Анализ на активния баланс на заряда

Инженерният отдел за автомобилни системи на базираната в Мюнхен Infineon Technologies наскоро получи задача да разработва електрически превозни средства. Електрическото превозно средство е управлявано превозно средство, което е от голямо значение за демонстриране на електрическите характеристики на хибридните електрически превозни средства. Автомобилът ще се захранва от голяма литиева батерия и разработчиците разбират, че е необходима балансирана батерия. В този случай трябва да изберете автоматичен трансфер на енергия между батериите вместо традиционния прост метод за балансиране на заряда. Разработената от тях система за балансиране на самотаксуването може да осигури превъзходни функции на същата цена като задължителния план.

Структура на батерията

Ni-Cd и Ni-MH батериите доминират на пазара на батерии в продължение на много години. Въпреки че литиевата батерия 18650 е продукт, който навлезе на пазара едва наскоро, пазарният й дял бързо нараства поради значителното подобрение на производителността. Капацитетът за съхранение на литиевите батерии е впечатляващ, но дори и така, капацитетът на една батерия е недостатъчен за напрежение или ток, за да отговори на нуждите на хибриден двигател. Множество батерии могат да бъдат свързани паралелно, за да се увеличи тока на захранване на батерията, и няколко батерии могат да бъдат свързани последователно, за да се увеличи напрежението на захранването на батерията.

Сглобителите на батерии често използват акроними, за да опишат своите батерии, като 3P50S, което означава батериен пакет, съставен от 3 паралелни батерии и 50 батерии последователно.

Модулната структура е идеална за работа с батерии, включително множество серии батерии. Например, в масива от батерии 3P12S, всеки 12 акумулаторни клетки са свързани последователно, за да образуват блок. Тези батерии могат да се управляват и балансират от електронна схема, центрирана върху микроконтролер.

Изходното напрежение на акумулаторния модул зависи от броя на батериите, свързани последователно, и напрежението на всяка батерия. Напрежението на литиевата батерия обикновено е между 3.3V и 3.6V, така че напрежението на акумулаторния модул е ​​приблизително между 30V и 45V.

Хибридното захранване се захранва от 450 волта DC захранване. За да се компенсира промяната в напрежението на акумулатора със състоянието на зареждане, е подходящо да се свърже DC-DC преобразувател между батерията и двигателя. Преобразувателят също така ограничава токовия изход на батерията.

За да се гарантира, че DC-DC преобразувателят работи в най-добро състояние, напрежението на батерията трябва да бъде между 150V ~ 300V. Следователно са необходими 5 до 8 модула на батериите последователно.

необходимостта от баланс

Когато напрежението надвиши допустимата граница, литиевата батерия лесно се поврежда (както е показано на фигура 2). Когато напрежението надвиши горната и долната граница (2V за нано-фосфатни литиеви батерии, 3.6V за горната граница), батерията може да бъде непоправимо повредена. В резултат на това поне се ускорява саморазреждането на батерията. Изходното напрежение на батерията е стабилно в широк диапазон на състояние на зареждане (SOC) и почти няма риск напрежението да надвиши стандарта в безопасен диапазон. Но и в двата края на безопасния диапазон кривата на зареждане е сравнително стръмна. Ето защо, като превантивна мярка, е необходимо внимателно да се следи напрежението.

Ако напрежението достигне критична стойност, процесът на разреждане или зареждане трябва незабавно да бъде спрян. С помощта на здрава балансираща верига, напрежението на съответната батерия може да се върне в безопасна скала. Но за да направите това, веригата трябва да може да прехвърля енергия между клетките, когато напрежението на която и да е клетка започне да се различава от напрежението на други клетки.

метод за балансиране на таксата

1. Традиционно задължително: В типична система за манипулиране на батерията всяка батерия е свързана към товарен резистор чрез превключвател. Тази принудителна верига може да разрежда индивидуално избрани батерии. Този метод обаче може да се презарежда само за потискане на повишаването на напрежението на най-силната батерия. За да се ограничи консумацията на енергия, веригата обикновено позволява разреждане само при малък ток от 100 mA, което води до баланс на заряда, който отнема няколко часа.

2. Автоматичен метод на балансиране: Има много методи за автоматично балансиране, свързани с материалите, всички от които изискват елемент за съхранение на енергия за пренасяне на енергия. Ако кондензаторът се използва като елемент за съхранение, свързването му към всяка батерия изисква голям набор от превключватели. По-ефективен метод е съхраняването на енергия в магнитно поле. Основният компонент във веригата е трансформаторът. Прототипът е разработен от екипа за разработка на Infineon в сътрудничество с Vogt Electronic Components Co., Ltd. Неговите функции са както следва:

A. Прехвърляне на енергия между батериите

Свържете напрежението на множество клетки към основното напрежение на входа на ADC

Схемата използва принципа на трансформатор за обратно сканиране. Този трансформатор може да съхранява енергия в магнитно поле.