طراحی یک سیستم کنترل بهینه جهت شارژ باتری لیتیم یون با در نظر گرفتن قیود عملی

با سرعت روز افزون استفاده از وسایل الکتریکی قابل حمل نیاز به شارژرهای ساده و بازده بالا ضروری است. شارژ مجدد باتری بایستی به گونه ای باشد که با استفاده از تجهیزاتی که حتی الامکان ساده و ارزان بوده، عمر چرخه باتری را کاهش ندهد و به طور سریع و بهینه شارژ نماید. هدف از انجام این پایان نامه، طراحی کنترل کننده مناسب برای شارژ مطلوب باتری لیتیم یون می باشد. به این منظور در ابتدا مدل باتری لیتیم برای شبیه سازی رفتار آن در زمان شارژ و دشارژ بررسی شده است. در این پایان نامه از مدار معادل غیر خطی و ترکیب آن با مدل دمایی استفاده شده است. به منظور تایید مدل مدار معادل غیر خطی باتری لیتیم یون، با مدل الکتروشیمیایی تطبیق داده شده است و پس از تأیید مدل، با بهره از آن و محدودیت های موجود برای شارژ باتری از قبیل حدود مجاز برای جریان، دما و ولتاژ مسئله بهینه به منظور تعیین جریان مطلوب برای شارژ باتری لیتیم یون تعریف شده است. در تابع هزینه تلفات اهمی و زمان شارژ در نظر گرفته شده است تا با کاهش تلفات اهمی، گرمای تولید شده کاهش یافته و از افزایش بیش از حد دما که باعث تخریب باتری می شود جلوگیری شود. برای وزن دهی اهمیت تلفات اهمی نسبت به زمان شارژ از ضریب تلفات در تابع هزینه استفاده شده است. مسئله شارژ بهینه، ابتدا برای یک سلول حل شده و پس از آن به باتری لیتیم یون متشکل از چند سلول تعمیم داده شده است. با توجه به مدل غیر خطی باتری لیتیم یون برای حل مسئله بهینه نیاز به حل معادلات دیفرانسیل غیر خطی می باشد. در ادامه این پایان نامه، به منظور ایجاد یک گزینه دیگر که به مدل باتری وابسته نباشد، یک کنترل کننده فازی برای شارژ باتری لیتیم یون پیشنهاد شده است. در کنترل کننده فازی ، دما و حالت شارژ به به عنوان ورودی پیشنهاد شده است. بیشینه جریان تزریق شده به باتری با دما تغییر می کند، انتخاب دما به عنوان ورودی این امکان را می دهد که در هر دما، جریان متناسب با آن دما را به باتری تزریق نمود. انتخاب حالت شارژ به جای ولتاژ که در پژوهش های قبل استفاده شده، باعث افزایش دقت کنترل کننده فازی می شود. زیرا تغییرات ولتاژ با رسیدن حالت شارژ به 70? بسیار کم و در حدود چند صدم می باشد. مزیت دیگر استفاده از حالت شارژ، استفاده از آن برای شارژ باتری لیتیم یون متشکل از چند سلول می باشد، در این حالت باتری بر اساس سلولی که کمترین حالت شارژ را دارد، شارژ می شود. حالت شارژ به طور مستقیم قابل اندازه گیری نبوده و از فیلتر کالمن توسعه یافته برای تخمین آن استفاده شده است. با توجه به ملاحظات عملی برای پیاده-سازی سیستم شارژ باتری در این پایان نامه، جریان تزریق شده به باتری به چند سطح مشخص و ثابت جریان محدود می شود.