Ανάλυση μεθόδου ενεργού ισοζυγίου φόρτισης

Το Τμήμα Μηχανικών Συστημάτων Αυτοκινήτου της Infineon Technologies με έδρα το Μόναχο έλαβε πρόσφατα μια ανάθεση για την ανάπτυξη ηλεκτρικών οχημάτων. Ένα ηλεκτρικό όχημα είναι ένα όχημα με δυνατότητα οδήγησης, το οποίο έχει μεγάλη σημασία για την επίδειξη της ηλεκτρικής απόδοσης των υβριδικών ηλεκτρικών οχημάτων. Το αυτοκίνητο θα τροφοδοτείται από μια μεγάλη μπαταρία λιθίου και οι προγραμματιστές κατανοούν ότι είναι απαραίτητη μια ισορροπημένη μπαταρία. Σε αυτήν την περίπτωση, θα πρέπει να επιλέξετε την αυτόματη μεταφορά ενέργειας μεταξύ των μπαταριών αντί της παραδοσιακής απλής μεθόδου εξισορρόπησης φόρτισης. Το σύστημα εξισορρόπησης αυτοφόρτισης που ανέπτυξαν μπορεί να παρέχει ανώτερες λειτουργίες με το ίδιο κόστος με το υποχρεωτικό σχέδιο.

Δομή μπαταρίας

Οι μπαταρίες Ni-Cd και Ni-MH κυριαρχούν στην αγορά μπαταριών εδώ και πολλά χρόνια. Αν και η μπαταρία λιθίου 18650 είναι ένα προϊόν που μόλις πρόσφατα εισήλθε στην αγορά, το μερίδιο αγοράς της αυξάνεται ραγδαία λόγω της σημαντικής βελτίωσης στην απόδοση. Η χωρητικότητα αποθήκευσης των μπαταριών λιθίου είναι εντυπωσιακή, αλλά ακόμα κι έτσι, η χωρητικότητα μιας μπαταρίας είναι ανεπαρκής για την τάση ή το ρεύμα για να καλύψει τις ανάγκες ενός υβριδικού κινητήρα. Μπορούν να συνδεθούν πολλές μπαταρίες παράλληλα για να αυξηθεί το ρεύμα τροφοδοσίας μπαταρίας και πολλές μπαταρίες μπορούν να συνδεθούν σε σειρά για να αυξηθεί η τάση τροφοδοσίας της μπαταρίας.

Οι εταιρείες συναρμολόγησης μπαταριών χρησιμοποιούν συχνά ακρωνύμια για να περιγράψουν τα προϊόντα μπαταριών τους, όπως το 3P50S, που σημαίνει ένα πακέτο μπαταριών που αποτελείται από 3 παράλληλες μπαταρίες και 50 μπαταρίες σε σειρά.

Η αρθρωτή δομή είναι ιδανική για το χειρισμό μπαταριών, συμπεριλαμβανομένων πολλαπλών σειρών στοιχείων μπαταρίας. Για παράδειγμα, στη συστοιχία μπαταριών 3P12S, κάθε 12 κυψέλες μπαταρίας συνδέονται σε σειρά για να σχηματίσουν ένα μπλοκ. Αυτές οι μπαταρίες μπορούν να ελεγχθούν και να εξισορροπηθούν από ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα με κέντρο έναν μικροελεγκτή.

Η τάση εξόδου της μονάδας μπαταρίας εξαρτάται από τον αριθμό των μπαταριών που συνδέονται σε σειρά και την τάση κάθε μπαταρίας. Η τάση μιας μπαταρίας λιθίου είναι γενικά μεταξύ 3.3V και 3.6V, επομένως η τάση της μονάδας μπαταρίας είναι περίπου μεταξύ 30V και 45V.

Η υβριδική ισχύς τροφοδοτείται από τροφοδοτικό συνεχούς ρεύματος 450 volt. Προκειμένου να αντισταθμιστεί η αλλαγή στην τάση της μπαταρίας με την κατάσταση φόρτισης, είναι σκόπιμο να συνδέσετε έναν μετατροπέα DC-DC μεταξύ της μπαταρίας και του κινητήρα. Ο μετατροπέας περιορίζει επίσης την τρέχουσα έξοδο της μπαταρίας.

Προκειμένου να διασφαλιστεί ότι ο μετατροπέας DC-DC λειτουργεί στην καλύτερη κατάσταση, η τάση της μπαταρίας πρέπει να είναι μεταξύ 150V ~ 300V. Επομένως, χρειάζονται 5 έως 8 μονάδες μπαταρίας σε σειρά.

την ανάγκη για ισορροπία

Όταν η τάση υπερβαίνει το επιτρεπόμενο όριο, η μπαταρία λιθίου καταστρέφεται εύκολα (όπως φαίνεται στο σχήμα 2). Όταν η τάση υπερβαίνει τα άνω και κάτω όρια (2V για μπαταρίες νανοφωσφορικού λιθίου, 3.6V για το ανώτερο όριο), η μπαταρία μπορεί να υποστεί ανεπανόρθωτη ζημιά. Ως αποτέλεσμα, επιταχύνεται τουλάχιστον η αυτοεκφόρτιση της μπαταρίας. Η τάση εξόδου της μπαταρίας είναι σταθερή σε ένα ευρύ φάσμα κατάστασης φόρτισης (SOC) και δεν υπάρχει σχεδόν κανένας κίνδυνος υπέρβασης της τάσης του προτύπου εντός ασφαλούς εύρους. Αλλά και στα δύο άκρα του ασφαλούς εύρους, η καμπύλη φόρτισης είναι σχετικά απότομη. Ως εκ τούτου, ως προληπτικό μέτρο, είναι απαραίτητο να παρακολουθείτε στενά την τάση.

Εάν η τάση φτάσει σε μια κρίσιμη τιμή, η διαδικασία εκφόρτισης ή φόρτισης πρέπει να σταματήσει αμέσως. Με τη βοήθεια ενός ισχυρού κυκλώματος ισορροπίας, η τάση της σχετικής μπαταρίας μπορεί να επανέλθει σε ασφαλή κλίμακα. Αλλά για να γίνει αυτό, το κύκλωμα πρέπει να μπορεί να μεταφέρει ενέργεια μεταξύ των κυψελών όταν η τάση οποιουδήποτε στοιχείου αρχίζει να διαφέρει από την τάση άλλων κυψελών.

μέθοδος υπολοίπου χρέωσης

1. Παραδοσιακό υποχρεωτικό: Σε ένα τυπικό σύστημα χειρισμού μπαταρίας, κάθε μπαταρία συνδέεται με μια αντίσταση φορτίου μέσω ενός διακόπτη. Αυτό το εξαναγκασμένο κύκλωμα μπορεί να αποφορτίσει μεμονωμένα επιλεγμένες μπαταρίες. Ωστόσο, αυτή η μέθοδος μπορεί να επαναφορτιστεί μόνο για να καταστείλει την αύξηση τάσης της ισχυρότερης μπαταρίας. Προκειμένου να περιοριστεί η κατανάλωση ρεύματος, το κύκλωμα συνήθως επιτρέπει την εκφόρτιση μόνο με ένα μικρό ρεύμα 100 mA, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα μια ισορροπία φόρτισης που διαρκεί αρκετές ώρες.

2. Μέθοδος αυτόματης εξισορρόπησης: Υπάρχουν πολλές μέθοδοι αυτόματης εξισορρόπησης που σχετίζονται με υλικά, όλες από τις οποίες απαιτούν ένα στοιχείο αποθήκευσης ενέργειας για τη μεταφορά ενέργειας. Εάν ένας πυκνωτής χρησιμοποιείται ως στοιχείο αποθήκευσης, η σύνδεσή του με οποιαδήποτε μπαταρία απαιτεί μια μεγάλη σειρά διακοπτών. Μια πιο αποτελεσματική μέθοδος είναι η αποθήκευση ενέργειας σε ένα μαγνητικό πεδίο. Το βασικό εξάρτημα στο κύκλωμα είναι ο μετασχηματιστής. Το πρωτότυπο αναπτύχθηκε από την ομάδα ανάπτυξης της Infineon σε συνεργασία με την Vogt Electronic Components Co., Ltd. Οι λειτουργίες του είναι οι εξής:

Α. Μεταφέρετε ενέργεια μεταξύ των μπαταριών

Συνδέστε την τάση πολλών κυψελών με την τάση βάσης της εισόδου ADC

Το κύκλωμα χρησιμοποιεί την αρχή ενός μετασχηματιστή αντίστροφης σάρωσης. Αυτός ο μετασχηματιστής μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια σε ένα μαγνητικό πεδίο.