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dc.contributor.authorMaier, Wenzel
dc.date.accessioned2022-05-17T13:19:39Z
dc.date.available2022-05-17T13:19:39Z
dc.date.issued2022-02-22
dc.identifier.citationMAIER, Wenzel. High integrated battery monitoring system with active balancing up to ±10A. 2022. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16138.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/16138
dc.description.abstractThis master's thesis describes the development, construction, and setup of a flexible and modular, highly integrated battery monitoring system. The electronic unit uses an active balancing process with currents up to ±10A to redistribute and balance the electrical energy within a battery stack. In order to be able to charge and discharge an accumulator cell with this high current, a galvanic isolated DC/DC converter is necessary, which can transfer energy bidirectionally with low losses. The output of this converter is connected to a power multiplexer, which selects a desired accumulator cell of the battery stack in a targeted manner. This enables the cell voltage to be measured and the flow of energy to or from the cell. This allows the DC/DC converter unit to be used jointly by several accumulator cells connected in series, thereby reducing installation space and costs considerably. While the multiplexer has a structure that is as simple as possible to keep the outlay for implementation low, the bidirectional DC/DC converter uses two highly efficient converter stages to implement the potential separation and the voltage adjustment to the accumulator cell. The function and structure of these two converter stages, which are independent of one another, are dealt with in detail in this work, with a mathematical model also describing the interaction of the entire battery management system. Furthermore, all peripheral modules, such as auxiliary power supply, analog measuring unit, communication and digital control unit, of the DC/DC converter module are presented and explained. The performance of the presented concept is proven by measurements on a hardware prototype. Based on the input and output power, the efficiency as well as the power loss of the DC/DC converter, the multiplexer and the entire electronic were determined. The implemented battery management system allows the selected cell to be balanced in a short time with an efficiency of up to 85%. In addition, the cell voltage measurement, which is particularly important for monitoring the battery, was checked and tested. After adjusting the electronic, a voltage measurement with a resolution of ±500µV is possible. This allows the state of charge of each individual cell to be determined with great accuracy.eng
dc.description.sponsorshipNão recebi financiamentopor
dc.language.isoengeng
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectGerenciamento de bateriapor
dc.subjectMonitoramento de célulaspor
dc.subjectBalanceamento ativopor
dc.subjectConversor bidirecional CC/CCpor
dc.subjectMultiplexador de potênciapor
dc.subjectBattery managementeng
dc.subjectCell monitoringeng
dc.subjectActive balancingeng
dc.subjectBidirectional DC/DC convertereng
dc.subjectPower multiplexereng
dc.titleHigh integrated battery monitoring system with active balancing up to ±10Aeng
dc.title.alternativeSistema altamente integrado com balanceamento ativo e monitoramento de baterias de até ±10Apor
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Gonçalves, Amilcar Flamarion Querubini
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1742343294433199por
dc.contributor.advisor-co1Machado, Ricardo Quadros
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3927458584410491por
dc.description.resumoEsta dissertação de mestrado descreve o desenvolvimento, construção e estrutura de um sistema altamente integrado, flexível e modular de monitoramento de baterias. A unidade eletrônica usa um processo de balanceamento ativo com correntes de até ±10A para redistribuir e equilibrar a energia elétrica dentro de uma pilha de bateria. Para poder carregar e descarregar uma célula do acumulador com esta alta corrente é necessário um conversor CC/CC isolado galvanicamente, que possa transferir energia bidirecionalmente e com baixas perdas. A saída deste conversor é conectada a um multiplexador de potência que seleciona, de maneira direcionada, uma determinada célula do acumulador da bateria, permitindo realizar a medição da tensão da célula, bem como o fluxo de energia bidirecional. Isso permite que a unidade conversora CC/CC seja usada em conjunto por várias células que estão conectadas em série na bateria, reduzindo consideravelmente o custo e o espaço de instalação Enquanto o multiplexador tem uma construção o mais simples possível para manter baixo o custo de implementação, o conversor CC/CC bidirecional usa dois estágios de conversão simples, mas altamente eficientes, para implementar a separação de potencial e a adaptação da tensão à célula da bateria. A função e a estrutura desses dois estágios do conversor, independentes um do outro, são tratados em detalhes neste trabalho, com um modelo matemático que descreve também a interação de todo o sistema de gerenciamento de baterias. Além do mais, são apresentados e descritos todos os módulos periféricos, como a fonte auxiliar, a unidade de medição analógica, a unidade de comunicação e a unidade de controle digital do conversor CC/CC. O desempenho do sistema proposto é comprovado por medições em um protótipo. Com base na potência de entrada e saída, a eficiência, bem como a perda de potência do conversor CC/CC, do multiplexador e de toda a eletrônica das placas foram determinadas. O sistema de gerenciamento de bateria implementado permite balancear a célula selecionada com uma eficiência de até 85% em um curto espaço de tempo. Além disso, a medição da tensão da célula, que é particularmente importante para monitorar a bateria, foi verificada e testada. Após ajustar o sistema, é possível realizar uma medição de tensão com uma resolução de ±500µV. Isso permite que o estado de carga de cada célula seja determinado individualmente com um alto grau de precisão.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica - PPGEEpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::CIRCUITOS ELETRICOS, MAGNETICOS E ELETRONICOSpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::MEDIDAS ELETRICAS, MAGNETICAS E ELETRONICAS; INSTRUMENTACAOpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::SISTEMAS ELETRICOS DE POTENCIApor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/4143128755187226por


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