Skip to main content
SUPERVISOR
Hossein Farzanehfard,Ehsan Adib
حسین فرزانه فرد (استاد راهنما) احسان ادیب (استاد مشاور)
 
STUDENT
Mohammad Javad Emami
محمدجواد امامی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1393

TITLE

Investigation and improvement of battery cell voltage balancing in structure of power transfer from bus to cell
Today, because of fossil energy crisis, the renewable energy becomes more significant. For example, the sun energy is used for generating electrical energy and the electrical vehicles are used for traortation. The challenge these energies are faced with, is non-permanent and limited generation or usage of them; the EVs need a equipment to storage electrical energy and generating electricity in the absence of sun is not possible. Therefore, it is necessary to use batteries for storing energy. The characteristics of batteries are different according to their types. Good conditions must be prepared to get appropriate operation and prevent of decreasing in batteries life time. The minimum or maximum allowed voltage is limited and these range must be considered. For reaching high voltages, the battery cells should be connected in series. The battery management system will check the SOC of each battery and if one of them have higher or lower voltage than limitation, charging or discharging procedure must be stopped. This will cause to use the capacity of batteries incompletely. Consequently, it is necessary to balance the SOC of battery cells with balancing circuits. Some of these circuits dissipate the energy of cells with higher SOC to reach a balanced state. Therefore, these circuits are not suitable for balancing applications, due to low efficiency. Some others, use the power electronic techniques to transfer the energy between batteries with higher and lower SOC. These circuits must have high efficiency to prevent losing stored energy and some other proper specifications such as: size, balancing speed, number of used semi-conductors, control procedure of main switch duty cycle, method of transferring energy between cells and soft switching. In this thesis, some battery cell balancing circuits are investigated and a new topology is introduced to improve the specification of these circuits. At first, some balancing circuits will analyze and their advantages and disadvantages will discuss. Then, proposed circuit will introduced based on forward converter, in which only one high frequency switch with soft-switching in turn off and turn on is used. Besides, no additional circuit is used to reset the magnetic core and the number of used elements, specially semi-conductors, are as less as possible. A controller is used to select the cell with lower voltage with an optimized algorithm. After that, the proposed circuit is analyzed theoretically and its performance is investigated. Also, a prototype of suggested circuit is made and the simulated and experimental results are compared. Keywords Battery, Cell Balancing, DC/DC Converters, Power Electronic Converters, Soft-Switching Techniques.
امروزه با جدی شدن خطر اتمام منابع انرژی فسیلی، مسئله‌ی تأمین انرژی از منابع تجدیدپذیر و پاک بیش‌تر مورد توجه قرار گرفته‌است؛ به طور مثال، برای تولید برق از انرژی خورشیدی و در حمل و نقل از انرژی الکتریکی استفاده می‌شود. چالشی که این‌گونه منابع با آن روبرو هستند، عدم امکان استفاده از آن‌ها به طور دائمی است؛ خودروی برقی به وسیله‌ای برای ذخیره‌ی انرژی الکتریکی نیاز دارد و تولید برق از انرژی خورشیدی، در نبود خورشید امکان‌پذیر نیست. پس باید از باتری برای ذخیره‌ی انرژی الکتریکی استفاده کرد. مشخصات باتری‌ها بر اساس نوع آن‌ها، با هم متفاوت است. برای عملکرد صحیح و جلوگیری از کاهش طول عمر باتری، باید شرایط مناسبی را بر اساس مشخصات باتری برای آن فراهم کرد. یکی از این مشخصات، حداکثر و حداقل ولتاژ قابل قبول برای آن‌هاست و اگر رعایت نشود، موجب آسیب‌رسانی به باتری می‌شود. در برخی کاربردها، باید تعدادی باتری را سری کرد تا ولتاژ مطلوب به دست آید. سیستم کنترل‌کننده‌ی باتری باید SOC هر باتری را بررسی کند و هنگامی که ولتاژ یکی از آن‌ها بیش تر و یا کم‌تر از حد مجاز شد، روند شارژ یا دشارژ را متوقف کند. این امر موجب عدم استفاده‌ی کامل از ظرفیت مجموعه باتری خواهدشد. در نتیجه، باید ولتاژ همه‌ی باتری‌ها را با هم مساوی کرد. این کار به کمک مدارهای متعادل‌ساز باتری، انجام‌شدنی است. برخی از مدارهای متعادل‌سازی، انرژی باتری با SOC بیش‌تر را تلف می‌کنند تا تعادل برقرار شود. این نوع مدار‌ها بازده مناسبی ندارند. برخی دیگر، انرژی باتری با SOC بیش‌تر را می‌گیرد و به باتری با SOC کم‌تر می‌دهد. در این دسته از متعادل‌ساز‌ها، از تکنیک‌های الکترونیک قدرت استفاده می‌شود. این مدارها باید بازدهی مناسبی داشته‌باشند تا انرژی ذخیره‌شده را به هدر ندهند. هم‌چنین، حجم آن‌ها باید به گونه‌ای باشد که بتوانند در کنار باتری‌ها قرار بگیرند. سرعت مناسب در برقراری تعادل، عدم وجود تعداد زیاد المان نیمه‌هادی در مسیر عبور توان، عدم نیاز به کنترل و تغییر ضریب وظیفه‌ی سوییچ‌زنی، امکان تبادل انرژی از یک سلول به سایر سلول‌ها و برعکس(دوجهته بودن) و سوییچ‌زنی نرم از جمله ویژگی‌های یک مدار متعادل‌ساز مناسب است. هدف از این پایان‌نامه، بررسی مدارهای ارائه‌شده برای متعادل‌سازی بین باتری ها و ارائه‌ی ساختاری جدید برای دست‌یابی به ویژگی‌های مطلوب این گونه مدارها است. در ابتدا چند نمونه از مدارهای متعادل‌ساز موجود بررسی می‌شوند و سپس مدار پیشنهادی معرفی می‌شود. در این مدار، از ساختار ترانسفورمر فوروارد برای تبادل انرژی میان سلول‌ها استفاده ‌شده‌است. هسته‌ی این ترانسفورمر، بدون استفاده از مدار کمکی تخلیه می‌شود و سوییچ مدار نیز در شرایط نرم تغییر وضعیت می‌دهد. هم‌چنین، برای انتخاب سلولی که نیازمند دریافت انرژی است، یک کنترلر در نظر گرفته‌‌شده‌است. مدار‌ پیشنهادی، از نظر تئوری تحلیل شده و پس از شبیه‌سازی، به طور عملی پیاده‌سازی شده‌است. واژه‌های کلیدی: 1- باتری، 2- متعادل‌سازی، 3- مبدل‌های DC/DC، 4- روش‌های سوییچ‌زنی نرم.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی