Μελέτη και κατασκευή συστήματος επιτήρησης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή ενός συστήματος επίβλεψης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών. Η συγκεκριμένη εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2018
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/11167 |
| id |
nemertes-10889-11167 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Σύστημα επιτήρησης συσσωρευτών ηλεκτροκίνητου οχήματος Ισοστάθμιση ενέργειας συσσωρευτών Κύκλωμα προστασίας συσσωρευτών Ενεργό κύκλωμα ισοστάθμισης Electric vehicle battery management system (BMS) Battery balancing system Battery protection circuit Active balancing circuit 629.250 24 |
| spellingShingle |
Σύστημα επιτήρησης συσσωρευτών ηλεκτροκίνητου οχήματος Ισοστάθμιση ενέργειας συσσωρευτών Κύκλωμα προστασίας συσσωρευτών Ενεργό κύκλωμα ισοστάθμισης Electric vehicle battery management system (BMS) Battery balancing system Battery protection circuit Active balancing circuit 629.250 24 Ηλιακίδης, Άγγελος Μελέτη και κατασκευή συστήματος επιτήρησης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή ενός συστήματος επίβλεψης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών. Η συγκεκριμένη εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών.
Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη των επιμέρους κυκλωμάτων από τα οποία αποτελείται ένα σύστημα επίβλεψης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών. Τα παραπάνω συστήματα παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον και είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των συσσωρευτών κάτω από ασφαλείς συνθήκες. Ειδικότερα, η μη επίβλεψη των ηλεκτροχημικών συσσωρευτών ιόντων λιθίου μπορεί να επιφέρει καταστροφικά αποτελέσματα. Για το λόγο αυτό επιλέχθηκε να μελετηθεί και να κατασκευαστεί ένα σύστημα όπως αυτό που αναφέρεται, το οποίο θα επιβλέπει τους συσσωρευτές ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος τύπου buggy.
Αρχικά, έγινε παρουσίαση των χαρακτηριστικών των ηλεκτροχημικών συσσωρευτών. Στη συνέχεια αναλύθηκαν τα βασικότερα μέρη από τα οποία αποτελείται ένα σύστημα επίβλεψης αυτών. Επίσης, αναφέρθηκαν τα μεγέθη των οποίων η γνώση είναι αναγκαία και εντοπίστηκε η ανάγκη ύπαρξης ενός κυκλώματος ισοστάθμισης της ενέργειας των κελιών.
Στη συνέχεια, αναλύθηκαν οι διάφοροι μέθοδοι μέτρησης των τάσεων μίας συστοιχίας έξι κελιών και μελετήθηκαν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κάθε μεθόδου. Έπειτα, επιλέχθηκε η καταλληλότερη μέθοδος και κατασκευάστηκε πλακέτα για να δοκιμαστεί το ολοκληρωμένο μέτρησης τάσεων BQ76PL536A-Q1.
Σε επόμενη φάση, μελετήθηκαν οι κυριότερες τοπολογίες ισοστάθμισης της ενέργειας των ηλεκτροχημικών συσσωρευτών και αναπτύχθηκαν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε μίας. Ακολούθησε η επιλογή της καταλληλότερης τοπολογίας και η προσομοίωση της λειτουργίας της μέσω του προγράμματος Matlab/Simulink. Μετά από ορισμένες αλλαγές στη διάταξη και εκ νέου προσομοιώσεις, κατασκευάστηκε πλακέτα, για να ελεγχθεί η ορθότητα της λειτουργίας της.
Τέλος, κατασκευάστηκε το ολοκληρωμένο σύστημα επίβλεψης, το οποίο είναι ικανό να συγκεντρώνει κάθε φορά τα απαραίτητα δεδομένα για τη λειτουργία των συσσωρευτών κάτω από ασφαλή όρια. Μία ακόμη αρμοδιότητά του είναι ο υπολογισμός της στάθμης φόρτισης κάθε κελιού, με στόχο τη εξισορρόπηση της ενέργειας των συσσωρευτών. Επιπρόσθετα, κάθε πλακέτα είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορεί να επικοινωνεί με όμοιες της, οι οποίες επιβλέπουν υψηλότερα ή χαμηλότερα στη συστοιχία κελιά. Με αυτό τον τρόπο, είναι δυνατόν να επιβλέπουμε τους συσσωρευτές ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος με τη χρήση ενός μόνο μικροελεγκτή. Στο τέλος της παρούσας διπλωματικής εργασίας επιβεβαιώνεται η θεωρητική ανάλυση των επιμέρους κυκλωμάτων, με μία σειρά από πειραματικά αποτελέσματα. |
| author2 |
Μητρονίκας, Επαμεινώνδας |
| author_facet |
Μητρονίκας, Επαμεινώνδας Ηλιακίδης, Άγγελος |
| format |
Thesis |
| author |
Ηλιακίδης, Άγγελος |
| author_sort |
Ηλιακίδης, Άγγελος |
| title |
Μελέτη και κατασκευή συστήματος επιτήρησης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών |
| title_short |
Μελέτη και κατασκευή συστήματος επιτήρησης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών |
| title_full |
Μελέτη και κατασκευή συστήματος επιτήρησης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών |
| title_fullStr |
Μελέτη και κατασκευή συστήματος επιτήρησης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη και κατασκευή συστήματος επιτήρησης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών |
| title_sort |
μελέτη και κατασκευή συστήματος επιτήρησης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών |
| publishDate |
2018 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/11167 |
| work_keys_str_mv |
AT ēliakidēsangelos meletēkaikataskeuēsystēmatosepitērēsēsēlektrochēmikōnsyssōreutōn AT ēliakidēsangelos designandconstructionofabatterymanagementsystem |
| _version_ |
1771297183452102656 |
| spelling |
nemertes-10889-111672022-09-05T09:40:53Z Μελέτη και κατασκευή συστήματος επιτήρησης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών Design and construction of a battery management system Ηλιακίδης, Άγγελος Μητρονίκας, Επαμεινώνδας Τατάκης, Εμμανουήλ Iliakidis, Angelos Σύστημα επιτήρησης συσσωρευτών ηλεκτροκίνητου οχήματος Ισοστάθμιση ενέργειας συσσωρευτών Κύκλωμα προστασίας συσσωρευτών Ενεργό κύκλωμα ισοστάθμισης Electric vehicle battery management system (BMS) Battery balancing system Battery protection circuit Active balancing circuit 629.250 24 Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη μελέτη και κατασκευή ενός συστήματος επίβλεψης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών. Η συγκεκριμένη εργασία εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η μελέτη των επιμέρους κυκλωμάτων από τα οποία αποτελείται ένα σύστημα επίβλεψης ηλεκτροχημικών συσσωρευτών. Τα παραπάνω συστήματα παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον και είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των συσσωρευτών κάτω από ασφαλείς συνθήκες. Ειδικότερα, η μη επίβλεψη των ηλεκτροχημικών συσσωρευτών ιόντων λιθίου μπορεί να επιφέρει καταστροφικά αποτελέσματα. Για το λόγο αυτό επιλέχθηκε να μελετηθεί και να κατασκευαστεί ένα σύστημα όπως αυτό που αναφέρεται, το οποίο θα επιβλέπει τους συσσωρευτές ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος τύπου buggy. Αρχικά, έγινε παρουσίαση των χαρακτηριστικών των ηλεκτροχημικών συσσωρευτών. Στη συνέχεια αναλύθηκαν τα βασικότερα μέρη από τα οποία αποτελείται ένα σύστημα επίβλεψης αυτών. Επίσης, αναφέρθηκαν τα μεγέθη των οποίων η γνώση είναι αναγκαία και εντοπίστηκε η ανάγκη ύπαρξης ενός κυκλώματος ισοστάθμισης της ενέργειας των κελιών. Στη συνέχεια, αναλύθηκαν οι διάφοροι μέθοδοι μέτρησης των τάσεων μίας συστοιχίας έξι κελιών και μελετήθηκαν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κάθε μεθόδου. Έπειτα, επιλέχθηκε η καταλληλότερη μέθοδος και κατασκευάστηκε πλακέτα για να δοκιμαστεί το ολοκληρωμένο μέτρησης τάσεων BQ76PL536A-Q1. Σε επόμενη φάση, μελετήθηκαν οι κυριότερες τοπολογίες ισοστάθμισης της ενέργειας των ηλεκτροχημικών συσσωρευτών και αναπτύχθηκαν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της κάθε μίας. Ακολούθησε η επιλογή της καταλληλότερης τοπολογίας και η προσομοίωση της λειτουργίας της μέσω του προγράμματος Matlab/Simulink. Μετά από ορισμένες αλλαγές στη διάταξη και εκ νέου προσομοιώσεις, κατασκευάστηκε πλακέτα, για να ελεγχθεί η ορθότητα της λειτουργίας της. Τέλος, κατασκευάστηκε το ολοκληρωμένο σύστημα επίβλεψης, το οποίο είναι ικανό να συγκεντρώνει κάθε φορά τα απαραίτητα δεδομένα για τη λειτουργία των συσσωρευτών κάτω από ασφαλή όρια. Μία ακόμη αρμοδιότητά του είναι ο υπολογισμός της στάθμης φόρτισης κάθε κελιού, με στόχο τη εξισορρόπηση της ενέργειας των συσσωρευτών. Επιπρόσθετα, κάθε πλακέτα είναι κατασκευασμένη με τέτοιο τρόπο, ώστε να μπορεί να επικοινωνεί με όμοιες της, οι οποίες επιβλέπουν υψηλότερα ή χαμηλότερα στη συστοιχία κελιά. Με αυτό τον τρόπο, είναι δυνατόν να επιβλέπουμε τους συσσωρευτές ενός ηλεκτροκίνητου οχήματος με τη χρήση ενός μόνο μικροελεγκτή. Στο τέλος της παρούσας διπλωματικής εργασίας επιβεβαιώνεται η θεωρητική ανάλυση των επιμέρους κυκλωμάτων, με μία σειρά από πειραματικά αποτελέσματα. This diploma thesis focuses on the analysis and construction of a Battery Management System (BMS). The thesis was elaborated at the Laboratory of Electromechanical Energy Conversion in the department of Electrical and Computer Engineering of School Engineering at University of Patras. The purpose of this thesis is to study all the individual circuits that compounds a Battery Management System. These types of systems are of particular interest and there are necessary for the safe operation of the batteries. Specifically, lithium ion batteries can cause disastrous results, if a BMS is not being used. For this reason, it was chosen to study and construct a BMS which will oversee the battery pack of an electric vehicle. First of all, the characteristics of batteries were presented. Moreover, the inquiry of the main parts of a BMS took place. Furthermore, the measurements, whose knowledge is necessary, were reported. Also, from the above analysis, it is obvious that a balancing circuit is needed in order to equalize the batteries state of charge of the battery pack. In addition, the various methods of measuring voltages of a six-cell battery pack were analyzed. Thinking of the advantages and disadvantages of each voltage measuring method, the most appropriate one was selected and constructed. By this, we managed to communicate with the voltage measuring IC, BQ76PL536A-Q1. The next step of this project is the presentation of the most important cell balancing topologies, along with the advantages and disadvantages of each one. One of these topologies was selected and simulated in Matlab/Simulink. The results of the simulation forced us to change some things in the topology. After the simulation of the new topology, this was constructed in order to verify its correct operation. Finally, the BMS circuit, which is able to gather the necessary data, was constructed. These data guide the BMS to take decisions, in order to operate under safe conditions. One more thing that it was necessary was to compute the state of charge of each cell. The main purpose of this was to transfer energy from the most charged cells to the weakest. Furthermore, each PCB was created in such a way that can allow communication with others, which oversee higher or lower in the pack, battery cells. In this way, it is possible to supervise the batteries the batteries of an electric vehicle using a single microcontroller. At the end of this diploma thesis, the theoretical analysis of the individual circuits was confirmed by a series of experimental results. 2018-04-11T08:41:33Z 2018-04-11T08:41:33Z 2017-03-08 Thesis http://hdl.handle.net/10889/11167 gr 12 application/pdf |
