Projeto e controle de conversor cc-cc clássico para carregador de baterias de lítio

Abstract

À medida que as discussões sobre sustentabilidade ambiental crescem, a expansão do mercado de baterias de lítio torna-se inevitável. Baseado nesse fluxo crescente, este trabalho tem por objetivo principal o estudo de um carregador de baterias de lítio a partir da modelagem de um conversor clássico com um sistema de controle que permita a carga no estágio de corrente constante e de tensão constante. Realizou-se estudo das baterias, conversores e técnicas de controle, selecionando um conversor Buck combinado a uma arquitetura de controle proporcional-integral em cascata para ser aplicada para carregar uma bateria de uma lavadora e secadora industrial de pisos de 29,4 V. Após equacionar os componentes, a simplificação da bateria por uma resistência serviu de base para modelagem do controle pelo software Matlab® e o desenvolvimento foi realizado no software PSIM®. A análise comparativa é realizada pelo tempo de carga e pela troca do controle de corrente para o controle de tensão. Observa-se no controle multimalha da corrente e da tensão que uma etapa adicional se faz necessária, caso seja necessário o carregamento até 100% da carga da bateria, porém, os resultados obtidos indicam que o carregador é adequado para a aplicação proposta e o apresentado na literatura.

As discussions about environmental sustainability grow, the expansion of the lithium battery market becomes inevitable. Based on this growing flow, this work has as its primary objective the study of a lithium battery charger from modeling a classic converter with a control system that allows the charge in the constant current and constant voltage stage. A study was carried out on batteries, converters and control techniques, selecting a Buck converter combined with a cascade proportional-integral control architecture to be applied to charge a battery of an industrial floor washer and dryer with 29.4 V. After equating the components, the simplification of the battery by a resistance served as the basis for modeling the control using the Matlab® software. The development was conducted in the PSIM® software. The comparative analysis is carried out by charging time and switching from current control to voltage control. It is followed in the current and voltage multi-mesh control that an additional step is necessary, in case it is necessary to charge up to 100% of the battery charge, nevertheless, the obtained results indicate that the charger is suitable for the proposed application and the presented in the literature.