Thiết kế mạch cân bằng năng lượng cho các cell pin nối nối tiếp dựa trên mạch chuyển đổi Cuk hai chiều
16 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.FEE.2024.58-64Từ khóa:
Pin Lithium-Ion; Mạch cân bằng; Bộ chuyển đổi Cuk; Trạng thái tích điện; Điều khiển cân bằng tối ưu.Tóm tắt
Bài báo đề xuất thiết kế mạch cân bằng năng lượng cho hai cell pin Lithium-ion liền kề trong gói pin dựa trên nguyên lý bộ chuyển đổi CuK hai chiều có sửa đổi. Thiết kế này chỉ sử dụng một MOSFET để truyền năng lượng giữa hai cell liền kề với một chuyển mạch điều khiển hướng truyền năng lượng, chuyển mạch thứ 2 điều khiển cắt mạch cân bằng ra khỏi các cell khi SoC của 2 cell đã được cân bằng. Thiết kế này khắc phục một số nhược điểm khi áp dụng nguyên lý bộ chuyển đổi Cuk hai chiều để thiết kế mạch cân bằng, đó là cần có nguồn DC nhiều mức để mở MOSFET và vấn đề mất năng lượng trên các phần tử của mạch cân bằng. Mạch cân bằng thiết kế cũng dễ dàng mở rộng cho gói pin có số lượng cell lớn. Các kết quả thử nghiệm điều khiển cân bằng cell dựa trên điều khiển phản hồi trạng thái SoC cho 07 cell pin SAMSUNG 22P nối nối tiếp để chứng minh hiệu quả của thiết kế mạch cân bằng cho hai cell liền kề được đề xuất trong bài báo.
Tài liệu tham khảo
[1]. Rahimi EH, Ojha U, Baronti F, et al. “Battery management system: An overview of its application in the smart grid and electric vehicles”, IEEE Ind Electron Mag 7, 4–16, (2013).
https://doi.org/10.1109/MIE.2013.2250351 DOI: https://doi.org/10.1109/MIE.2013.2250351
[2]. Rivera Barrera JP, Muñoz Galeano N, Sarmiento-Maldonado HO “SoC estimation for
lithium-ion batteries: Review and future challenges”. Electron 6, 102–120, (2017).
https://doi.org/10.3390/electronics6040102 DOI: https://doi.org/10.3390/electronics6040102
[3]. Alvarez DA, Estévez B, Adyr A, et al. “A review of battery equalizer circuits for electric
vehicle applications”. Energ 13, 5688–5705, (2020). https://doi.org/10.3390/en13215688 DOI: https://doi.org/10.3390/en13215688
[4]. How Lithium-Ion batteries in EVs catch fire. Available from: https://adreeshghoshal.medium.com/how-lithium-ion-batteries-in-evs-catch-fire
[5]. Wu TZ, Ji F, Liao L, et al. “Voltage-SOC balancing control scheme for series-connected
lithium-ion battery packs.” J Energy Storage 25, 100895, (2019).
https://doi.org/10.1016/j.est.2019.100895 DOI: https://doi.org/10.1016/j.est.2019.100895
[6]. Hauser A, Kuhn R “Cell balancing, battery state estimation, and safety aspects of battery management systems for electric vehicles.” Adv Battery Technol Electr Veh, 283–326, (2015). https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-377-5.00012-1. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-377-5.00012-1
[7]. Shang Y, Zhang C, Cui N, et al. “A cell-to-Cell battery equalizer with zerocurrent switching and zero-voltage gap based on quasi-resonant LC converter and boost converter”. IEEE Trans Power Electron 30, 3731–3747, (2015). https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2345672 DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2014.2345672
[8]. Cao J, Schofield N, Emadi “A Battery balancing methods: A comprehensive review.” IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference 2008, 1–6, (2008). http://doi:10.1109/VPPC.2008.4677669 DOI: https://doi.org/10.1109/VPPC.2008.4677669
[9]. Ouyang Q, Chen J, Xu C, et al. “Cell balancing control for serially connected lithium-ion batteries.” American Control Conference (ACC), 3095–3100, (2016). https://doi: DOI: https://doi.org/10.1109/ACC.2016.7525393
1109/ACC.2016.7525393
[10]. Gallardo-Lozano J, Romero-Cadaval E, Milanes-Montero MI, et al. “Battery equalization active methods.” J Power Sources 246, pp. 934–949, (2014). https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.08.026 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.08.026
[11]. Moore S, Schneider P “A review of cell equalization methods for lithium ion and lithium polymer battery systems”. SAE 2001 World Congress 0959, 1–7, (2001). https://doi.org/10.4271/2001- 01-0959 DOI: https://doi.org/10.4271/2001-01-0959
[12]. Sanjaya M, “Switching power supplies A to Z,” 1st edition, eBook, ISBN-9780080461557, (2006). Available from: https://www.elsevier.com/books/switching-power-supplies-a-z/maniktala/978-0-7506-7970-1.
[13]. Maksimovic D, Cuk S, “A unified analysis of PWM converters in discontinuous modes.” IEEE Trans Power Electron 6, pp. 476–490, (1991). https://doi.org/10.1109/63.85890 DOI: https://doi.org/10.1109/63.85890
[14]. Wu ST, Chang YN, Chang CY, et al. “A fast charging balancing circuit for LiFePO4 battery.” Electron 8, 1144, (2019). https://doi.org/10.3390/electronics8101144 DOI: https://doi.org/10.3390/electronics8101144
[15]. Guo Z, Zhu H “An application of communication system on the navigation light's filament status based on RS-485.” 2nd International Conference on Remote Sensing, Environment and Transportation Engineering, 1–3, (2012). https://doi.org/10.1109/RSETE.2012.6260381 DOI: https://doi.org/10.1109/RSETE.2012.6260381
[16]. Rahman I, Riawan DC, Ashari M “Design and implementation of DC-DC bidirectional Cuk converter with average current mode control for lead acid battery testing.” International Seminar on Intelligent Technology and Its Applications (ISITIA) 2019, 183–188, (2019).
https://doi.org/10.1109/ISITIA.2019.8937200 DOI: https://doi.org/10.1109/ISITIA.2019.8937200
