TY - THES

T1 - Realisierung eines softwaregestützen Balancings mit Hilfe von Microcontroller

AU - Plozner, Michael

N1 - gesperrt bis 21-08-2023

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Lithium-Ionen Akkumulatoren sind heutzutage der Standard der elektrochemischen Energiespeicherung. In der Mobilität, in transportablen netzunabhängigen Geräten oder im stationären Bereich werden sie in großer Vielfalt eingesetzt. Elektrische Fahrzeuge sowie stationäre Speicher beinhalten mehrere Lithium-Ionen Zellen. Abhängig von der Beanspruchung werden Zellen in Serie bzw. parallel geschaltet. Durch Vernetzung verschiedener Zellen können große Energiemengen gespeichert und bei Bedarf auch freigesetzt werden. Neben Sicherheitsmaßnahmen gegen Kurzschluss, Verpolung, Tiefentladung und Überhitzung soll der Ladevorgang durch einen Balancingvorgang unterstützt werden. In dieser Arbeit wird der Prototyp eines Balancers für mehrere Zellen geplant und umgesetzt. Dieser Balancer soll in der Lage sein, neben Lithium-Ionen Akkumulatoren auch andere Zellentypen (Bleiakkumulatoren, etc. ) zu laden. Im Falle eines stationären Speichers, der z.B. als Puffer in der Industrie dient, ist es erforderlich, dass mit hohen Strömen geladen werden kann, um die Ladedauer auf ein Minimum zu beschränken. Diese Ladestation soll als Prototyp das Laden bis zu 100 Ampere ermöglichen. Um ein Fehlverhalten der Zellen feststellen zu können, muss die Temperatur der einzelnen Zellen ständig überwacht werden. Deswegen wird jede Zelle mit einem Temperaturfühler ausgestattet. Um Transparenz zu schaffen, wird der gesamte Lade- und Balancingvorgang mitgeloggt, um später auf eventuell beschädigte Zellen rückschließen zu können. Da ein fehlerhaftes Verhalten des Systems nie ausgeschlossen werden kann, wird als Sicherheitsvorkehrung eine überwachende Stufe eingebaut, welche im Notfall in jeden Systemprozess eingreifen kann. Somit kann ein Überladen oder eine fehlerhafte Temperaturmessung technisch ausgeschlossen werden. Der globale Trend der Vernetzung von Systemkomponenten zwingt Hersteller, ihre Produkte und deren Bedienung benutzerfreundlich und einfach zu gestalten. Wegen dieses Anspruchs wird der Prototyp über eine optische Darstellung aller Messwerte in Echtzeit mittels eines Touchscreens verfügen. Gespeichert werden die Messwerte auf einer MicroSD Karte im Sekundentakt. Da ein passives Balancing mit Wärmeabgabe einhergeht, wird das System aktiv von Lüftern gekühlt. Das Ergebnis dieser Arbeit soll ein voll funktionsfähiges und sicheres Ladesystem sein, welches auch Messwerte aufzeichnet und durch eine übergeordnete Messebene gesichert wird.

AB - Lithium-Ionen Akkumulatoren sind heutzutage der Standard der elektrochemischen Energiespeicherung. In der Mobilität, in transportablen netzunabhängigen Geräten oder im stationären Bereich werden sie in großer Vielfalt eingesetzt. Elektrische Fahrzeuge sowie stationäre Speicher beinhalten mehrere Lithium-Ionen Zellen. Abhängig von der Beanspruchung werden Zellen in Serie bzw. parallel geschaltet. Durch Vernetzung verschiedener Zellen können große Energiemengen gespeichert und bei Bedarf auch freigesetzt werden. Neben Sicherheitsmaßnahmen gegen Kurzschluss, Verpolung, Tiefentladung und Überhitzung soll der Ladevorgang durch einen Balancingvorgang unterstützt werden. In dieser Arbeit wird der Prototyp eines Balancers für mehrere Zellen geplant und umgesetzt. Dieser Balancer soll in der Lage sein, neben Lithium-Ionen Akkumulatoren auch andere Zellentypen (Bleiakkumulatoren, etc. ) zu laden. Im Falle eines stationären Speichers, der z.B. als Puffer in der Industrie dient, ist es erforderlich, dass mit hohen Strömen geladen werden kann, um die Ladedauer auf ein Minimum zu beschränken. Diese Ladestation soll als Prototyp das Laden bis zu 100 Ampere ermöglichen. Um ein Fehlverhalten der Zellen feststellen zu können, muss die Temperatur der einzelnen Zellen ständig überwacht werden. Deswegen wird jede Zelle mit einem Temperaturfühler ausgestattet. Um Transparenz zu schaffen, wird der gesamte Lade- und Balancingvorgang mitgeloggt, um später auf eventuell beschädigte Zellen rückschließen zu können. Da ein fehlerhaftes Verhalten des Systems nie ausgeschlossen werden kann, wird als Sicherheitsvorkehrung eine überwachende Stufe eingebaut, welche im Notfall in jeden Systemprozess eingreifen kann. Somit kann ein Überladen oder eine fehlerhafte Temperaturmessung technisch ausgeschlossen werden. Der globale Trend der Vernetzung von Systemkomponenten zwingt Hersteller, ihre Produkte und deren Bedienung benutzerfreundlich und einfach zu gestalten. Wegen dieses Anspruchs wird der Prototyp über eine optische Darstellung aller Messwerte in Echtzeit mittels eines Touchscreens verfügen. Gespeichert werden die Messwerte auf einer MicroSD Karte im Sekundentakt. Da ein passives Balancing mit Wärmeabgabe einhergeht, wird das System aktiv von Lüftern gekühlt. Das Ergebnis dieser Arbeit soll ein voll funktionsfähiges und sicheres Ladesystem sein, welches auch Messwerte aufzeichnet und durch eine übergeordnete Messebene gesichert wird.

KW - Balancing

KW - Lithium-Ionen

KW - Messwerterfassung

KW - Mikrocontroller

KW - balancing

KW - lithium-ion

KW - data acquisiton

KW - microcontroller

U2 - 10.34901/mul.pub.2023.267

DO - 10.34901/mul.pub.2023.267

M3 - Masterarbeit

ER -