Analyse der aktiven Ladebilanzmethode

Die Abteilung Automotive Systems Engineering der Münchner Infineon Technologies hat kürzlich den Auftrag zur Entwicklung von Elektrofahrzeugen erhalten. Ein Elektrofahrzeug ist ein fahrbares Fahrzeug, das für den Nachweis der elektrischen Leistungsfähigkeit von Hybrid-Elektrofahrzeugen von großer Bedeutung ist. Das Auto wird von einem großen Lithium-Batteriepaket angetrieben, und die Entwickler verstehen, dass eine ausgewogene Batterie erforderlich ist. In diesem Fall müssen Sie die automatische Energieübertragung zwischen den Batterien anstelle der herkömmlichen einfachen Ladeausgleichsmethode wählen. Das von ihnen entwickelte Self-Charge-Balancing-System kann überlegene Funktionen zu den gleichen Kosten wie der obligatorische Tarif bieten.

Batteriestruktur

Ni-Cd- und Ni-MH-Batterien dominieren seit vielen Jahren den Batteriemarkt. Obwohl es sich bei der Lithiumbatterie 18650 um ein erst kürzlich auf den Markt gekommenes Produkt handelt, steigt ihr Marktanteil aufgrund der erheblichen Leistungssteigerung rasant. Die Speicherkapazität von Lithiumbatterien ist beeindruckend, aber dennoch reicht die Kapazität einer einzelnen Batterie für Spannung oder Strom nicht aus, um die Anforderungen eines Hybridmotors zu erfüllen. Mehrere Batterien können parallel geschaltet werden, um den Batteriestromversorgungsstrom zu erhöhen, und mehrere Batterien können in Reihe geschaltet werden, um die Batteriestromversorgungsspannung zu erhöhen.

Batteriehersteller verwenden häufig Akronyme, um ihre Batterieprodukte zu beschreiben, wie z. B. 3P50S, was ein Batteriepaket aus 3 parallelen Batterien und 50 in Reihe geschalteten Batterien bedeutet.

Der modulare Aufbau ist ideal für die Handhabung von Batterien, einschließlich mehrerer Reihen von Batteriezellen. Im Batterie-Array 3P12S sind beispielsweise alle 12 Batteriezellen in Reihe geschaltet, um einen Block zu bilden. Diese Batterien können durch eine elektronische Schaltung gesteuert und ausgeglichen werden, die auf einem Mikrocontroller zentriert ist.

Die Ausgangsspannung des Batteriemoduls hängt von der Anzahl der in Reihe geschalteten Batterien und der Spannung jeder Batterie ab. Die Spannung einer Lithiumbatterie liegt im Allgemeinen zwischen 3.3V und 3.6V, also liegt die Spannung des Batteriemoduls ungefähr zwischen 30V und 45V.

Der Hybridantrieb wird von einem 450-Volt-DC-Netzteil gespeist. Um die Änderung der Batteriespannung mit dem Ladezustand auszugleichen, bietet es sich an, einen DC-DC-Wandler zwischen Batteriepack und Motor zu schalten. Der Wandler begrenzt auch die Stromabgabe des Akkupacks.

Um sicherzustellen, dass der DC-DC-Wandler im besten Zustand funktioniert, muss die Batteriespannung zwischen 150V ~ 300V liegen. Daher werden 5 bis 8 Batteriemodule in Reihe benötigt.

das Bedürfnis nach Balance

Wenn die Spannung den zulässigen Grenzwert überschreitet, wird die Lithiumbatterie leicht beschädigt (wie in Abbildung 2 gezeigt). Wenn die Spannung die obere und untere Grenze überschreitet (2 V für Nanophosphat-Lithiumbatterien, 3.6 V für die obere Grenze), kann die Batterie irreparabel beschädigt werden. Dadurch wird zumindest die Selbstentladung der Batterie beschleunigt. Die Ausgangsspannung der Batterie ist in einem weiten Ladezustandsbereich (SOC) stabil, und es besteht fast keine Gefahr, dass die Spannung innerhalb eines sicheren Bereichs den Standard überschreitet. Aber an beiden Enden des sicheren Bereichs ist die Ladekurve relativ steil. Daher ist es als vorbeugende Maßnahme erforderlich, die Spannung genau zu überwachen.

Erreicht die Spannung einen kritischen Wert, muss der Entlade- oder Ladevorgang sofort abgebrochen werden. Mit Hilfe einer robusten Balance-Schaltung kann die Spannung der jeweiligen Batterie wieder auf ein sicheres Maß gebracht werden. Dazu muss die Schaltung jedoch in der Lage sein, Energie zwischen den Zellen zu übertragen, wenn sich die Spannung einer beliebigen Zelle von der Spannung anderer Zellen unterscheidet.

Ladungsausgleichsmethode

1. Herkömmlich obligatorisch: In einem typischen Batteriehandhabungssystem ist jede Batterie über einen Schalter mit einem Lastwiderstand verbunden. Diese Zwangsschaltung kann einzeln ausgewählte Batterien entladen. Diese Methode kann jedoch nur aufgeladen werden, um den Spannungsanstieg der stärksten Batterie zu unterdrücken. Um den Stromverbrauch zu begrenzen, lässt die Schaltung meist nur eine Entladung bei einem kleinen Strom von 100 mA zu, was zu einem Ladeausgleich führt, der mehrere Stunden dauert.

2. Automatisches Ausgleichsverfahren: Es gibt viele automatische Ausgleichsverfahren in Bezug auf Materialien, die alle ein Energiespeicherelement benötigen, um Energie zu transportieren. Wenn ein Kondensator als Speicherelement verwendet wird, erfordert der Anschluss an eine beliebige Batterie eine große Anzahl von Schaltern. Eine effektivere Methode ist die Energiespeicherung in einem Magnetfeld. Die Schlüsselkomponente in der Schaltung ist der Transformator. Der Prototyp wurde vom Infineon-Entwicklungsteam in Zusammenarbeit mit Vogt Electronic Components Co., Ltd. entwickelt. Seine Funktionen sind wie folgt:

A. Energie zwischen Batterien übertragen

Verbinden Sie die Spannung mehrerer Zellen mit der Basisspannung des ADC-Eingangs

Die Schaltung verwendet das Prinzip eines Reverse-Scan-Transformators. Dieser Transformator kann Energie in einem Magnetfeld speichern.