CC BY
1
УДК 621.314.1
О ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА ЛИТИЙ-
ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА
Е.А. Ханкова, Научный руководитель - Д. К. Лобанов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: hankova21@inbox.ru
В данной статье рассмотрены динамические характеристики импульсного зарядного устройства для литий - ионных аккумуляторов повышенной мощности. Были получены частотные характеристики и построены переходные процессы для режимов стабилизации зарядного тока и зарядного напряжения.
Ключевые слова: литий-ионный аккумулятор, зарядное устройство.
ON THE DYNAMIC STABILITY OF A LI-ION BATTERY CHARGER
E.A. Khankova, Scientific supervisor - D.K. Lobanov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: hankova21@inbox.ru
This article discusses the dynamic characteristics of a pulse charger for high-power lithium-ion batteries. Frequency characteristics were obtained and transient processes were constructed for the modes of stabilization of the charging current and charging voltage.
Key words: li-ion battery, battery charger.
Зарядное устройство - электронное устройство для заряда электрических аккумуляторов энергией внешнего источника, как правило, от сети переменного тока.
Для аккумуляторов повышенной емкости типовые схемы зарядных устройств с непрерывным законом управления не подходят. Т.к. для таких аккумуляторов необходим большой ток , то в типовых схемах зарядного устройства будут большие потери мощности на регуляторе. Для снижения уровня потерь используем импульсный преобразователь [1].
Структурная схема зарядного устройства литий-ионного аккумулятора, рис.1.
Рис. 1. Структурная схема зарядного устройства
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2022. Том 1
В ходе проведения динамического расчета [2] были получены графики амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик с разными значениями тока и постоянным напряжением в 5В и характеристики с постоянным значением тока заряда 20А и разных значениях напряжения для режима стабилизации тока. Для режима стабилизации напряжения были получены те же графики с такими же значениями зарядного тока и напряжения. Но в системе отсутствовали запасы устойчивости, поэтому необходимо провести коррекцию системы путем ввода в контур корректирующего устройства [3].
После введения в контур корректирующего устройства амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик для режима стабилизации тока при напряжении заряда 5В и токе заряда 20А, рис 2, и для режима стабилизации напряжения при напряжении заряда 5В и токе заряда 20 А, рис 3, выглядят следующим образом.
• АЧХ с корректируемый при I ■ 20 А, Ът ■ 5 Б ФЧХ скоррекшруемьш при I=20 А, и=5 В
■ АЧХ корректирующего устройства ФЧХ корректирующего устройства
• АЧХ разомкнутого контура при I = 20 А.и = 5 В ФЧХ разомкнутого ыэнтура при I ■ 20 А, и » 5 В
Рис. 2. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики для режима стабилизации тока при постоянном значении тока заряда и при постоянном значений зарядного напряжения
тг
пТ
II
0 \ X
-5' н|-
-180
«г-
Частота. Гц
--АЧХ скорр екгированный при и = 5 В, I = 20 А
----------ФЧХ скорр екгир ованный при и = 5 В, I = 20 А
--АЧХ корректирующего устройства
----------ФЧХ корректирующего устройства
--АЧХ разомкнутого контура при и = 5 В, I = 20 А
----------ФЧХ разомкнутого контура при С = 5 В, I = 20 А
Рис. 3. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики для режима стабилизации напряжения при постоянном значении тока заряда и при постоянном значений зарядного напряжения
Для подтверждения того что, корректирующее устройство подобрано верно, построим графики переходных процессов для режимов стабилизации тока, и напряжения, рис.4
( д
Х19.В313 \
V
и, в 3.090
гВ0ОЯК 1.2СК 2Л0К ф ЗбСК 48СК. у с 6СОК
Рис. 4. Графики переходных процессов стабилизации тока и напряжения:а) график переходного процесса для режима стабилизации тока; б) график переходного процесса для режима стабилизации
напряжения
Модель зарядного устройства стабилизирует ток равный 19.836А., что соответствует погршности в 0,82% и входит в диапазон заданного значения тока заряда от 0А. до 20 А. Так как задано начальное значение напряжение аккумулятора 2.8В, график переходного процесса стабилизации напряжения строится с этого значения напряжения, а не от 0. Модель зарядного устройства стабилизирует напряжения равное 3.996В., что соответствует погрешности в 0,1% и входит в диапазон заданного значения зарядного напряжения от 0В. до 5В.
Библиографические ссылки
1. Мелешин В. И. Транзисторная преобразовательная техника. Моска: Техносфера, 2005. 632с.
2. Мизрах, Е. А. Теория автоматического управления. Линейные непрерывные системы. Красноярск: САА, 2000. 184с.
3. Никулин Е.А. Основы теории автоматического управления. Частотные методы анализа и синтеза систем. Санкт - Петербург: БХВ-Петербург, 2004. 632с.
© Ханкова Е. А., 2022
