Analýza metody aktivní bilance náboje

Oddělení inženýrství automobilových systémů mnichovské společnosti Infineon Technologies nedávno dostalo úkol vyvíjet elektrická vozidla. Elektrické vozidlo je řiditelné vozidlo, což má velký význam pro demonstraci elektrického výkonu hybridních elektrických vozidel. Vůz bude napájen velkou lithiovou baterií a vývojáři chápou, že vyvážená baterie je nezbytná. V tomto případě je třeba zvolit automatický přenos energie mezi bateriemi namísto tradiční jednoduché metody vyrovnávání nabití. Samonabíjecí vyrovnávací systém, který vyvinuli, může poskytovat vynikající funkce za stejnou cenu jako povinný plán.

Struktura baterie

Ni-Cd a Ni-MH baterie dominují trhu baterií již mnoho let. Přestože je lithiová baterie 18650 produktem, který vstoupil na trh teprve nedávno, její podíl na trhu rychle roste díky podstatnému zlepšení výkonu. Akumulační kapacita lithiových baterií je působivá, ale i tak je kapacita jediné baterie nedostatečná pro napětí nebo proud pro potřeby hybridního motoru. Více baterií lze zapojit paralelně pro zvýšení napájecího proudu baterií a více baterií lze zapojit do série pro zvýšení napájecího napětí baterie.

Montážníci baterií často používají k popisu svých bateriových produktů zkratky, jako je 3P50S, což znamená bateriový blok složený ze 3 paralelních baterií a 50 baterií v sérii.

Modulární struktura je ideální pro manipulaci s bateriemi, včetně více sérií bateriových článků. Například v bateriovém poli 3P12S je každých 12 bateriových článků zapojeno do série do jednoho bloku. Tyto baterie lze ovládat a vyvažovat elektronickým obvodem soustředěným na mikrokontroléru.

Výstupní napětí bateriového modulu závisí na počtu baterií zapojených v sérii a napětí každé baterie. Napětí lithiové baterie je obecně mezi 3.3 V a 3.6 V, takže napětí bateriového modulu je přibližně mezi 30 V a 45 V.

Hybridní napájení je napájeno 450V DC napájecím zdrojem. Pro kompenzaci změny napětí akumulátoru se stavem nabití je vhodné mezi akumulátor a motor zapojit DC-DC měnič. Převodník také omezuje proudový výstup baterie.

Aby bylo zajištěno, že DC-DC měnič pracuje v nejlepším stavu, napětí baterie musí být mezi 150V ~ 300V. Proto je potřeba 5 až 8 bateriových modulů v sérii.

potřeba rovnováhy

Když napětí překročí povolený limit, lithiová baterie se snadno poškodí (jak je znázorněno na obrázku 2). Když napětí překročí horní a dolní limit (2V pro nanofosfátové lithiové baterie, 3.6V pro horní limit), může dojít k neopravitelnému poškození baterie. Díky tomu se alespoň urychlí samovybíjení baterie. Výstupní napětí baterie je stabilní v širokém rozsahu stavu nabití (SOC) a v bezpečném rozsahu téměř nehrozí překročení napětí. Ale na obou koncích bezpečného rozsahu je nabíjecí křivka poměrně strmá. Proto je jako preventivní opatření nutné pečlivě sledovat napětí.

Pokud napětí dosáhne kritické hodnoty, je nutné okamžitě zastavit vybíjení nebo nabíjení. Pomocí robustního balančního obvodu lze vrátit napětí příslušné baterie do bezpečného rozsahu. K tomu však musí být obvod schopen přenášet energii mezi články, když se napětí kteréhokoli článku začne lišit od napětí ostatních článků.

způsob vyrovnání poplatků

1. Tradiční povinné: V typickém systému manipulace s bateriemi je každá baterie připojena k zatěžovacímu odporu přes spínač. Tento nucený obvod může vybíjet individuálně zvolené baterie. Tuto metodu však lze dobíjet pouze pro potlačení nárůstu napětí nejsilnější baterie. Aby se omezila spotřeba energie, obvod obvykle umožňuje vybíjení pouze malým proudem 100 mA, což vede k vyrovnání nabití, které trvá několik hodin.

2. Metoda automatického vyvažování: Existuje mnoho metod automatického vyvažování souvisejících s materiály, z nichž všechny vyžadují prvek pro skladování energie pro přenášení energie. Pokud je kondenzátor použit jako úložný prvek, jeho připojení k jakékoli baterii vyžaduje velké pole spínačů. Efektivnější metodou je ukládání energie v magnetickém poli. Klíčovou součástí obvodu je transformátor. Prototyp byl vyvinut vývojovým týmem Infineon ve spolupráci s Vogt Electronic Components Co., Ltd. Jeho funkce jsou následující:

A. Přenos energie mezi bateriemi

Připojte napětí více článků k základnímu napětí vstupu ADC

Obvod využívá princip reverzního skenovacího transformátoru. Tento transformátor může ukládat energii v magnetickém poli.