Análisis del método de balance de carga activo

El Departamento de Ingeniería de Sistemas Automotrices de Infineon Technologies, con sede en Munich, recibió recientemente una asignación para desarrollar vehículos eléctricos. Un vehículo eléctrico es un vehículo manejable, que es de gran importancia para demostrar el rendimiento eléctrico de los vehículos eléctricos híbridos. El automóvil funcionará con una gran batería de litio y los desarrolladores entienden que es necesaria una batería equilibrada. En este caso, debe elegir la transferencia automática de energía entre baterías en lugar del método tradicional de equilibrio de carga simple. El sistema de equilibrio de autocarga que desarrollaron puede proporcionar funciones superiores al mismo costo que el plan obligatorio.

Estructura de la batería

Las baterías Ni-Cd y Ni-MH han dominado el mercado de baterías durante muchos años. Aunque la batería de litio 18650 es un producto que acaba de entrar en el mercado, su cuota de mercado está aumentando rápidamente debido a la mejora sustancial en el rendimiento. La capacidad de almacenamiento de las baterías de litio es impresionante, pero aun así, la capacidad de una sola batería es insuficiente para que el voltaje o la corriente satisfagan las necesidades de un motor híbrido. Se pueden conectar varias baterías en paralelo para aumentar la corriente de la fuente de alimentación de la batería, y se pueden conectar varias baterías en serie para aumentar el voltaje de la fuente de alimentación de la batería.

Los ensambladores de baterías a menudo usan siglas para describir sus productos de baterías, como 3P50S, que significa un paquete de baterías compuesto por 3 baterías paralelas y 50 baterías en serie.

La estructura modular es ideal para manipular baterías, incluidas varias series de celdas de batería. Por ejemplo, en el conjunto de baterías 3P12S, cada 12 celdas de batería se conectan en serie para formar un bloque. Estas baterías se pueden controlar y equilibrar mediante un circuito electrónico centrado en un microcontrolador.

El voltaje de salida del módulo de batería depende del número de baterías conectadas en serie y del voltaje de cada batería. El voltaje de una batería de litio generalmente está entre 3.3V y 3.6V, por lo que el voltaje del módulo de la batería es aproximadamente entre 30V y 45V.

La energía híbrida está alimentada por una fuente de alimentación de CC de 450 voltios. Para compensar el cambio de voltaje de la batería con el estado de carga, es apropiado conectar un convertidor CC-CC entre la batería y el motor. El convertidor también limita la salida de corriente de la batería.

Para garantizar que el convertidor CC-CC funcione en las mejores condiciones, el voltaje de la batería debe estar entre 150 V ~ 300 V. Por lo tanto, se necesitan de 5 a 8 módulos de batería en serie.

la necesidad de equilibrio

Cuando el voltaje excede el límite permitido, la batería de litio se daña fácilmente (como se muestra en la Figura 2). Cuando el voltaje excede los límites superior e inferior (2 V para baterías de litio de nano-fosfato, 3.6 V para el límite superior), la batería puede sufrir daños irreparables. Como resultado, se acelera al menos la autodescarga de la batería. El voltaje de salida de la batería es estable en un amplio rango de estado de carga (SOC) y casi no hay riesgo de que el voltaje exceda el estándar dentro de un rango seguro. Pero en ambos extremos del rango seguro, la curva de carga es relativamente empinada. Por lo tanto, como medida preventiva, es necesario controlar de cerca el voltaje.

Si el voltaje alcanza un valor crítico, el proceso de descarga o carga debe detenerse inmediatamente. Con la ayuda de un circuito de equilibrio robusto, el voltaje de la batería correspondiente se puede devolver a una escala segura. Pero para hacer esto, el circuito debe poder transferir energía entre celdas cuando el voltaje de una celda comienza a diferir del voltaje de otras celdas.

método de saldo de carga

1. Obligatorio tradicional: en un sistema de manipulación de baterías típico, cada batería está conectada a una resistencia de carga a través de un interruptor. Este circuito forzado puede descargar baterías seleccionadas individualmente. Sin embargo, este método solo se puede recargar para suprimir el aumento de voltaje de la batería más potente. Para limitar el consumo de energía, el circuito generalmente solo permite la descarga a una pequeña corriente de 100 mA, lo que da como resultado un equilibrio de carga que lleva varias horas.

2. Método de equilibrio automático: existen muchos métodos de equilibrio automático relacionados con los materiales, todos los cuales requieren un elemento de almacenamiento de energía para transportar la energía. Si se utiliza un condensador como elemento de almacenamiento, conectarlo a cualquier batería requiere una gran variedad de interruptores. Un método más eficaz es almacenar energía en un campo magnético. El componente clave del circuito es el transformador. El prototipo fue desarrollado por el equipo de desarrollo de Infineon en cooperación con Vogt Electronic Components Co., Ltd. Sus funciones son las siguientes:

A. Transferir energía entre baterías

Conecte el voltaje de múltiples celdas al voltaje base de la entrada ADC

El circuito utiliza el principio de un transformador de exploración inversa. Este transformador puede almacenar energía en un campo magnético.