Equalização ativa da tensão em baterias conectadas em série, aplicando o conversor CC-CC Flyback no modo de condução descontínua

Abstract

Armazenar energia vem sendo um desafio para a humanidade ao longo de grande parte da sua história. Com isto, inúmeras tecnologias foram criadas visando suprir estas necessidades. Como consequência, hoje em dia pode-se realizar o armazenamento energético de diversas formas que vão desde sistemas químicos, mecânicos, elétricos até uma composição entre eles. O desenvolvimento mais recente de veículos elétricos e das gerações de energia elétrica por meio de fontes intermitentes, tais como energia eólica e fotovoltaica, vêm sendo os principais fomentadores do desenvolvimento do armazenamento eletroquímico no século XXI. Uma das soluções mais difundidas até o momento são as baterias de Íon-lítio. A montagem de bancos de baterias de Íon-lítio com altas potências exige alta capacidade técnica tanto no projeto, quanto na execução e operação destes sistemas. Entre os problemas encontrados na prática está o da equalização de células conectadas em série. Para tanto, este trabalho busca apresentar alternativas que possam colaborar cientificamente com a questão do balanceamento de tensão nas baterias conectadas em série, a partir da utilização do conversor CC CC Flyback operando no modo de condução descontínuo de 100W, 48V de entrada e com 4 saídas em 12V e 50kHZ de frequência de chaveamento. A alimentação deste conversor será realizada pela própria saída, o conversor estará conectado em paralelo com as baterias, e vai balancear automaticamente sem a adição de controle em malha fechada tanto na carga como na descarga das baterias ligadas em série. Aí encontra-se a maior vantagem deste método de equipotencialização de baterias conectadas em série, a simplicidade, pois pode-se realizá-la sem a adição de métodos de controle complexos e avançados.

Abstract : Storing energy has been a challenge for humanity throughout much of its history. Regarding this, numerous technologies were created to supply these needs. As a consequence, storage energy now can to be realized by different ways since chemical, mechanical, electrical systems to a composition among of them. The recent development of electric vehicles and the electric power generations through intermittent sources, such as wind and photovoltaic, have been the main goals of the electrochemical storage development in the 21st century. One of the most widespread solutions so far is lithium-ion batteries. The assembly of lithium-ion batteries banks with high powers requires high technical capacity both in the design, execution and operation of these systems. Among the problems found in practice is the equalization of connected cells in series. In order to do so, this work aims to present alternatives that can collaborate scientifically with the issue of voltage balancing in series - connected batteries, using the DC - DC Flyback converter operating in the discontinuous conduction mode of 100W, 48V input and with 4 outputs at 12V and 50kHz of switching frequency. The source converter will be by its own output, the converter will be connected in parallel with the batteries, and It will automatically balance without the addition of closed-loop control in both the load and the discharge of the batteries connected in series. This is the biggest advantage of this method of equalization of batteries connected in series, the simplicity, because it can be done without the addition of complex and advanced control methods.