Publicação
Desenvolvimento de um BMS modular com balanceamento ativo
| Resumo: | A indústria automóvel encontra-se em constante evolução. Os meios de transporte que, no passado, eram exclusivamente dependentes de motores de combustão interna, têm, na atualidade, a capacidade de serem efetuados por Veículos Elétricos (VE). A atenção voltou-se para outros componentes, com destaque para o desenvolvimento de novas tecnologias de baterias, inovações no armazenamento, e formas de otimizar tanto o processo de recarga como a durabilidade das mesmas. O Sistema de Gestão da Bateria, na nomenclatura inglesa denominado por Battery Management System (BMS) desempenha um papel fundamental na administração e monitorização das baterias, devido ao desequilíbrio de carga, que pode resultar numa deterioração das células, sendo evidente em taxas de maior esforço de carga ou descarga. A maioria dos BMS atualmente em uso é passiva, dissipando energia para balancear as células. Como é prognosticado um contínuo crescimento no mercado dos sistemas de gestão de baterias, dado o aumento na procura por VE, é gerada uma crescente necessidade por BMS mais eficazes, que maximizem e otimizem a capacidade de armazenamento, ou seja, BMS ativos. No âmbito desta dissertação desenvolveu-se um BMS ativo modular com uma arquitetura master /slave e com balanceamento ativo de células. O processo incluiu diversas etapas, desde estudo bibliográfico, simulação, prototipagem, testes e validações experimentais. Numa primeira fase, a pesquisa científica explorou tecnologias relacionadas com o BMS, como tipos de baterias, algoritmos de estimativa de carga e metodologias de medição. Em seguida, foram investigados tipos de balanceamentos, topologias de conversores de eletrónica de potência, circuitos de acionamento de gate, bem como protocolos de comunicação. O desenvolvimento do BMS implicou, entre outras tarefas, a realização de simulações no software PSIM, ensaios experimentais em breadboard, desenho dos esquemas elétricos e do layout das placas de circuito impresso, com recurso ao software Altium. Finalmente, conduziram-se ensaios experimentais num módulo slave comunicando com um microcontrolador que emula um módulo master. Os resultados obtidos são apresentados, juntamente com as conclusões provenientes desta pesquisa. |
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| Autores principais: | Miranda, João Pedro Dias |
| Assunto: | Balanceamento Ativo Bateria BMS – Battery Management System Mobilidade Elétrica Veículo Elétrico Active Balancing Battery Electric Mobility Electric Vehicle |
| Ano: | 2024 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | A indústria automóvel encontra-se em constante evolução. Os meios de transporte que, no passado, eram exclusivamente dependentes de motores de combustão interna, têm, na atualidade, a capacidade de serem efetuados por Veículos Elétricos (VE). A atenção voltou-se para outros componentes, com destaque para o desenvolvimento de novas tecnologias de baterias, inovações no armazenamento, e formas de otimizar tanto o processo de recarga como a durabilidade das mesmas. O Sistema de Gestão da Bateria, na nomenclatura inglesa denominado por Battery Management System (BMS) desempenha um papel fundamental na administração e monitorização das baterias, devido ao desequilíbrio de carga, que pode resultar numa deterioração das células, sendo evidente em taxas de maior esforço de carga ou descarga. A maioria dos BMS atualmente em uso é passiva, dissipando energia para balancear as células. Como é prognosticado um contínuo crescimento no mercado dos sistemas de gestão de baterias, dado o aumento na procura por VE, é gerada uma crescente necessidade por BMS mais eficazes, que maximizem e otimizem a capacidade de armazenamento, ou seja, BMS ativos. No âmbito desta dissertação desenvolveu-se um BMS ativo modular com uma arquitetura master /slave e com balanceamento ativo de células. O processo incluiu diversas etapas, desde estudo bibliográfico, simulação, prototipagem, testes e validações experimentais. Numa primeira fase, a pesquisa científica explorou tecnologias relacionadas com o BMS, como tipos de baterias, algoritmos de estimativa de carga e metodologias de medição. Em seguida, foram investigados tipos de balanceamentos, topologias de conversores de eletrónica de potência, circuitos de acionamento de gate, bem como protocolos de comunicação. O desenvolvimento do BMS implicou, entre outras tarefas, a realização de simulações no software PSIM, ensaios experimentais em breadboard, desenho dos esquemas elétricos e do layout das placas de circuito impresso, com recurso ao software Altium. Finalmente, conduziram-se ensaios experimentais num módulo slave comunicando com um microcontrolador que emula um módulo master. Os resultados obtidos são apresentados, juntamente com as conclusões provenientes desta pesquisa. |
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