Projeto e análise de controle de um carregador de baterias de íons de lítio

Abstract

Baterias de íons de lítio estão sendo cada vez mais utilizadas no exterior, mas com pouca utilização no mercado interno, devido à falta de conhecimento e de incentivo da indústria sobre o assunto. Visando auxiliar nesse desenvolvimento, este trabalho apresenta o projeto e análise de sistema de controle aplicado a um carregador de baterias de lítio. A partir da modelagem de um conversor Double-Switch Forward e das células de bateria no software PSIM® duas estratégias de controle são projetadas e analisadas: controle chaveado e controle em cascata. O projeto dos sistemas de controle é realizado a partir de uma simplificação no modelo da bateria. Posteriormente, o desempenho de ambos é analisado considerando a modelagem da bateria realizada com base em dados fornecidos por um fabricante. A análise comparativa é realizada com base no sobressinal máximo de tensão e corrente, tempo de carga e troca do controle de corrente para o controle de tensão. Os resultados obtidos indicam que os dois controles são adequados para a aplicação proposta, porém o controle em cascata apresenta uma resposta mais robusta e sem descontinuidades.

Lithium-ion batteries are being used more and more abroad, but are still neglected in the brazilian domestic market, due to the lack of knowledge and industry incentives on the subject. Aiming to assist in this development, this work presents the design and analysis of the control system applied to a lithium-ion battery charger. From the modeling of a Double-Switch Forward converter and of the battery cells in the software PSIM® two control strategies are designed and analyzed: switched control and cascade control. The design of the control systems is accomplished by simplifying the battery model. Subsequently, the performance of both is analyzed considering the battery modeling based on data provided by a manufacturer. The comparative analysis is carried out based on the maximum voltage and current overshoot, load time and the change from current control to voltage control. The results obtained indicate that the two controls are suitable for the proposed application, however the cascade control presents a more robust and steady response.