Eksperimentalni postav za ispitivanje baterija i ultrakondenzatora

Eksperimentalni postav baterija i ultrakondenzatora prikazan na slici 1a razvijen je za potrebe ispitivanja i modeliranja navedenih sustava pohrane električne energije, kakvi se sve više koriste u energetskim sustavima s obnovljivim izvorima energije (OIE), te hibridnih električnim i baterijskim električnim vozilima (engl. HEV/BEV). Razvijeni modeli baterija i ultrakondenzatora mogu se primijeniti za razvoj estimatora stanja napunjenosti (engl. State of Charge, SoC) te statusa istrošenosti (engl. State of Health, SoH), te regulatora struje punjenja i pražnjenja s ciljem produljenja životnog vijeka te povećanja ukupne korisnosti sustava pohrane energije.

Eksperimentalni postav sastoji se od tri odvojena dvo-kvadrantna silazno-uzlazna istosmjerna pretvarača s IGBT (engl. Insulated Gate Bipolar Transistor) energetskim sklopkama. Frekvencija sklopa za generiranje pulsno-širinsko moduliranog (engl. Pulse-Width Modulated, PWM) okidnog signala sklopki je podesiva u rasponu do 5 kHz. Komponente pretvarača dimenzionirane su za trajne struje do 50 A (vršno do 75 A), a nazivni napon istosmjernog međukruga iznosi 40 VDC, što daje nazivnu snagu od 2 kW po pretvaraču. Pretvarači u lijevoj i srednjoj grani postava (Slika 1a) rade kao dvokvadrantni DC čoperi, te omogućuju simultanu regulaciju punjenja i pražnjenja baterije i ultrakondenzatora u pripadajućim granama. Pretvarač u trećoj grani postava punjača radi kao jednokvadrantni DC čoper te pogoni opteretni otpornik čime se omogućuje rasipanje (disipacija) snage tijekom pražnjenja baterije/ultrakondenzatora na paralelnom spoju šest disipacijskih otpora iznosa otpora 2.2 Ω i nazivne snage 200 W (ukupnog opteretnog otpora RL = 0.367 Ω). Na slici 1b prikazana je f otografija ormara energetskog pretvarača u kojem se također nalaze i ultrakondenzatorski modul te programabilni logički kontroler (PLC) i PWM upravljačko sklopovlje IGBT energetskih sklopki.

Opisani postav prikladan je za ispitivanje standardnih automobilskih olovnih akumulatora, kao i suvremenih baterija za hibridna i električna vozila (individualnih ćelija, te baterijskih modula). Podređena regulacija struje baterije/ultrakonenzatora ostvarena je primjenom zasebnih proporcionalno-integrirajućih (PI) regulatora struje za svaki pretvarač, a koji su implementirani u programabilnom logičkom kontroleru (PLC-u). Nadređeni sustav vođenja, te programsko sučelje za nadzor rada i procjenu ključnih varijabli punjača i modula za pohranu energije razvijen je u programskom paketu LabView tvrtke National Instruments (NI) za samostalnu sklopovsku platformu s akvizicijskim karticama i mikroprocesorom (NI Compact RIO) nadziranu pomoću osobnog računala.