Desenvolvimento de um sistema de ensaio de carga e descarga com alta corrente para a caracterização de células de íons de lítio

Abstract

Esta dissertação aborda o projeto e implementação experimental de um sistema de ensaio de bateria de alta capacidade de íons de lítio. O sistema é composto por uma carga eletrônica e por um conversor CC-CC Half-Bridge. O foco dos ensaios é a técnica de descarga pulsada, que é usada para obter os modelos elétricos equivalentes que modelam o comportamento de tensão e corrente de uma bateria, a carga eletrônica é utilizada neste processo. O conversor é empregado para recarregar as baterias ensaiadas, controlando corrente e tensão no modo CC-CV. O objetivo é simplificar o processo de obtenção de circuitos elétricos equivalentes em ambiente de laboratório, em contraste com os equipamentos comerciais complexos e dispendiosos normalmente utilizados para esses ensaios. Esta dissertação também inclui uma revisão bibliográfica acerca dos principais circuitos elétricos equivalentes e das técnicas empregadas para obtenção dos mesmos. O projeto detalhado da carga eletrônica e do conversor CC-CC é apresentado. Para validar a metodologia e os estudos, um protótipo do sistema é implementado e testes de descarga de corrente pulsada e contínua são realizados em duas baterias: LFP090AHA (90 A e 4,25V) e LTO-66160H (40 A e 2,8V). A recarga CC-CV das baterias é conduzida com corrente de até 45 A. Modelos de circuitos elétricos equivalentes obtidos a partir dos ensaios são apresentados e comparados com os dados experimentais.

Abstract: This dissertation presents the design and experimental implementation of a high-capacity lithium-ion battery test system. The system consists of an electronic load and a DC-DC Half-Bridge converter. The focus of the tests is the pulsed discharge technique, which is used to obtain the equivalent electrical models that model the voltage and current behavior of a battery, the electronic load is used in this process. The converter is used to recharge the tested batteries, controlling current and voltage in CC-CV mode. The aim is to simplify the process of obtaining equivalent electrical circuits in a laboratory environment, in contrast to the complex and expensive commercial equipment normally used for these tests. This dissertation also includes a literature review of the main equivalent electrical circuits and the techniques employed to obtain them. The detailed design of the electronic load and the DC-DC converter is presented. To validate the methodology and studies, a prototype system is implemented, and pulsed and direct current discharge tests are conducted on two batteries: LFP090AHA (90 A and 4.25V) and LTO-66160H (40 A and 2.8V). The CC-CV recharging of the batteries is performed with currents of up to 45 A. Models of electrical equivalent circuits obtained from the tests are presented and compared with experimental data.