Analyse af aktiv saldometode

Automotive Systems Engineering Department i München-baserede Infineon Technologies modtog for nylig en opgave om at udvikle elektriske køretøjer. Et el-køretøj er et kørbart køretøj, hvilket har stor betydning for at demonstrere den elektriske ydeevne af hybrid-elbiler. Bilen vil blive drevet af en stor lithium-batteripakke, og udviklerne forstår, at et afbalanceret batteri er nødvendigt. I dette tilfælde skal du vælge automatisk energioverførsel mellem batterier i stedet for den traditionelle simple ladningsbalanceringsmetode. Det selvopladningsbalanceringssystem, de udviklede, kan levere overlegne funktioner til samme pris som den obligatoriske plan.

Batteristruktur

Ni-Cd og Ni-MH batterier har domineret batterimarkedet i mange år. Selvom 18650 lithium-batteriet er et produkt, der først for nylig er kommet på markedet, stiger dets markedsandel hurtigt på grund af den væsentlige forbedring af ydeevnen. Lagerkapaciteten af ​​lithium-batterier er imponerende, men alligevel er kapaciteten af ​​et enkelt batteri utilstrækkelig til, at spænding eller strøm kan opfylde behovene for en hybridmotor. Flere batterier kan tilsluttes parallelt for at øge batteriets strømforsyningsstrøm, og flere batterier kan forbindes i serie for at øge batteriets strømforsyningsspænding.

Batterisamlere bruger ofte akronymer til at beskrive deres batteriprodukter, såsom 3P50S, hvilket betyder en batteripakke bestående af 3 parallelle batterier og 50 batterier i serie.

Den modulære struktur er ideel til håndtering af batterier, herunder flere serier af battericeller. For eksempel, i 3P12S batteri array, er hver 12 battericeller forbundet i serie for at danne en blok. Disse batterier kan styres og afbalanceres af et elektronisk kredsløb centreret på en mikrocontroller.

Batterimodulets udgangsspænding afhænger af antallet af seriekoblede batterier og spændingen på hvert batteri. Spændingen på et lithiumbatteri er generelt mellem 3.3V og 3.6V, så batterimodulets spænding er cirka mellem 30V og 45V.

Hybridstrømmen drives af en 450 volt DC strømforsyning. For at kompensere for ændringen i batterispænding med ladetilstanden, er det hensigtsmæssigt at tilslutte en DC-DC konverter mellem batteripakken og motoren. Konverteren begrænser også batteripakkens strømudgang.

For at sikre at DC-DC konverteren fungerer i den bedste stand, skal batterispændingen være mellem 150V ~ 300V. Derfor er der brug for 5 til 8 batterimoduler i serie.

behovet for balance

Når spændingen overstiger den tilladte grænse, beskadiges lithiumbatteriet let (som vist i figur 2). Når spændingen overstiger de øvre og nedre grænser (2V for nano-phosphat lithium-batterier, 3.6V for den øvre grænse), kan batteriet blive uopretteligt beskadiget. Som et resultat accelereres i det mindste selvafladningen af ​​batteriet. Batteriets udgangsspænding er stabil i et bredt ladetilstandsområde (SOC), og der er næsten ingen risiko for, at spændingen overskrider standarden inden for et sikkert område. Men i begge ender af det sikre område er ladekurven relativt stejl. Derfor er det som en forebyggende foranstaltning nødvendigt at nøje overvåge spændingen.

Hvis spændingen når en kritisk værdi, skal afladning eller opladning straks stoppes. Ved hjælp af et robust balancekredsløb kan spændingen på det pågældende batteri returneres til en sikker skala. Men for at gøre dette skal kredsløbet være i stand til at overføre energi mellem celler, når spændingen i en celle begynder at afvige fra spændingen i andre celler.

betalingsbalancemetode

1. Traditionelt obligatorisk: I et typisk batterihåndteringssystem er hvert batteri forbundet til en belastningsmodstand gennem en kontakt. Dette tvungne kredsløb kan aflade individuelt valgte batterier. Denne metode kan dog kun genoplades for at undertrykke spændingsstigningen for det stærkeste batteri. For at begrænse strømforbruget tillader kredsløbet normalt kun afladning ved en lille strøm på 100 mA, hvilket resulterer i en ladebalance, der tager flere timer.

2. Automatisk balanceringsmetode: Der er mange automatiske balanceringsmetoder relateret til materialer, som alle kræver et energilagerelement for at transportere energi. Hvis en kondensator bruges som et lagerelement, kræver det et stort udvalg af kontakter at forbinde den til et hvilket som helst batteri. En mere effektiv metode er at lagre energi i et magnetfelt. Nøglekomponenten i kredsløbet er transformatoren. Prototypen er udviklet af Infineon udviklingsteam i samarbejde med Vogt Electronic Components Co., Ltd. Dens funktioner er som følger:

A. Overfør energi mellem batterier

Tilslut spændingen fra flere celler til basisspændingen på ADC-indgangen

Kredsløbet bruger princippet om en omvendt scanningstransformator. Denne transformer kan lagre energi i et magnetfelt.