Homepage

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 fotografija 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.

 

a)

 

b)

Legenda:
1 → Trofazni transformator
2 → Prigušnice
3 → PLC napajanje
4 → PLC CPU jedinica
5 → PLC modul s analognim ulazima
6 → PLC modul s analognim izlazima
7 → IGBT sklopke
8 → Hladnjak
9 → Senzori struje (LEM)
10 → IGBT upravljačka pločica
11 → Sigurnosna upravljačka pločica
12 → Ultrakondenzator (5 kJ, 24 V)

Slika 1. Eksperimentalni postav punjača baterija i ultrakondenzatora:
a) principna električka shema i b) fotografija.


Publications


  • D. Pavković, M. Hrgetić, A. Komljenović, A. Lisac, J. Deur

    Battery/Ultracapacitor Test Setup Control System Design and Verification

    Proceedings of IEEE Eurocon 2013, pp. 1050-1057, Zagreb, Croatia, 2013
  • M. Hrgetić, A. Komljenović, D. Pavković

    Battery/Ultracapacitor Test Setup Design

    In Proc. of NIDays 2013 Conference, Zagreb, Croatia, 2013