ياو جين

(مدرسة تشو الهندسة الميكانيكية والمواد، وقوانغشى وتشو 543،000)

لتحقيق خلايا الوقود للحد من تموج القابلة لإعادة الشحن بطارية ليثيوم بوليمر، اقترح غير معزولة ثابت الحالي / ثابت الجهد الوضع شاحن تحكم التبديل PI دفعة تصميم خلايا الوقود. مشاكل لخلايا الوقود تتطلب موازنة السلطة جهاز يصل المشاكل، وبطاريات ليثيوم بوليمر كما بطارية احتياطية قابلة للشحن، وعملية شحن للدفعة التقليدية شاحن تموج سعة كبيرة، لا يفضي إلى عمر البطارية، من خلال زيادة مشتق خصائص شاحن حالة استقرار ونقل وظيفة، على أساس تصميم وحدة تحكم PI التجاري الخارجي الدوائر المتكاملة MAX745، لتحقيق تيار ثابت (تيار مستمر، CC) والجهد المستمر (الجهد المستمر، CV) مفتاح الوضع تهمة، للحصول على أفضل تأثير استقرار من الشحن ورفض مضاعف. وقد اظهرت النتائج أن الخوارزمية المقترحة لديها هامش عالية الاستقرار والحصول على سرعة شحن سريع، وانخفاض استهلاك البطارية، تم تصميم صلاحية دائرة الشحن.

غير معزولة، والسيطرة PI، وسائط التبديل، وتعزيز الشحن، خلية وقود

CLC: TP371

كود الوثيقة: A

DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.06.037

شكل الاقتباس الصيني: ياو الذهب. Nonisolated CC / CV تصميم مراقبة الوضع تبديل PI شاحن دفعة خلايا الوقود التكنولوجيا الالكترونية، 2017،43 (6): 147-150،154.

الإنجليزية شكل الاقتباس: ياو جين. تصميم غير معزولة الوضع CC / CV التبديل السيطرة PI شاحن خلية الوقود معززة .Application من تقنيات الالكترونية، 2017،43 (6): 147-150،154.

0 مقدمة

أجهزة الكمبيوتر المحمولة وغيرها من الأجهزة الإلكترونية المحمولة تزداد شعبية لمتطلبات كثافة الطاقة إمدادات الطاقة وأيضا زيادة، العديد من الشركات بطارية يحاولون إيجاد سبل لتحسين وقت تشغيل هذه الأجهزة النقالة، وخلايا الوقود الصغيرة هو ذاته اعدة حل . ومع ذلك، منذ الطاقة المطلوبة لبدء تشغيل خلية الوقود موازنة المعدات، وتتطلب بعض الوقت لتوليد الكهرباء، الأمر الذي يجعل الاستخدام المباشر للقوة قد يكون من الصعب، ولكن يمكن استخدامها كقوة شحن البطارية الثانوية .

حاليا، والتكنولوجيا ناضجة نسبيا تحويل باك، وخلايا الوقود وجود سمة ذات الجهد المنخفض، والحاجة إلى استكمال تحويل دفعة بطارية ليثيوم عملية الشحن. بسبب غير معزولة دفعة تحويل الدائرة التي هي بسيطة ومنخفضة التكلفة، وقد درس على نطاق واسع. ومع ذلك، غير معزولة دفعة تحويل جود ارتفاع الناتج تموج الحالية، وعمر البطارية ليست مواتية ل. وفي هذا الصدد، التقليدية معزولة غير تحويل دفعة ليس عنصر التفاعل كبير جدا، وكانت هناك العديد من الطرق للحد من تموج بين العاكس وشبكة الكهرباء، على سبيل المثال L، LC، LCL، الخ، يضاف بين مغو والعاكس هو الشبكة أسهل طريقة، وتأثير تعديل التوافقي يمكن تعويضه. ويمكن أيضا أن طريقة استخدامها لشحن البطاريات للحد من الشحن تموج محول DC أحادي القطب كمصدر الحالي. وثيقة تنفيذها باستخدام وسيط إخراج إضافية تموج تخفيف الفعال بين تحويل باك والحمل، ولكن لا يمكن ضمان استقرار المحول.

هنا بإضافة مغو الإخراج، تبديل تموج وتقليل التوافقيات عالية التردد، وليس السعة المطلوبة. وعلاوة على ذلك، مغو إضافية وتصفية إخراج مكثف C-L تشكيل خوارزمية تحكم بسيطة. يختلف عن تحويل دفعة التقليدية، وحدة تحكم PI للسيطرة على الانتاج الحالي والجهد لتحقيق تيار ثابت (CC) والجهد المستمر (CV) شحن مفتاح الوضع.

بطارية ليثيوم بوليمر هيكل شاحن دفعة

ويبين الشكل 1 والمحمولة المدمجة ليثيوم بوليمر خلايا وقود غشاء التبادل بروتون (خلية غشاء تبادل البروتون الوقود، PEMFC) شحن الهندسة المعمارية. PEMFC كومة خلية الوقود تتألف من عشرة الخلوية، تختلف من 10 V إلى 6 V انتاج التيار الكهربائي، قوة أقصاها 180 W. يتم ترتيب ثلاثة يوان سلسلة الخلية، متصلة على التوازي مع ثلاث سلاسل الجهد الاسمي الخلوي 11.1 V، 12 A التصويت الحالي بشكل متواز. الحاجة لشحن البطاريات للعمل في وضع الشحن التقليدية، الشحن الحالية من 6 A، الجهد شحن 12.6 V.

شحن بداية استخدام الوضع CC يستمر حتى يصل جهد البطارية الحد تهمة. التبديل إلى الوضع CV حتى شحن قطرات الحالية أقل من 0.03C. بطاريات ليثيوم بوليمر بسيط R-C نموذج الدائرة يعادل النحو التالي.

هيكل، وهو نموذج الحمل الاستقرائي الانتاج التي وضعتها الدائرة R-C FIG 2 شاحن دفعة غير معزولة. ويرجع ذلك إلى الحث إضافية (لو) يساعد على الحد من الانتاج الحالي تموج السماح حجم انتاج مكثف يمكن أن تكون صغيرة، في حين لا يزال تلبية متطلبات تموج الانتاج. وينبغي تصميم الناتج مغو لتلبية الانتاج الحالي والجهد الناتج حدود متتالية هي 0.005 C و 0.5 على التوالي.

2 من حالة مستقرة تعزيز الأداء شاحن

حلبة يعادل هو مبين في الشكل 2 بواسطة جهاز تحكم التبديل ON / OFF، معتبرا ESR فقط (أي ما يعادل سلسلة المقاومة، ESR) بطارية ليثيوم بوليمر وتحليل المخرجات مكثف لمجرد عناصر أخرى مقاومة أي ما يعادل صغيرة. يجب أن يتم تصميم المدخلات مغو PEMFC الحالي إلى القيمة المطلوبة على أساس تموج النتيجة المرجوة. للحد من تموج انتاج خلايا الوقود الحالي داخل نطاق معين، ويمكن حساب الحد الأدنى المطلوب قيمة الحث على النحو التالي:

الصيغة (4)، يمكن التحكم تموج انتاج التيار الكهربائي من قبل مكثف ناور، والتي تتناسب مع ESR مكثف، ومكثف يتناسب عكسيا. بواسطة الصيغة (4) أصغر من الفصل الدراسي الأول على اليمين النظام شروط الجانب، وتموج انتاج التيار الكهربائي تعتمد على ESR مكثف. عندما تلبية 0.5 (63 فولت) شرط تموج انتاج التيار الكهربائي، وESR انتاج مكثف لتكون أقل بكثير من 4.2 m، وكومة خلية الوقود بسبب الجهد الحد الأدنى الإخراج إلى توفير أقصى قدر من انتاج الطاقة من 6 V، والحث النهاية البعيدة (L) الحد الأقصى المتوسط الحالي البالغ 15 A. متوفرة تجاريا ESR مكثف كهربائيا من قيمة الحد الأدنى من 49 m، وقيمة السعة من حجم 0001 F. لتلبية متطلبات تموج الإخراج، تكون على الأقل 12 بالتوازي مع مكثف، مما أدى إلى تحويل ضخمة إضافية.

بين انتاج مكثف ومغو توظيف خلية إضافية، للحد من حجم وتكلفة تصفية إخراج. النظر مكثف السابق (2.25 A) تصنيف الحالي تموج، أن تكون متصلا ثلاثة مكثف الموازي، وانتاج مكثف RMS الحالي تموج 6.3 A، النموذج:

نموذج الدائرة يعادل البطارية، وتموج انتاج التيار الكهربائي والعلاقة بين تموج الانتاج الحالي يمكن تصديرها إلى (6) شكل الصيغة. باستخدام KVL (KVL) ، والجهد على انتاج مكثف يمكن التعبير عنها على النحو التالي:

ويستمد 3 شاحن وظيفة نقل دفعة

ويبين الشكل (3) إخراج اضافية وجود صغير نموذج إشارة شاحن دفعة مغو، وهو وضع مستمر التوصيل (وضع التوصيل المستمر، CCM) تتألف من R-C نموذج الدائرة المكافئة. عند التبديل ON و OFF، على التوالي، قانون كيرشوف الحالي (بوكل) وKVL، التي تضم نموذجا شاحن بطارية تعزيز دولة الفضاء المتوسط المعادلة:

عن طريق تغيير معالم السيطرة، ومدخل العاصمة قيم حالة مستقرة والمتغيرات الدولة، وتجاهل إشارة صغيرة وإمدادات الطاقة DC، وتحويل لابلاس، الصيغة (9)، صيغة (10) ويمكن إعادة كتابة على النحو التالي:

حلبة يعادل السعة الكبيرة، وهي فترة تغير الجهد صغيرة يمكن تجاهلها. وهكذا، فإن وظيفة دفعة شاحن الحالي نقل الانتاج يمكن استخلاصها على النحو التالي:

بصيغة (15)، والانتاج الحالي من وظيفة شاحن نقل دفعة:

4 شاحن تصميم الدوائر عرض دفعة نبض تعديل

ويشمل MAX745 متاح شاحن بطارية الليثيوم المطلوب وظيفة، CC والسيرة الذاتية شحن البطارية وظيفة، ومجموعة مساهمة الجهد من 6 ~ 24 V، وعرض النبضة تعديل تردد التشغيل من 300 كيلو هرتز. MAX745 الدائرة باستخدام PWM تحكم CC / CV شحن خوارزمية التحكم هو مبين في الشكل (4).

FIG، VM الجهد الموجي سن منشار، واجهة Gvc الناتج تحكم الجهد، ومؤسسة الخليج للاستثمار الناتج تحكم الحالي. مقارنة VM مقارنة comp1 واجهة Gvc (الخليج) إشارة خرج لانتاج بوابات عرض النبضة إشارة التضمين من التبديل أشباه الموصلات. مقارنة Comp2 بمقارنة الناتج تحكم، وتحديد وضع الشحن وفقا لاتخاذ الناتج السعة. الانتاج تحكم الحالي هو أقل من وحدة تحكم انتاج التيار الكهربائي، ونظام العمل في وضع CC، والعكس بالعكس. عندما خرج تحكم الحالي الشحن، وذلك لمنع الجهد البطارية مرتفعة جدا، وإذا كان الجهد الناتج هو أقل من واجهة Gvc مؤسسة الخليج للاستثمار + 80 فولت، يجب أن تنتقل إلى وضع CV.

توليد الموجي PWM الحصول MOSFET تبديل إشارة مرجعية التيار والجهد من قبل كتلة منطق السيطرة PWM. وسائط المذكورة هي على النحو التالي:

وضع 1 (شحن فقط): من خلال تعزيز شاحن الوضع CC / السيرة الذاتية لشحن البطارية حتى الشبع. قوة خلايا الوقود فقط لشحن البطارية.

وضع 2 (الشحن وامدادات الطاقة): عندما يكون الحمل الحالي (ILoad) أصغر من تصنيف التهمة الحالية (6 A، C 1)، والسلطة شاحن للتحميل، ما تبقى من الطاقة المتاحة لشحن البطارية. الجهد الطرفي يساوي انتاج التيار الكهربائي، في حدود 11.1 ~ 12.6 V.

وضع 3 (الكهربائية فقط): عندما يكون الحمل الحالي يساوي التيار شحن (6 أ)، وكلها طاقة الشاحن الموردة للتحميل، من دون إمدادات الطاقة لشحن البطارية.

وضع 4 (قوة مختلطة): عند أعلى حمولة الحالي من التهمة الحالية (6 أ)، والسلطة شاحن غير كافية لتزويد الحمل، وشاحن البطارية الهجينة امدادات الطاقة للتحميل.

5 تحليل تجريبي

المعلمات: تصنيف القوة 90 W، مساهمة الجهد مقابل = 6 ~ 10 V، واتهام الجهد فو = 12.6 V، والشحن الحالية أيو = 6 A، وخ تردد التبديل = 300 كيلو هرتز، وإدخال مغو L = 45 أمبير، والناتج مغو لو = 0.7 H، خرج السعة C = 0003 F، المقاومة البطارية الروبيديوم = 0.116 ، البطارية السعة البنك التجاري = 21500 F، والجهد الناتج تموج vo = 63 فولت (5)، والانتاج الحالي تموج io = 60 مللي أمبير (5) ، PEMFC الانتاج الحالي تموج iL = 300 مللي أمبير (2.5).

تحليل أداء 5.1 تحكم على أساس MATLAB

أولا، تحليل الطيف استجابة تحكم تصميم الدوائر PI باستخدام MATLAB منصة المحاكاة، والنتائج التجريبية هو مبين في الشكل (5).

ويمكن رؤية النتيجة في FIG 5، وحدة تحكم PI قد تحسن الربح في نطاق التردد المنخفض، والموقع المطلوب في مجال التردد تردد التكوين كروس. وكان حلقة كروس مرحلة التردد هامش مراقبة الانتاج الجهد 3265 هرتز هو 56.2 درجة، والسيطرة يمكن أن يكون مستقرا شحن الأداء.

5.2 تحليل محاكاة

خط تجريبي هو مبين في الشكل (6)، أولا، PEMFC شحن كومة الاختبار، اختبار CC / وضع CV تبديل الواقع، أظهرت النتائج التجريبية في الشكل 7.

كما هو مبين في الشكل. 7 CC / CV شحن تعريف وضع القيمة الحالية 6 A (0.5 C)، والجهد شحن 12.6 V، وضع التشغيل من كومة PEMFC. تعزيز أعمال شاحن جيدا، ويستغرق حوالي ثلاث ساعات، يتم تغيير البطارية من دولة فارغة تماما إلى حالة مشحونة بالكامل. عندما يتم خفض تيار شحن للبطارية إلى 0.24 A (0.02 C)، اكتمال عملية الشحن.

ويبين الشكل (8) ووضع CV، الانتاج الحالي عندما يتم تطبيق الحمل إلى الشاحن، وخصائص ديناميكية شاحن دفعة.

FIG 8 خلال وضع السيرة الذاتية، وشاحن دفعة خصائص تحميل دينامية 12 A التحميل. عند بدء الشحن، وذلك باستخدام طريقة CC، بعد ذلك باستخدام الوضع CV. في وقت T1، يتم تطبيق 12 حمولة الحالي إلى النظام، والبطارية باستخدام طريقة CV. تشغيل مفتاح الوضع إلى 4. وفي الوقت نفسه، كانت البطارية فارغة في 6 A، 12 A من أجل تحقيق تحميل السلطة.

للتحقق من مزايا الأداء الخوارزمية، واختيار وثيقة تحكم PI القياسية التباين. حدد قدرة البطارية القابلة لإعادة الشحن 5000 ماه، وفرض الوقت مؤشر اختيار النقيض من ذلك، القابلة لإعادة الشحن معدل فقدان البطارية، والنتائج المبينة في الجدول رقم 1.

وفقا للجدول 1، الوقت نفسه إلى الشحن، ووقت الشحن خوارزمية حوالي 4.2 ساعة، في حين الوثيقة وقت الشحن حوالي 4.3 ساعة، PI معيار وقت الشحن حوالي 4.4 ساعات مما يدل على أن شحن البطارية مؤشرات الوقت هنا قاصر خوارزميات مواءمة أفضل. مؤشرات معدل استهلاك الوقود للبطارية قابلة للشحن، الخوارزمية أقل من الخوارزميات المقارنة، والتي تظهر أن الخوارزمية المقترحة يمكن الحفاظ على عمر البطارية، للتحقق من فعالية الخوارزمية المقترحة.

6 الخاتمة

في هذه الورقة، و/ ثابت الجهد الوضع تحكم التبديل PI طريقة تصميم خلية شاحن دفعة وقود الأدوات خلية وقود غير معزولة ثابت الحالية كمصدر للطاقة الشحن، وبطارية قابلة للشحن كما ليثيوم بوليمر تصميم شاحن بطارية دفعة. حل فعال لمشكلة كبيرة هناك دفعة شاحن التقليدي تموج جدا، ويمكن تحقيق التحكم في شحن أكثر استقرارا، والنتائج التجريبية تظهر مزايا الطريقة المقترحة على الوقت الشحن وحماية حياة البطارية، للاسترشاد بها في التصميم الفعلي للشاحن لديه يقين أهمية.

مراجع

يتم تطبيق التقليدي لي Xiaojiang صنف جديد D مكبر للصوت لتصميم الدوائر AGC التكنولوجيا الالكترونية، 2016،42 (5): 46-52.

مستراليه F، KERACHEV L، CREBIER J C، وآخرون al.Multiphase معشق تحويل لبطارية الليثيوم موازنة نشط المعاملات .IEEE على إلكترونيات القوى، 2014،29 (6): 2874-2881.

دراسة تأثير مجال مغناطيسي خارجي ZHONGZHI دان، وانغ الجليد، تشينغ يانغ شيا، وآخرون التوزيع الحالي .PEMFC التكنولوجيا الالكترونية، 2014،40 (3): 55-58.

منغ JINHAO، لوه قوانغ قاو Fei.Lithium بطارية بوليمر دولة من تهمة تقدير بناء على التكيف نسكينتيد كالمان تصفية ودعم آلة ناقلات المعاملات .IEEE على إلكترونيات القوى، 2016،31 (3): 2226-2238.

وانغ Xianbing، ورسوم شجرة النوم، شو تشينغيانغ، الخ .BP التبديل فراغ التخزين الدائم مكثف شحن خصائص تحليل ومراقبة PID الشبكة العصبية جمعية الكهربائية، 2015،30 (10): 212-217.

هو جين وى تشينغ، Yanjian يونيو، وي ليو زهي أساس STM8S103 ثابت الرقمي الجهد ثابت تصميم إمدادات الطاقة الحالية الحواسيب الصغيرة والتطبيق، 2016،35 (6): 29-31.

TRAN V L، N TRAN T، YU S H، وآخرون al.Design من nonisolated شاحن دفعة خلايا الوقود للبطاريات ليثيوم بوليمر مع تموج انخفاض الانتاج المعاملات .IEEE على تحويل الطاقة، 2015،30 (2): 605-614.

المال سو تشين هوانغ شين مينغ. محاكاة قوة التحكم الميكروويف PID على أساس LLC الحواسيب الصغيرة والتطبيق، 2016،35 (1): 88-90،94.

تشانغ جين والدراسات تشنغ Chonghu.Comparative بين KVL وBPFT في جانب مغناطيسيا مدوية نقل السلطة لاسلكية .IET إلكترونيات القوى، 2016،9 (10): 2121-2129.