Энергетическая модель контроллера солнечной батареи

Основная функция блока нечеткой логики - формирование задающего воздействия для системы гидропривода. Использование методов нечеткого управления позволяет получить качественный переходный процесс без использования громоздких вычислительных процедур по классическому методу управления с использованием градиентного алгоритма или других методов оптимизации.

Для моделирования была выбрана конечная фаза укатки асфальтобетонной смеси типа В: время работы 0,07 с; температура смеси понижается с 85 оС до 60 оС; Ку = 0,98 - 1,0. На основе рекомендаций по уплотнению асфальтобетонных смесей были сформулированы следующие правила:

1. IF temperature = begin OR skorost = up THEN chastota = low;

2. IF temperature = middle OR skorost = forward THEN chastota = medium;

3. IF temperature = final OR skorost = down THEN chastota = high.

Графики выполнения правил нечеткого регулятора показан на рис. 2.

Заключение. Разработана модель нечеткой системы автоматического управления режимами работы вибрационного катка с учетом реологических характеристик среды.

Рис. 2. Графики выполнения правил нечеткого регулятора

Библиографические ссылки

1. Денисенко В. В. ПИД-регуляторы: принципы построения и модификации // СТА. 2006. № 4, 5. С. 66-74.

2. Иванчура В. И., Прокопьев А. П., Емельянов Р. Т. и др. Модель адаптивной системы управления режимами работы вибрационного асфальтового катка с нечетким регулятором // Строительные и дорожные машины. 2012. № 9. С. 39-45.

© Петров А. Д., 2013

УДК 621.31:629.78

С. С. Пост Научный руководитель - В. И. Иванчура Сибирский федеральный университет, Красноярск

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНТРОЛЛЕРА СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Разработана энергетическая модель контроллера солнечной батареи. Методика моделирования и исследования энергетических процессов использует информационную систему поддержки автоматизированного проектирования и МЛТЬЛБ 7.9.

Автономные системы электропитания на основе солнечных батарей (СБ) находят все более широкое применение. Это связано, во-первых, с тем, что в последние десятилетия значительно расширяется спектр электротехнических устройств и приборов, применяемых в различных областях деятельности человека и, во-вторых, со значительным снижением стоимости солнечных батарей. В состав таких систем, помимо, собственно, СБ входит аккумуляторная батарея (АБ), кабельная сеть, коммутатор нагрузки и контроллер солнечной батареи, выполняющий при избытке мощности СБ функции поддержания заданных тока заряда или зарядного напряжения АБ, а при дефиците мощности СБ обеспечивает режим отбора максимальной мощности от СБ.

Для разработки математической модели системы необходимы модели составляющих её элементов. С разработанной моделью солнечной батареи можно ознакомиться в [1]. В качестве модели аккумуляторной батареи используется модель литий-ионной батареи, входящая в состав библиотеки SimPowerSystems пакета Ма^аЬ 7.9 [2]. Модель контроллера солнечной

батареи рассматривается в настоящей работе. Логика функционирования модели должна обеспечивать:

- работу контроллера в режиме экстремального регулирования мощности СБ при дефиците мощности СБ;

- заряд АБ постоянным током задаваемой величины 1з при избытке мощности СБ;

- заряд АБ снижающимся током при достижении напряжения АБ задаваемого уровня Пабшах в условиях избытка мощности СБ.

На рис. 1 представлена система, состоящая из солнечной батареи (её номинальные параметры: ихх = 22 В, 1кз = 3.5 А, Ртах = 63 Вт), контроллера солнечной батареи и аккумуляторной батареи, собранная в пакете Ма^АВ 7.9. [3]

Входящий в состав контроллера пошаговый экстремальный регулятор мощности производит поиск максимальной мощности с частотой шагов опроса 200 Гц.

Рассмотрим работу системы в целом. На рис. 2 приведены временные диаграммы, поясняющие работу системы. Пусть на временном интервале и ^ t2 мощность, генерируемая СБ превышает мощность АБ. Соответственно, система находится в режиме за-

Секция «Автоматика и электроника»

ряда током постоянной величины в 4 А. В момент времени 12 = 2000 8 освещённость СБ снижается и максимально генерируемая ею мощность становится ниже мощности потребляемой АБ при её заряде фиксированным током в 4 А. Поэтому система переходит в режим экстремального регулирования и за 5 шагов экстремальный регулятор мощности находит экстремальное значение мощности СБ с учётом снижения её освещённости. На данном интервале времени мощность, передаваемая на заряд аккумуляторной батареи

остаётся неизменной, и поэтому напряжение на выходе АБ растёт, а ток её заряда снижается. Далее, в момент времени 13 = 3000 8, освещённость СБ достигает своего первоначального значения. Система вновь переходит в режим заряда АБ током постоянной величины. В момент времени 14 = 3350 8 напряжение на АБ достигает максимально возможного уровня и система переходит в режим заряда АБ падающим током. Далее, в момент времени 15 = 4250 8 ток заряда АБ падает до нуля и заряд АБ прекращается.

Рис. 1. Модель системы электропитания

Рис. 2. Временные диаграммы, поясняющие работу модели

Аналогичным образом была проведена проверка работы системы при иных вариантах смены режимов работы, в ходе которой была подтверждена правильность работы системы.

Разработанная модель контроллера солнечной батареи с использованием функциональных блоков в программном пакете автоматизированного проектирования MATLAB 7.9 обеспечивает возможность

объединения СБ и АБ в автономную систему, в которой обеспечиваются следующие режимы работы:

- режим экстремального регулирования;

- режим заряда АБ постоянным задаваемым током;

- режим заряда АБ снижающимся током при достижении напряжением АБ некоторого задаваемого значения.

Библиографические ссылки

1. Иванчура В. И.; Чубарь А. В.; Пост С. С. Энергетические модели элементов автономных систем электропитания // Научный журнал СФУ. Секция техника и технология. № 5. Т. 2. С. 179-190.

2. Implement generic battery model. URL: http://www.mathworks.eom/help/physmod/powersys/ref/b attery.html.

3. Черных И. В. Моделирование электротехнических устройств в ЫАТЬАБ, БтиНпк и SimPowerSys-гетв. М. : ДМК Пресс; СПб. : Питер, 2008. 288 с. : ил.

© Пост С. С., 2013

УДК 537.22

И. Е. Сазонов Научный консультант - М. В. Лукьяненко Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ВЫРАВНИВАНИЕ ЗАРЯДА В ЛИТИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЯХ

Автор описывает одну из основных задач, возникающих при эксплуатации литий-ионных аккумуляторных батарей - необходимость выравнивания уровня заряда между аккумуляторами в батарее. Описаны два метода выравнивания: пассивный и активный.

В настоящее время существует задача по выравниванию уровней заряда между аккумуляторами в литий-ионных батареях. Батарея состоит из нескольких аккумуляторных ячеек. Несколько аккумуляторов соединяются последовательно, в соответствии с требуемым уровнем напряжения. Рассогласование уровней заряда между аккумуляторами делает эксплуатацию менее эффективной и небезопасной. Рассогласование зарядов между соединенными последовательно аккумуляторами уменьшает общую емкость батареи и срок службы. Таким образом, все ячейки батареи должны иметь равный накопленный заряд, в том числе во время заряда и разряда.

Традиционно, устройства выравнивания заряда, применяемые в составе космических летательных аппаратов, выполняются в виде отдельного блока. Главной целью нашего исследования является интеграция функций выравнивания заряда в зарядно-разрядное устройство, входящее в состав бортовой системы электропитания космического аппарата (КА).

Методы выравнивания заряда делятся на два типа: пассивные и активные. В пассивных, или рассеивающих выравнивающих схемах, измеряется и регулируется напряжение каждой ячейки. Процесс заряда продолжается даже тогда, когда наиболее заряженные ячейки достигли своего максимального напряжения и до тех пор, пока все ячейки в батарее не будут полностью заряжены. Выравнивание зарядов происходит путем пропускания тока через рассеивающий элемент (резистор) в обход заряженной ячейки, до тех пор, пока её напряжение не станет таким же, как и у остальных в последовательной цепочке. Разряд батареи прекращается тогда, когда хотя бы одна ячейка не

достигнет минимального напряжения. Пассивные схемы выравнивания не являются предпочтительными для использования в составе КА. Во-первых, выравнивание не происходит во время заряда или разряда, что приводит к уменьшению емкости батареи. Во-вторых - это фиксированное напряжение выравнивания. Это недостаток, поскольку со временем батарея стареет, и её необходимо заряжать до более высокого уровня путем увеличения напряжения заряда.

В активных схемах выравнивания, напряжения и уровень заряда каждой ячейки измеряется, и регулируется путем пропускания тока через нерассеиваю-щие элементы (конденсаторы и индуктивности) в обход ячейки. Такой метод позволяет постоянно переносить энергию от более заряженных ячеек к менее заряженным. Активные методы удовлетворяют предъявляемым требованиям.

Таким образом, в рамках диссертационного исследования было решено разработать зарядно-разрядное устройство для литий-ионных аккумуляторных батарей с интегрированной функцией выравнивания аккумуляторных ячеек по напряжению.

Библиографические ссылки

1. Stephen W. Moore, P. F. Stevens, An investigation of Cell Balancing and Equalization for Lithium-Ion Battery Packs // Lithium Power Solutions LLC, Fishers, 2012.

2. Xidong Tang, Brian Koch, Capacity Estimation for Li-ion Batteries // American Control Conference, San Francisco, CA, USA, 2011.

© Сазонов И. Е., 2013