Elektronika a softwarová struktura BMS

Mach, Ondřej

EN SKPřihlásit se Přihlásit se (EduID)

Theses.cz

Theses vnrzx1

Elektronika a softwarová struktura BMS – Ing. Ondřej Mach

Ing. Ondřej Mach

Disertační práce

Elektronika a softwarová struktura BMS

Anotace:

Disertační práce zpracovává komplexní téma pokročilých battery management systémů. Úvodní část rámcově seznamuje s principy nejčastěji využívaných Li-Ion článků. Rozdílná elektrochemická skladba definuje rozsahy využití, které se promítají do přístupu vyvíjené elektroniky a později i do implementovaných matematických modelů. Aplikační selekce vhodných článků vedoucí k sestavování bateriových modulů lze opírat i o přidružené formy zapouzdřených ochran, které za určitých podmínek přinášejí místo bezpečnostních záruk neakceptovatelná rizika. Navazující kapitola poodkrývá problematiku vybraných současných řešení BMS, shrnuje jejich funkcionalitu a typické konstrukční limity. Uvedené koncepty topologií blokově vystihují typy obvodových struktur a režimy modulárního rozšiřování. Vývoj vlastního specifického řešení a realizace pokročilého systému řízení elektronického managementu současných moderních Li-Ion článků lze principiálně kategorizovat na více dílčích částí. Z pohledu elektroniky na výkonové rozhraní, monitorovací analog front-end obvody, komunikační periferie a centrální řídící jednotku. Firmwarová výbava zohledňuje matematicko-fyzikální modely článků. Battery management systém slouží pro kontinuální dynamické monitorování toku elektrické energie a může být realizován například podpůrnými obvody firmy Texas Instruments řady BQ769x0 nebo BQ7961x. Volba konkrétního AFE obvodu ovlivňuje variabilní sériovou kombinaci článků, možnosti jejich přístupu, parametry registrů a externí komunikační rozhraní. Jednoprocesorová řídící jednotka, mimo své úsporné provozní fáze, s požadovanou periodou vyčítá z AFE obvodů provozní informace, které jsou zpracovávány implementovanými algoritmy. Princip pokročilého řízení vyžaduje plnou kontrolu nad připojenými Li-Ion články, které jsou na počátku prvními provozními cykly důkladně mapovány. Vyvinutá BMS jednotka BQ79 disponuje možností sériového řetězení s ostatními bateriovými bloky. Vzájemná komunikace je k vysokým napěťovým potenciálům nutná galvanicky oddělovat. Hlavními problémy práce se jeví elektronické provedení celého systému s ohledem na potenciálně vysoké provozní proudy spínacích prvků, precizní multi-rozsahové měření a také i vhodné softwarové vybavení. Poslední kapitola práce zaměřuje pozornost na matematicko-fyzikální modelování současně moderních chemií Li-Ion článků a techniku transformace vztahů do softwarových struktur integrovaného MCU. …více

Abstract:

The dissertation deals with the complex topic of advanced battery management systems. The introductory part provides an overview of the principles of the most commonly used Li-Ion cells. The different electrochemical composition defines the ranges of applications, which are reflected in the approach of the developed electronics and later in the implemented mathematical models. The application selection of suitable cells leading to the assembly of battery modules can also be based on associated forms of encapsulated protection, which under certain conditions introduce unacceptable risks instead of safety guarantees. The following chapter highlights the issues of selected current BMS solutions, summarizing their functionality and typical design limits. The topology concepts presented here provide a block diagram of the types of circuit structures and modular expansion schemes. The development of a custom specific solution and the implementation of an advanced electronic management system for today's modern Li-Ion cells can be principally categorized into several subparts. From an electronics perspective, the power interface, the monitoring analog front-end circuitry, the communication peripherals and the central control unit. The firmware takes into account the mathematical and physical models of the battery. The battery management system is used for continuous dynamic power flow monitoring and can be implemented, for example, by Texas Instruments BQ769x0 or BQ7961x series support circuits. The single-processor controller, outside of its power-saving operating phase, reads out the operating information from the AFE circuits with the required period, which is processed by the implemented algorithms. The principle of advanced control requires full control over the connected Li-Ion cells, which are thoroughly mapped at the beginning of the first operating cycles. The central control unit has the possibility of serial daisy chaining with other battery blocks. Intercommunication is required to be galvanically isolated to high voltage potentials. The main challenges of the work appear to be the electronic design of the whole system with respect to the potentially high operating currents of the switching elements, precise multi-scale measurements as well as suitable software. The last chapter of the thesis focuses attention on the mathematical and physical modelling of the battery and the technique of transforming the relationships into software structures of the integrated MCU. …více

Klíčová slova

systém správy baterií Li-Ion baterie vyvažování článků predikce stavu nabití

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 15. 12. 2024

Obhajoba závěrečné práce

Vedoucí: doc. Ing. Josef Černohorský, Ph.D.

Citační záznam

Citovat tuto práci

Citace dle ISO 690:

MACH, Ondřej. \textit{Elektronika a softwarová struktura BMS}. Online. Disertační práce. Liberec: Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií. 2024. Dostupné z: https://theses.cz/id/vnrzx1/.

@PhdThesis{Mach2024thesis,
AUTHOR = "Mach, Ondřej",
TITLE = "Elektronika a softwarová struktura BMS [online]",
YEAR = "2024 [cit. 2026-09-25]",
TYPE = "Disertační práce",
SCHOOL = "Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studiíLiberec",
NOTE = "SUPERVISOR: doc. Ing. Josef Černohorský, Ph.D.",
URL = "https://theses.cz/id/vnrzx1/",
}

@PhdThesis{Mach2024thesis,
AUTHOR = {Mach, Ondřej},
TITLE = {Elektronika a softwarová struktura BMS},
YEAR = {2024},
TYPE = {Disertační práce},
INSTITUTION = {Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií},
LOCATION = {Liberec},
SUPERVISOR = {doc. Ing. Josef Černohorský, Ph.D.},
URL = {https://theses.cz/id/vnrzx1/},
URL_DATE = {2026-09-25},
}

{{Citace kvalifikační práce
 | příjmení = Mach
 | jméno = Ondřej
 | instituce = Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií
 | titul = Elektronika a softwarová struktura BMS
 | url = https://theses.cz/id/vnrzx1/
 | typ práce = Disertační práce
 | vedoucí = doc. Ing. Josef Černohorský, Ph.D.
 | rok = 2024
 | počet stran =
 | strany =
 | citace = 2026-09-25
 | poznámka =
 | jazyk = 
}}

Jak správně citovat práci

Mach, Ondřej. Elektronika a softwarová struktura BMS. Liberec, 2024. disertační práce (Ph.D.). Technická univerzita v Liberci. Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Plný text práce

Obsah online archivu závěrečné práce

Zveřejněno v Theses:

světu

Jak jinak získat přístup k textu

Instituce archivující a zpřístupňující práci: Technická univerzita v Liberci, Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Odkaz na soubor do lokálního úložiště instituce

Technická univerzita v Liberci

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Doktorský studijní program / obor:
Technická kybernetika / Technická kybernetika

Práce na příbuzné téma

Predikce stavu nabití olověných akumulátorů
Ondřej Chochola
Systém správy Li-Ion baterií
Jiří OČENÁŠEK
Realizace systému řízení baterie do elektrického vozidla
Vojtěch Vyhnálek
Systém pro správu Li-ion baterie
Lukáš Kratochvíla
Systém pro správu Li-ion baterie
Lukáš Kratochvíla
Systémy správy baterií pro mobilní robotiku
Petr Brabenec
Aktivní balancér Li-Ion
Patrik KUČERA
Výsledky testové baterie MOBAK 3 ve srovnání s vybraným evropským státem
Jan Kraus

Všechny práce

Název

Vložil

Vloženo

Práva

Theses vnrzx1 vnrzx1/2

4. 3. 2025

Složky

Soubory

thesis Mach_O._-_DP.pdf

Šmída, J.

5. 3. 2025

Přidání souboru

Soubor nebo složku lze nahrát pomocí tlačítka Přidat.
Další operace se soubory

Podrobnosti lze zjistit označením příslušného řádku.
Pohled pro experty

Pro častou práci je možné zvolit režim Více možností.
Vyhledávání souborů

Vyhledávaný výraz můžete zadat přímo do adresního řádku.
Rychlý přístup k souborům

Pomocí funkce Nedávné je možné se rychle vrátit k právě prohlíženým souborům. Oblíbené soubory je také možné označit Hvězdičkou.

Elektronika a softwarová struktura BMS – Ing. Ondřej Mach

Ing. Ondřej Mach

Disertační práce

Elektronika a softwarová struktura BMS

Anotace:

Abstract:

Klíčová slova

Obhajoba závěrečné práce

Citační záznam

Citace dle ISO 690:

Jak správně citovat práci

Plný text práce

Obsah online archivu závěrečné práce

Jak jinak získat přístup k textu

Technická univerzita v Liberci

Práce na příbuzné téma

Složky

Soubory

Přidání souboru

Další operace se soubory

Pohled pro experty

Vyhledávání souborů

Rychlý přístup k souborům