Wirkungsgradoptimierung einer Hochstromladeschaltung einer Lithium-Ionen-Zelle

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitMasterarbeitForschung

Organisationseinheiten

Abstract

Seit einigen Jahren werden wiederaufladbare Batterien vermehrt in Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb verwendet. Dafür sind Batterien notwendig, die eine hohe Kapazität, ein großes Energie-Gewichts-Verhältnis und ein hohes Sicherheits-niveau aufweisen. Batterien, die mehr als 20 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität verloren haben, oder wo ein Batteriepaket nach längerer Verwendung bereits einige defekte Zellen enthält, müssen durch neue ersetzt werden. Diese Batterien können jedoch dann zum Einsatz kommen, wenn keine hohe Anfangskapazität vorausgesetzt wird, eventuell nach Ersetzten von defekten Zellen innerhalb eines Paketes. Dafür muss der aktuelle Zustand der Batterien durch Lade und Entlade Zyklen überprüft werden, um wiederverwendbare Zellen herauszufinden. In dieser Masterarbeit wird eine wirkungsgradoptimierte Ladeschaltung beschrieben, die in der Lage ist, eine einzelne Lithium-Ionen-Zelle mit hoher Stromstärke zu laden. Die verwendeten elektronischen und elektrischen Bauteile, wie Operationsverstärker und Schaltnetzteil (SNT), stammen aus dem kommerziellen Bereich. Wegen der fixen Ausgangsspannung von Schaltnetzteilen, im vorliegenden Fall ein ATX Schaltnetzteil, wie es in Personal Computern verwendet wird, ist eine Regelung der Ausgangsspannung (einstellbarer Maximalwert der Ladeschluss-spannung) und des maximalen Ausgangsstroms notwendig. Wichtige Parameter (Ausgangsspannung, Ausgangsstrom und Batterietemperatur) müssen während des Ladevorgangs vor allem im Hinblick auf Sicherheitsaspekte angezeigt (Sollwert und Istwert), überwacht und begrenzt werden. Falls Übertemperaturen auftreten, wird durch eine Schutzschaltung der Ladevorgang beendet, einschließlich Speicherung dieses Zustands. Weitere Anforderungen wie höchstmöglicher Wirkungsgrad, netzfreundliches Verhalten (sinusförmige Stromaufnahme und Blindleistungskompensation durch aktive Leistungsfaktorkorrekturfilter) werden ebenfalls durch das Schaltnetzteil erfüllt. Nach dem Entwurf wurde das Gerät aufgebaut und in Betrieb genommen. Danach wurden umfangreiche Messungen durchgeführt, besonders in Bezug auf Wirkungsgradmessungen im Vergleich zu einer Ladeschaltung mit Verlustleistungsregelung.

Details

Titel in ÜbersetzungEfficiency improvement of a high current charging device for a lithium-ion-cell
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung26 Jun 2015
StatusVeröffentlicht - 2015