Ανάπτυξη μετρητικού συστήματος για την καταγραφή ηλεκτρικών μεγεθών με στόχο την εκτίμηση της γήρανσης συσσωρευτών

Loading...
Thumbnail Image

Date

2024-07-08

Authors

Μπότας, Ιωάννης

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Publisher

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη μετρητικού συστήματος για καταγραφή ηλεκτρικών μεγεθών με στόχο την εκτίμηση γήρανσης συσσωρευτών. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός συστήματος το οποίο θα έχει την ικανότητα φόρτισης, εκφόρτισης και ελεγχόμενης διέγερσης ενός συσσωρευτή, αλλά και ακριβούς καταγραφής των ηλεκτρικών μεγεθών του, με σκοπό την εξαγωγή ενός ηλεκτρικού ισοδύναμου μοντέλου που προκύπτει από συγκεκριμένη τεχνική ανίχνευσης της γήρανσης. Μέσω του μοντέλου αυτού προβλέπεται η λειτουργική συμπεριφορά του συσσωρευτή και με κατάλληλη επεξεργασία των δεδομένων του μπορεί να πραγματοποιηθεί εκτίμηση της γήρανσης. Το είδος συσσωρευτών που επικεντρώνεται η διπλωματική εργασία είναι οι μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αρχικά παρουσιάζεται η ανάγκη για την ύπαρξη των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας και παρουσιάζονται ορισμένα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας. Από τα συστήματα αυτά, ξεχωρίζουν οι μπαταρίες ιόντων λιθίου λόγω των ελκυστικών χαρακτηριστικών τους. Η γήρανση αυτών είναι το κύριο πρόβλημα τους, το οποίο επηρεάζει σημαντικά την λειτουργία τους. Η εύρεση κατάλληλης τεχνικής ανίχνευσης της γήρανσης αποτελεί το σημαντικότερο βήμα για την καλύτερη διαχείριση των συστημάτων αυτών και την αύξηση της διάρκειας ζωής τους. Στη συνέχεια αναλύονται θεωρητικά οι επικρατέστεροι μηχανισμοί γήρανσης των μπαταριών ιόντων λιθίου και παρουσιάζονται ενδελεχώς οι αρνητικές συνέπειες αυτών. Μετέπειτα αναλύεται η “Φασματοσκοπία Ηλεκτροχημικής Εμπέδησης” (Electrochemical Impedance Spectroscopy) που αποτελεί τον τρόπο ανίχνευσης της γήρανσης που μελετάται στη διπλωματική αυτή. Με το τέλος της θεωρητικής ανάλυσης, ακολουθούν προσομοιώσεις της διαδικασίας σε διαφορετικά μοντέλα μπαταριών στο λογισμικό Simulink της Matlab. Οι προσομοιώσεις ολοκληρώνονται με την ανάπτυξη και τον έλεγχο ενός αμφίδρομου μετατροπέα Synchronous Buck, στον έλεγχο του οποίου ενσωματώνεται η τεχνική EIS. Το επόμενο βήμα είναι η κατασκευή του μετρητικού συστήματος, το οποίο αποτελείται από την πλακέτα του αμφίδρομου μετατροπέα Synchronous Buck αλλά και από άλλες πλακέτες που εκτελούν σημαντικές λειτουργίες με σκοπό την εφαρμογή της τεχνικής EIS. Τέτοιες πλακέτες είναι η πλακέτα προσαρμογής των ηλεκτρικών μεγεθών, η πλακέτα εξωτερικού μετατροπέα αναλογικού σήματος σε ψηφιακό και τέλος η πλακέτα ελέγχου. Τέλος πραγματοποιούνται πειραματικές μετρήσεις για την επαλήθευση της ορθής λειτουργίας του συνολικού συστήματος και παρατίθενται τα πειραματικά αποτελέσματα.

Description

Keywords

Εκτίμηση γήρανσης συσσωρευτών, Μπαταρίες ιόντων λιθίου, Μετρητικό σύστημα, Τεχνική ανίχνευσης, Φασματοσκοπία ηλεκτροχημικής εμπέδησης, Μοντελοποίηση, Ηλεκτρικό ισοδύναμο μοντέλο, Μηχανισμοί γήρανσης

Citation