные системы BMS        16
3. Сравнение нескольких типовых схем балансиров        17

1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ БАТАРЕИ        19

1. Выбор типа батареи        19
2. Литий-железо-фосфатный аккумулятор (LiFePO4, LFP)        22
3. Выбор программного обеспечения        23
4. Выбор ячейки аккумуляторной батареи из существующих        23
5. Математическая модель ячейки батареи        27
6. Моделирование процесса заряда LiFePo4 ячейки        39
7. Номинальная характеристика разряда LiFePo4 ячейки        40
8. Математическая модель батареи        40

1. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ БАЛАНСИРОВКИ        44

ЮУрГУ-140400.2016.130.01  ПЗ

Лист

4

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ        44

1. Модель балансирующего устройства для контроля за аккумуляторной ячейкой        44
2. Модель балансирующего устройства для контроля за аккумуляторной батареей        49

1. Принципиальная электрическая схема        53

1. Выбор элементной базы        53

MMBT3906        55

1. Печатная плата        57

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        58

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК        59

ЮУрГУ-140400.2016.130.01  ПЗ

Лист

5

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

ВВЕДЕНИЕ

В наше время появляется все больше различных типов аккумуляторов, для них требуются все более совершенные системы управления, поэтому для большей производительности ячеек аккумуляторных батарей необходимо использовать BMS (Battery Monitoring System).

Целью дипломного проекта является разработка системы управления аккуму- ляторной батареей. Ознакомление с серийно выпускаемыми BMS. Рассмотреть аналоговые, цифровые системы контроля перезаряда, также полноценные систе- мы BMS. Провести сравнительный анализ нескольких типовых схем. Разработать модель системы в Matlab-Simulink. Исследовать разработанную модель.

ЮУрГУ-140400.2016.130.01  ПЗ

Лист

6

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

1 ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕШЕНИЙ

1.1 Балансировка и выравнивание заряда ячеек батарей

В многоячеечных батареях, из-за того, что используется значительное число отдельных элементов, мы можем ожидать более высокой вероятности отказа, чем одноячеечной. Чем больше использовано ячеек, тем больше вероятность отказа и хуже эксплуатационные свойства.

Батареи, вроде тех, что используются для электротранспорта или гибридного электротранспорта, сделаны из длинной цепи ячеек, соединённых последователь- но, для достижения большего напряжения в 200 или 300 вольт или больше, более уязвимы. Проблема может быть смягчена в случае, если используются параллель- ные комплекты батарей, когда они требуются для достижения желаемой ёмкости или мощности. Для батареи из n элементов, вероятность отказа будет в n раз больше, чем для одноячеечной батареи.

Все ячейки не могут быть изготовлены абсолютно одинаковыми. Возможная вероятность отказа часто выше, чем эта, из-за возможности взаимодействия меж- ду ячейками. В связи с тем, что существует производственный разброс, различные температурные коэффициенты и различные характеристики старения отдельных ячеек, возникает вероятность, что отдельная ячейка в последовательной цепи мо- жет быть перегружена, что приведёт к преждевременному выходу из строя ячей- ки. Если есть слабая ячейка с уменьшенной ёмкостью в этой цепи, во время за- рядного цикла возникает опасность, что она достигнет полного заряда и будет пе- резаряжена пока остальные ячейки будут только заряжаться до номинальной ём- кости. В результате температура и давление будут нарастать и могут привести к повреждению ячейки. С каждым зарядным-разрядным циклом слабая ячейка бу- дет становиться всё слабее до тех пор, пока батарея не выйдет из строя. Во время разряда слабая ячейка будет иметь наибольшую глубину разряда и будет иметь тенденцию к выходу из строя больше остальных.

ЮУрГУ-140400.2016.130.01  ПЗ

Лист

7

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата