সক্রিয় ব্যাটারি ব্যালেন্সিং: দক্ষ ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের মূল চালিকা শক্তির বিশ্লেষণ

বিমূর্ত

বৈদ্যুতিক যানবাহনের ক্ষেত্রে, ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের (বিএমএস) পারফরম্যান্স এবং ব্যাটারির কার্যকর জীবন মূল বিবেচনা। ব্যাটারি প্যাকের পরিষেবা জীবন উন্নত করতে, পর্যায়ক্রমে ব্যাটারিগুলিকে ভারসাম্য বজায় রাখা প্রয়োজন। Dition তিহ্যগতভাবে, ব্যাটারি ভারসাম্য মূলত প্যাসিভ ভারসাম্য প্রযুক্তির উপর নির্ভর করে, যা ব্যাটারির মধ্যে ভারসাম্য অর্জনের জন্য অতিরিক্ত শক্তি তাপীয় শক্তিতে রূপান্তর করে। যাইহোক, এই পদ্ধতিটি কেবল তাপ পরিচালনার সমস্যার কারণ হয় না, তবে ব্যাটারি প্যাকের সামগ্রিক দক্ষতাও হ্রাস করে।

এই নিবন্ধটি একটি উদ্ভাবনী সক্রিয় ভারসাম্য কৌশল প্রস্তাব করেছে যা কলম্যান ফিল্টার অ্যালগরিদমকে বিএমএসের দক্ষতা অনুকূল করতে, প্যাসিভ ভারসাম্য প্রযুক্তির ত্রুটিগুলি কার্যকরভাবে সম্বোধন করে। মূল লক্ষ্যটি এমন একটি সিস্টেম তৈরি করা যা ব্যাটারি চার্জিং এবং ডিসচার্জিংকে অভিন্নভাবে পরিচালনা করতে পারে, যার ফলে ব্যাটারির জীবনকাল প্রসারিত করা হয়। সিস্টেমটি একটি সক্রিয় ব্যালেন্সিং সার্কিট ডিজাইন করেছে যা প্রতিটি ব্যাটারির অবস্থা সঠিকভাবে অনুমান করতে এবং ব্যাটারিগুলির মধ্যে দক্ষ ভারসাম্য অর্জনের জন্য এটির উপর ভিত্তি করে সর্বোত্তম চার্জিং এবং স্রাবিং কারেন্ট গণনা করতে কালম্যান ফিল্টার অ্যালগরিদমকে ব্যবহার করে।

গবেষণা পটভূমি, পরিকল্পনা এবং ফলাফল

1। গবেষণা পটভূমি এবং অনুপ্রেরণা

বৈদ্যুতিক যানবাহনের বিকাশের পটভূমি এবং ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের গুরুত্ব: অটোমোবাইল নিষ্কাশন নির্গমনের কারণে পরিবেশ দূষণ এবং জ্বালানির মূল্য বৃদ্ধির প্রতি বিশ্বব্যাপী মনোযোগ বৈদ্যুতিক যানবাহন স্থাপনের প্রয়োজনীয়তা তুলে ধরে। ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেম (BMS) এর উদ্ভাবন বৈদ্যুতিক যানবাহনকে ভবিষ্যৎ পরিবহনের জন্য একটি শক্তিশালী প্রার্থী করে তুলেছে, কিন্তু BMS-এর এখনও দক্ষতা এবং নির্ভরযোগ্যতা বাড়ানোর জন্য অনেক ক্ষেত্র রয়েছে।

ব্যাটারি ম্যানেজমেন্ট সিস্টেমের মূল উপাদান এবং চ্যালেঞ্জগুলি

SOC এবং SOH অনুমানের গুরুত্ব: BMS-এর নির্ভরযোগ্য এবং দক্ষ অপারেশনের জন্য একটি ব্যাটারির চার্জ অবস্থা (SOC) এবং স্বাস্থ্যের অবস্থা (SOH) সঠিকভাবে অনুমান করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। SOC একটি ব্যাটারির উপলব্ধ ক্ষমতা পরিমাপ করে তার সম্পূর্ণরূপে চার্জ হওয়া অবস্থার সাপেক্ষে, যখন SOH ব্যাটারি বার্ধক্যের ডিগ্রী নির্দেশ করে, বর্তমান সম্পূর্ণ চার্জ হওয়া অবস্থা এবং উত্পাদনকারী অবস্থার মধ্যে শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষমতার পার্থক্যকে প্রতিফলিত করে।

ব্যাটারি প্যাক ডিজাইনে চ্যালেঞ্জ এবং ভারসাম্যের প্রয়োজনীয়তা: একটি নিরাপদ এবং শক্তি-দক্ষ ব্যাটারি প্যাক ডিজাইন করা অত্যন্ত চ্যালেঞ্জিং, কারণ এটির জন্য শত শত ভোল্ট ডিসি ভোল্টেজ এবং শত শত কিলোওয়াট শক্তি প্রয়োজন, যাতে সিরিজ এবং সমান্তরালে প্রচুর সংখ্যক ব্যাটারি থাকে। যাইহোক, ম্যানুফ্যাকচারিং ত্রুটি এবং বার্ধক্যজনিত কারণে, ব্যাটারির প্যারামিটার মেলে না, যা ব্যাটারি প্যাকের কার্যকর ক্ষমতা হ্রাস করে। অতএব, প্রতিটি ব্যাটারির শক্তি সম্পূর্ণরূপে ব্যবহার করার জন্য BMS এবং বাহ্যিক ব্যালেন্সিং সার্কিট প্রয়োজন। ব্যাটারি ব্যালেন্সিং সার্কিটগুলি প্যাসিভ এবং অ্যাক্টিভ ব্যালেন্সিং-এ বিভক্ত। প্যাসিভ ভারসাম্য ব্যাটারি শক্তিকে শান্ট প্রতিরোধকের মাধ্যমে তাপ শক্তিতে রূপান্তরিত করে অতিরিক্ত চার্জিং প্রতিরোধ করার জন্য, যখন সক্রিয় ভারসাম্য ব্যাটারির মধ্যে সরাসরি শক্তি স্থানান্তর করতে DC/DC রূপান্তরকারী বা অন্যান্য পাওয়ার ট্রান্সফার পদ্ধতি ব্যবহার করে। একটি সক্রিয় ব্যালেন্সিং সার্কিট প্রয়োগ করা নিরাপত্তা, স্থায়িত্ব, চার্জিং এবং ডিসচার্জিং কর্মক্ষমতা এবং ব্যাটারি প্যাকগুলির শক্তি ব্যবহারের দক্ষতা উন্নত করতে পারে।

2। একটি পরিকল্পনা প্রস্তাব

সামগ্রিক আর্কিটেকচার এবং ওয়ার্কিং প্রিন্সিপাল: প্রস্তাবিত স্কিম আর্কিটেকচার (চিত্র 1 দেখুন) এসওসি অনুমান (বর্ধিত কালম্যান ফিল্টার অ্যালগরিদম ব্যবহার করে), বিএমএস নিয়ামক এবং সক্রিয় সমতা সার্কিট অন্তর্ভুক্ত রয়েছে। নিয়ামক প্রতিটি ব্যাটারির এসওসি সংবেদন করে এবং উচ্চ সোস ব্যাটারি থেকে কম সোস ব্যাটারিগুলিতে চার্জ স্থানান্তর করতে সক্রিয় ব্যালেন্সিং সার্কিটকে সংকেত প্রেরণ করে, শেষ পর্যন্ত ব্যাটারি প্যাকের প্রতিটি ব্যাটারির চার্জকে ভারসাম্যপূর্ণ করে।

এসওসি অনুমান পদ্ধতি

বর্ধিত কালম্যান ফিল্টার অ্যালগরিদম প্রক্রিয়া: এসওসি অনুমানটি বর্ধিত কালম্যান ফিল্টার অ্যালগরিদম গ্রহণ করে, যা একটি পুনরাবৃত্তি প্রক্রিয়া যা উপকরণ এবং অনুমানের ক্ষেত্রে শব্দ এবং ত্রুটিগুলি বিবেচনা করে। প্রথমত, ব্যাটারির বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য এবং তাদের নির্ভরতা নির্ধারণ করুন এবং ব্যাটারির সমতুল্য সার্কিট মডেলটি ডিজাইন করতে একটি লম্পড প্যারামিটার মডেল ব্যবহার করুন।

Kirchhoff এর ভোল্টেজ ল (KVL) ব্যবহার করে সার্কিট বিশ্লেষণ করে, টার্মিনাল ভোল্টেজ সমীকরণটি পাওয়া যায়:

ব্যাটারি SOC এবং সার্কিট কারেন্টের মধ্যে সম্পর্কের উপর ভিত্তি করে RC শাখা সমীকরণ বের করতে Kirchhoff-এর বর্তমান আইন (KCL) প্রয়োগ করা হচ্ছে:

একটি অবিচ্ছিন্ন সময়ের রাজ্য স্থান মডেল স্থাপন করুন, তারপর এটিকে একটি পৃথক-সময় রাষ্ট্রীয় স্থান মডেলে রূপান্তর করুন (সম্পর্কের ম্যাট্রিক্স এবং ভেক্টরগুলি প্রক্রিয়া করার জন্য একটি বন্ধ ফর্ম বিচ্ছিন্নকরণ সূত্র ব্যবহার করে), এবং অবশেষে SOC অনুমানের জন্য কালম্যান ফিল্টার অ্যালগরিদম প্রয়োগ করুন (রাষ্ট্রীয় সমীকরণ সহ এবং পরিমাপ সমীকরণ, গোলমাল একটি স্বাধীন শূন্য মানে গাউসিয়ান প্রক্রিয়া, গণনার মধ্যে সময় আপডেট এবং পরিমাপ আপডেট অন্তর্ভুক্ত পদক্ষেপ)।

বাক বুস্ট কনভার্টারের মূলনীতি: একটি বাক বুস্ট রূপান্তরকারী একটি ডিসি-ডিসি রূপান্তরকারী এবং আউটপুট ভোল্টেজ ইনপুট ভোল্টেজের চেয়ে কম বা উচ্চতর হতে পারে। যখন স্যুইচটি চালু করা হয় (মোসফেট বন্ধ, ডায়োড বন্ধ), সূচকটি শক্তি সঞ্চয় করে; যখন স্যুইচটি বন্ধ করা হয় (মোসফেটটি বন্ধ করা হয়, ডায়োড চালু করা হয়), ইন্ডাক্টর লোডে শক্তি ছেড়ে দেয় এবং আউটপুট ভোল্টেজ বৃদ্ধি পায়। এর কার্যকারী মোড দুটি পরিস্থিতিতে বিভক্ত।

সক্রিয় ব্যালেন্সিং সার্কিটের কার্যকারিতা: সক্রিয় ব্যালেন্সিং সার্কিটের মধ্যে, নিয়ামক ব্যাটারির মধ্যে এসওসি ভারসাম্যহীনতা অনুভূত করে, চার্জ ট্রান্সফারের দিক নির্ধারণ করে এবং সুইচটি নিয়ন্ত্রণ করতে পিডব্লিউএম সংকেত প্রেরণ করে। যদি কন্ট্রোলারটি সনাক্ত করে যে শীর্ষ ব্যাটারি এনকে নীচের ব্যাটারি এন -1 এ শক্তি স্থানান্তর করতে হবে, এটি স্যুইচ এস 2 এন -তে একটি সংকেত প্রেরণ করে। ইন্ডাক্টর সর্বাধিক মানতে শক্তি সঞ্চয় করার পরে, স্যুইচটি বন্ধ হয়ে যায়, ইন্ডাক্টর ভোল্টেজটি বিপরীত হয় এবং ডায়োড ডি _ n -1 ফরোয়ার্ড পক্ষপাতদুষ্ট। ডায়োডের মাধ্যমে শক্তি এন {{4} to এ ব্যাটারি স্থানান্তরিত হয় এবং এর বিপরীতে।

3। সিমুলেশন ফলাফল

এসওসি অনুমানের অ্যালগরিদম বৈধতা: ম্যাটল্যাব -এ, বর্ধিত কালম্যান ফিল্টার অ্যালগরিদম দ্বারা অনুমান করা এসওসি সময়ের বক্ররেখার সাথে প্রকৃত এসওসি -র সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, এটি ইঙ্গিত করে যে অ্যালগরিদম সফলভাবে ব্যাটারি এসওসি অনুমান করার জন্য ব্যবহৃত হয়েছে।

সক্রিয় ব্যালেন্সিং সার্কিট কার্যকারিতার মূল্যায়ন: একটি বক বুস্ট কনভার্টারের সাথে একটি সক্রিয় ব্যালেন্সিং সার্কিটের একটি ম্যাটল্যাব সিমুলেশন মডেল ব্যবহার করে উপরের এবং নিম্ন ব্যাটারির প্রাথমিক এসওসি যথাক্রমে 23% এবং 20% এ সেট করা হয়েছিল। সিমুলেশনের পরে, উপরের এবং নিম্ন ব্যাটারির চূড়ান্ত সুষম এসসি যথাক্রমে 21.39% এবং 21.4% ছিল, যা প্রাথমিক গড় এসওসি -র কাছাকাছি ছিল এবং সফলভাবে চার্জ ভারসাম্য অর্জন করেছিল। ইনডাক্ট্যান্স মান, চক্র এবং শুল্ক চক্রের মতো পরামিতিগুলি পরিবর্তন করে দেখা গেছে যে ভারসাম্য সময় এবং চূড়ান্ত ভারসাম্য সোসের মধ্যে একটি বাণিজ্য বন্ধ রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, যখন ইন্ডাক্ট্যান্সের মান হ্রাস পায়, চক্র বৃদ্ধি পায় বা শুল্ক চক্র পরিবর্তন হয়, তখন ভারসাম্যের সময় এবং চূড়ান্ত এসওসি সেই অনুযায়ী পরিবর্তিত হবে। বিশেষত, ইন্ডাক্ট্যান্স মান যত কম হবে, চক্রটি তত বড় এবং শুল্ক চক্র একটি নির্দিষ্ট পরিসরের মধ্যে পরিবর্তিত হয়, ভারসাম্যের সময়টি কম, তবে চূড়ান্ত এসওসিও কিছুটা হলেও প্রভাবিত হবে।

সারাংশ

সক্রিয় ভারসাম্য প্রযুক্তির উপর গবেষণা: এই নিবন্ধটি ব্যাটারি প্যাকগুলিতে একক ব্যাটারি চার্জ স্তরের ব্যালেন্সের সক্রিয় ভারসাম্য প্রযুক্তির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। প্রকল্পটি শেষ হওয়ার সময়, একটি সক্রিয় ব্যালেন্সিং সার্কিট ডিজাইন করা হয়েছিল এবং প্রত্যাশিত ফলাফলগুলি পাওয়ার জন্য সার্কিট সিমুলেশন পরিচালিত হয়েছিল।

এসওসি অনুমানের পদ্ধতিগুলির নির্বাচন: একাধিক একক ব্যাটারি এসওসি অনুমানের পদ্ধতিগুলি অধ্যয়ন করা হয়েছিল, এবং বর্ধিত কালম্যান ফিল্টার পদ্ধতিটি চূড়ান্তভাবে ননলাইনার প্যারামিটারগুলি অনুমান করার ক্ষেত্রে তার যথার্থতার কারণে গৃহীত হয়েছিল।

গবেষণা যাচাইকরণ: সামগ্রিকভাবে, প্রকল্পটি ব্যাটারির কার্যকারিতা উন্নত করতে এবং সুরক্ষা ঝুঁকি হ্রাস করার ক্ষেত্রে সক্রিয় ভারসাম্যের কার্যকারিতা সফলভাবে প্রদর্শন করেছে। সিমুলেশনের মাধ্যমে, সক্রিয় ব্যালেন্সিং সার্কিট বিভিন্ন প্রাথমিক এসওসি সহ ব্যাটারিগুলির জন্য গড় এসওসি -র কাছাকাছি একটি ভারসাম্য রাষ্ট্র অর্জন করতে পারে, এটি ইঙ্গিত করে যে এটি কার্যকরভাবে ব্যাটারির কার্যকারিতা উন্নত করতে পারে এবং ব্যাটারির ভারসাম্যহীনতার কারণে হতে পারে এমন সুরক্ষার ঝুঁকি হ্রাস করতে পারে।

নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তা বিবেচনা করার গুরুত্ব: গবেষণাটি সবচেয়ে উপযুক্ত সক্রিয় ব্যালেন্সিং সিস্টেম নির্ধারণ করার সময় ব্যাটারি সিস্টেম এবং অ্যাপ্লিকেশনগুলির নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তাগুলি সাবধানে বিবেচনা করার প্রয়োজনীয়তার উপর জোর দেয়। বিভিন্ন ব্যাটারি সিস্টেমের (যেমন ব্যাটারি প্যাক বিভিন্ন ধরনের ব্যাটারি এবং বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশন পরিস্থিতিতে ব্যাটারি ব্যবহারের প্রয়োজনীয়তা) সক্রিয় ভারসাম্য ব্যবস্থার জন্য বিভিন্ন প্রয়োজনীয়তা থাকতে পারে, যেমন গতির ভারসাম্য, ভারসাম্যের সঠিকতা, শক্তি হ্রাস ইত্যাদির উপর আলাদা জোর দেওয়া হয়। সর্বোত্তম কর্মক্ষমতা এবং নিরাপত্তা অর্জনের জন্য প্রকৃত পরিস্থিতি অনুযায়ী সবচেয়ে উপযুক্ত সক্রিয় ব্যালেন্সিং স্কিম নির্বাচন করা প্রয়োজন।