TR2022012880A2 - Batarya enerji̇ depolama si̇stemleri̇ i̇çi̇n hata toleransli ve adapti̇f şarj durumu dengeleme yöntemi̇ - Google Patents
Batarya enerji̇ depolama si̇stemleri̇ i̇çi̇n hata toleransli ve adapti̇f şarj durumu dengeleme yöntemi̇Info
- Publication number
- TR2022012880A2 TR2022012880A2 TR2022/012880A TR2022012880A TR2022012880A2 TR 2022012880 A2 TR2022012880 A2 TR 2022012880A2 TR 2022/012880 A TR2022/012880 A TR 2022/012880A TR 2022012880 A TR2022012880 A TR 2022012880A TR 2022012880 A2 TR2022012880 A2 TR 2022012880A2
- Authority
- TR
- Turkey
- Prior art keywords
- adaptive
- energy storage
- balancing
- battery energy
- charge state
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 title claims abstract description 21
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 5
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/44—Methods for charging or discharging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
Abstract
Buluş, üç-faz kaskat köprü çok seviyeli dönüştürücü tabanlı şebeke bağlantılı batarya enerji depolama sistemleri için hata toleranslı bir adaptif (uyarlamalı) şarj seviyesi dengeleme yöntemine ilişkindir. Söz konusu yöntem mikrokontrolcü aracılığıyla oransal kontrolcü katsayılarının adaptif modül şarj durumu dengeleme ve adaptif faz şarj durumu dengeleme bloklarında sistemin matematiksel modeline göre her bir örnekleme zamanında güncellenmesi ve güncellenen oransal kontrolcü katsayıları kullanılarak her bir modüle gönderilen gerilim referans sinyallerinin oluşturulması, bahsi geçen mikrokontrolcü aracılığıyla hesaplanan referans sinyallerinin bir seri haberleşme yolu ile FPGA karta gönderilmesi, FPGA kartın elde edilen açıları kullanarak MOSFET?leri sürmek için gerekli olan anahtarlama sinyallerini üretmesi işlem basamaklarını içermektedir.
Description
TARIFNAME BATARYA ENERJI DEPOLAMA SISTEMLERI IÇIN HATA TOLERANSLI VE ADAPTIF SARJ DURUMU DENGELEME YÖNTEMI Bulusun Konusu Bulus, üç faz kaskat H-köprü çok seviyeli dönüstürücü tabanli sebeke baglantili batarya enerji depolama sistemleri için gelistirilen hata toleransli bir adaptif (üyarlamali) sarj dürümü (state of charge-SoC) dengeleme yöntemine iliskindir. Teknigin Bilinen Durumu Günümüzde kaskat H-köprüsü çok seviyeli dönüstürücü (KHK-ÇSD) tabanli batarya enerji depolama sistemlerini (BED) olüstüran bataryalarin sarj dürümünü (state of charge, SoC) dengeleme islemi sabit katsayili kontrol döngüleri/oransal kontrolcüler kullanilarak gerçeklestirilmektedir. Ancak, sabit katsayili oransal kontrolcü küllanimi bazi H köprülerinde (bir diger deyisle modüllerde) asiri modülasyon olusmasina ve sarj durumu/seviyesi dengeleme isleminin görece oldukça uzun sürmesine neden olmakta ve batarya enerji depolama sistemlerinin performansini düsürmektedir. Teknikte batarya enerji depolama sistemlerinde sarj dürümünün dengelenmesine iliskin gelistirmeleri konu alan dokümanlar bulunmaktadir. Teknigin bilinen dürümüna örnek olarak "Cell SoC Balancing Using a Cascaded Full-Bridge Multilevel Converter in Battery Energy Storage Systems" (E. Chatzinikolaou and D. J. Rogers, Bahsedilen doküman kaskat tam köprü çok seviyeli konvertör küllanilarak her bir elektrokimyasal hücrenin dengelenmesi için gelistirilen bir yöntemi konü almaktadir. Dokümana konü yöntemde her bir hücre için kontrol ve dengeleme algoritmalari bir baskili devre karti (PCB) üzerinde yer alan bir FGPA karta islenmis olup, bahsi geçen kart araciligiyla dengeleme ve kontrol islemleri gerçeklestirilmektedir. Dokumana konu çalismada sarj durumu dengeleme islemleri için sarj durumunun tahmin edilmesi yerine batarya gerilimleri kullanilmaktadir. Söz konusu yöntem ile sarj durumu düzensizliklerinin hizli bir sekilde giderilemeyecegi ve sarj durumu dengeleme islemi sirasinda asiri modülasyonun olusabilecegi düsünülmektedir. Teknigin bilinen durumuna bir diger örnek olarak "State-of- Charge (SoC)-Balancing Control of a Battery Energy Storage System Based on a Cascade PWM Converter" (Maharjan, Laxman (2009).) adli doküman verilebilir. Bahsedilen doküman, kaskat darbe genislik modülasyonu (pulse width modulation,PWM) tabanli batarya enerji depolama sistemlerinde batarya birimlerinin sarj durumunun kontrol edilmesi için gelistirilen. bir yönteme iliskindir. Bahsedilen dokümanda batarya enerji depolama sistemleri için önerilen bir kontrol yönteminde, dijital ana kontrolcülerin ve FGPA'nin kullanimindan, her batarya enerji depolama sisteminde bir batarya yönetim modülünün bulunmasindan ve bahsi geçen modül araciligiyla her bir bataryaya iliskin göreceli sarj durumu degerlerinin elde edilmesinden ve dengelenmesinden bahsedilmektedir. Dokümana konu yöntemde sarj durumu dengeleme islemi sirasinda kullanilan kontrol döngulerinde bulunan oransal kontrolcülerin katsayilari sabit olarak alinmaktadir. Sabit katsayili oransal kontrolcülerin sarj durumu dengeleme hizinda belirgin bir azalmaya sebep olacagi ve dokümana konu yöntemin asiri-modülasyondan kaçinabilme becerisi açisindan yetersiz kalabilecegi düsünülmektedir. Teknigin bilinen durumuna bir diger örnek olarak ise doküman AC bataryalarin sarj durumunun belirlenmesi için bir yöntemi konu almaktadir. Bahsedilen dokümana konu yöntemde sarj durumu bir mikrokontrolcü araciligiyla belirlenmektedir. Ayrica. söz konusu yöntemde sarj durumunun. belirlenmesinde FGPA kart kullanilmakta ve dokümanda daha detayli olarak sarj durumunun izlenmesi için FGPA ve mikrokontrolcünün birlikte kullanimindan bahsedilmektedir. Dokümana konu yöntemin sarj durumunun tahmin edilmesine yönelik olmasi sebebiyle söz konusu çalisma ile sarj durumunun dengelenmesi esnasinda karsilasilan dengeleme hizi ve asiri modülasyon problemlerine bir çözüm getirilememektedir. Teknikte yer alan yöntemlerdeki dezavantajlarin giderilmesi adina kaskat H-köprü çok seViyeli dönüstürücü tabanli sebeke baglantili batarya enerji depolama sisteminin performansinin arttirilmasini saglayan hata toleransli bir adaptif (uyarlamali) sarj durumu dengeleme yöntemi gelistirilmistir. Bulusun Detayli Açiklamasi Bulus, üç faz kaskat H-köprü çok seViyeli dönüstürücü tabanli sebeke baglantili batarya enerji depolama sistemleri için gelistirilen hata toleransli bir adaptif (uyarlamali) sarj durumu (State of Charge, SoC) dengeleme yöntemine iliskindir. Bulus, batarya enerji depolama sistemlerinin güç elektronigi sistemleri vasitasiyla elektrik sebekesine entegrasyonu ile Bulusun bir amaci, kaskat H-köprüsü çok seViyeli dönüstürücü (KHK-ÇSD) tabanli batarya enerji depolama sistemlerindeki (BEDS) sarj seviyesi/durumu (SoC) düzensizliklerinin mümkün olan en hizli sekilde dengelenmesi ve bu dengeleme islemi sirasinda sisteme her kosulda asiri modülasyondan kaçinabilme becerisinin kazandirilmasi için adaptif ve hata toleransli bir yöntem gelistirilmesidir. Böylece batarya enerji depolama sistemlerinin performanslarinin artirilmasi amaçlanmaktadir. Bulusa konu yöntemin uygulanmasi amaciyla donanim kisminda, lityum iyon bataryalar, kaskat H-köprülerini üretebilmek için MOSFET'ler, MOSFET sürücüler, MOSFET sogutucular, kapasitörler, dirençleri optokuplörler, güç kaynaklari, osiloskop ve çesitli ölçüm aletleri yer almaktadir. Bulusa konu yöntemin uygulanmasi için yazilim kisminda ise mikrokontrolcü ve FPGA kart kullanilmaktadir. Bulusa konu yöntemin gerçek zamanli çalismasi ve yüksek seViyeli invertörlere uygulanmasi açisindan FPGA kart büyük önem tasimaktadir. Bulus,üç faz kaskat H-köprü çok seViyeli dönüstürücü tabanli sebeke baglantili batarya enerji depolama sistemleri için bir adaptif sarj durumu dengeleme yöntemi olup, en genel haliyle; - mikrokontrolcü araciligiyla oransal kontrolcü katsayilarinin adaptif modül sarj durumu dengeleme ve adaptif faz sarj durumu dengeleme bloklarinda batarya enerji depolama sisteminin matematiksel modeline göre her bir örnekleme zamaninda güncellenmesi ve güncellenen oransal kontrolcü katsayilari kullanilarak her bir modüle gönderilen gerilim referans sinyallerinin olusturulmasi, - bahsi geçen mikrokontrolcü araciligiyla hesaplanan referans sinyallerinin bir seri haberlesme yolu ile FPGA karta gönderilmesi, - FPGA kartin elde edilen açilari kullanarak MOSFET'leri sürmek için gerekli olan anahtarlama sinyallerini üretmesi islem basamaklarini içermektedir. Bulus ile KHK-ÇSD tabanli bir batarya enerji depolama sisteminde asiri modülasyondan kaçinmayi garanti alan özgün bir sarj seviyesi/durumu dengeleme yöntemi sunulmaktadir. Bulusa konu yöntem, adaptif kontrol tabanli olmasi sebebiyle sistemin dinamik degisimlerine gerçek zamanli olarak çalisarak ayak uydurabilmekte ve teknikte bulunan benzer yöntemlere göre en az iki kat daha hizli bir sekilde sarj seViyesi dengeleme islemi gerçeklestirebilmektedir. Bulusa konu yönteminin bir diger avantaji ise sarj durumu dengeleme islemi sirasinda sistemin ortak-mod. geriliminin surekli sifir olarak sabit tutulmasini saglamasidir. Bulusa konu yöntemde sarj durumu tahmini geleneksel yöntemlerle yapilmakta ve sarj durumu dengeleme islemi ise adaptif ve hata toleransli özgün bir kontrolcu araciligiyla gerçeklestirilmektedir. Bulusa konu yöntemde, oransal kontrolcü katsayilari adaptif modül sarj seViyesi dengeleme ve adaptif faz SoC dengeleme bloklarinda sistemin matematiksel modeline göre her bir örnekleme zamaninda güncellenmektedir. Bu durum sarj durumu dengeleme hizini belirgin ölçüde artirmaktadir. Bunun yani sira, bulusa yöntem sayesinde sisteme asiri-modülasyondan her kosulda kaçinabilme becerisi kazandirilmaktadir. Bulusa konu yöntemde faz kaydirmali darbe genislik modülasyonu uygulanmaktadir. Bulusa konu yöntemde daha detayli olarak, oransal kontrolcü katsayilari adaptif modül SoC dengeleme ve adaptif faz SoC dengeleme bloklarinda sistemin matematiksel modeline göre her bir örnekleme zamaninda güncellenmektedir. Güncellenen oransal kontrolcü katsayilari kullanilarak her* bir module gönderilen gerilim referans sinyalleri olusturulmakta ve böylece modüller arasinda aktif güç farkliliklari meydana gelmektedir. Bu aktif güç farkliliklari sonucunda modüllerin girisindeki bataryalarin üzerinden geçen akimlar farklilasmakta ve her bir bataryanin SoC degeri birim zamanda farkli miktarlarda degismektedir. Bulusa konu yöntemde oransal kontrolçü katsayi hesaplamalari ve referans sinyali olusturma islemleri için mikrokontrolçü kullanilmaktadir. Mikrokontrolçü hesapladigi referans sinyallerini seri haberlesme yoluyla FPGA karta göndermektedir. FPGA kart elde ettigi açilari kullanarak MOSFET'leri sürmek için gerekli olan anahtarlama sinyallerini üretmektedir. Özetle, bulus üç-faz kaskat köprü çok seViyeli dönüstürücü tabanli sebeke baglantili batarya enerji depolama sistemleri için hata toleransli bir adaptif (uyarlamali) sarj seViyesi dengeleme yöntemi sunmaktadir. Bulusa konu yöntem sayesinde asiri modülasyon önlenmekte ve dengeleme islemi hizli bir sekilde gerçeklestirilebilmektedir. TR TR TR
Claims (1)
1.ISTEMLER Üç faz kaskat H-köprü çok seviyeli dönüstürücü tabanli sebeke baglantili batarya enerji depolama sistemleri için bir adaptif sarj durumu dengeleme yöntemi olup, özelligi; mikrokontrolcü araciligiyla oransal kontrolcü katsayilarinin adaptif modül sarj durumu dengeleme ve adaptif faz sarj durumu dengeleme bloklarinda batarya enerji depolama sisteminin matematiksel modeline göre her bir örnekleme zamaninda güncellenmesi ve güncellenen oransal kontrolcü katsayilari kullanilarak her bir modüle gönderilen gerilim referans sinyallerinin olusturulmasi, bahsi geçen mikrokontrolcü araciligiyla hesaplanan referans sinyallerinin bir seri haberlesme yolu ile FPGA karta gönderilmesi, FPGA kartin elde edilen açilari kullanarak MOSFET'leri sürmek için gerekli olan anahtarlama sinyallerini üretmesi islem basamaklarini içermesi ile karakterize edilmesidir. TR TR TR
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TR2022/012880A TR2022012880A2 (tr) | 2022-08-15 | 2022-08-15 | Batarya enerji̇ depolama si̇stemleri̇ i̇çi̇n hata toleransli ve adapti̇f şarj durumu dengeleme yöntemi̇ |
| PCT/TR2023/050804 WO2024039339A1 (en) | 2022-08-15 | 2023-08-11 | Fault tolerant and adaptive state-of-charge balancing method for battery energy storage systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TR2022/012880A TR2022012880A2 (tr) | 2022-08-15 | 2022-08-15 | Batarya enerji̇ depolama si̇stemleri̇ i̇çi̇n hata toleransli ve adapti̇f şarj durumu dengeleme yöntemi̇ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TR2022012880A2 true TR2022012880A2 (tr) | 2022-09-21 |
Family
ID=84603470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TR2022/012880A TR2022012880A2 (tr) | 2022-08-15 | 2022-08-15 | Batarya enerji̇ depolama si̇stemleri̇ i̇çi̇n hata toleransli ve adapti̇f şarj durumu dengeleme yöntemi̇ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| TR (1) | TR2022012880A2 (tr) |
| WO (1) | WO2024039339A1 (tr) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5764027A (en) * | 1996-06-21 | 1998-06-09 | Ford Global Technologies, Inc. | Method and apparatus for battery charge balancing |
| US7615966B2 (en) * | 2001-05-25 | 2009-11-10 | Texas Instruments Northern Virginia Incorporated | Method and apparatus for managing energy in plural energy storage units |
| US11237216B1 (en) * | 2017-08-15 | 2022-02-01 | Qnovo Inc. | Method of detecting metal plating in intercalation cells |
| CN113346591B (zh) * | 2021-06-16 | 2023-06-13 | 沈阳工程学院 | 一种基于自适应均衡技术的储能单体充放电运行模型 |
-
2022
- 2022-08-15 TR TR2022/012880A patent/TR2022012880A2/tr unknown
-
2023
- 2023-08-11 WO PCT/TR2023/050804 patent/WO2024039339A1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2024039339A1 (en) | 2024-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chiasson et al. | Control of a multilevel converter using resultant theory | |
| Chiasson et al. | Eliminating harmonics in a multilevel converter using resultant theory | |
| Tolbert et al. | Charge balance control schemes for cascade multilevel converter in hybrid electric vehicles | |
| Tolbert et al. | Elimination of harmonics in a multilevel converter with nonequal DC sources | |
| Kumar et al. | Selective harmonic elimination technique for a multilevel inverter | |
| Dufour et al. | Hardware-in-the-loop simulation of power drives with RT-LAB | |
| US20220045544A1 (en) | Battery monitoring device | |
| CN106849168A (zh) | 基于混合调制策略的级联h桥逆变器功率均衡控制方法 | |
| JP6786017B1 (ja) | 電力変換装置 | |
| RU2605446C1 (ru) | Ветроэнергетическая установка и способ ввода электрической энергии | |
| JP6797333B1 (ja) | 電力変換装置 | |
| CN106684919A (zh) | 改进的级联型光伏并网逆变器功率平衡控制方法 | |
| CN106546851A (zh) | 一种mmc换流阀运行试验电路的稳定控制方法及装置 | |
| US9531290B2 (en) | Controlling parallel converter systems for wind turbines | |
| CN112600405B (zh) | 单向pfc电路的控制方法、装置及终端设备 | |
| Paikray et al. | A new multicarrier SPWM technique for five level cascaded H-bridge inverter | |
| TR2022012880A2 (tr) | Batarya enerji̇ depolama si̇stemleri̇ i̇çi̇n hata toleransli ve adapti̇f şarj durumu dengeleme yöntemi̇ | |
| CN108282102B (zh) | 一种适用于混合级联h桥多电平逆变器的三倍频载波移相调制方法 | |
| Bechouche et al. | Identification of induction motor at standstill using artificial neural network | |
| Sheir et al. | A novel power balancing technique in neutral point clamping multilevel inverters for the electric vehicle industry under distributed unbalance battery powering scheme | |
| Stefanski et al. | A novel high dynamic six phase 120 kW Power Hardware in the Loop Emulation Test Bench for emulating AC/DC Grids and Electrical Machines | |
| CN107147130B (zh) | 集散均衡式高压svg控制装置及控制方法 | |
| Zhang et al. | DC-link capacitor voltage balancing for a five-level diode-clamped active power filter using redundant vectors | |
| JP7051033B1 (ja) | 電力変換装置及び制御装置 | |
| Schäfer et al. | Three phase transformation for simplified space vector control of multilevel inverters |