Aktiivista varaustaseen menetelmäanalyysi

Münchenissä sijaitsevan Infineon Technologiesin Automotive Systems Engineering Department sai äskettäin toimeksiannon kehittää sähköajoneuvoja. Sähköajoneuvo on ajettava ajoneuvo, jolla on suuri merkitys hybridisähköajoneuvojen sähköisen suorituskyvyn osoittamisessa. Auto saa virtansa suuresta litiumakusta, ja kehittäjät ymmärtävät, että tasapainoinen akku on välttämätön. Tässä tapauksessa sinun on valittava automaattinen energiansiirto akkujen välillä perinteisen yksinkertaisen latauksen tasapainotusmenetelmän sijaan. Heidän kehittämänsä itselatautuva tasapainotusjärjestelmä voi tarjota ylivoimaisia ​​toimintoja samalla hinnalla kuin pakollinen suunnitelma.

Akun rakenne

Ni-Cd- ja Ni-MH-akut ovat hallinneet akkumarkkinoita useiden vuosien ajan. Vaikka 18650-litiumparisto on vasta äskettäin markkinoille tullut tuote, sen markkinaosuus kasvaa nopeasti suorituskyvyn huomattavan parantumisen ansiosta. Litiumakkujen säilytyskapasiteetti on vaikuttava, mutta silti yhden akun kapasiteetti ei riitä jännitteelle tai virralle hybridimoottorin tarpeisiin. Useita akkuja voidaan kytkeä rinnan akun virransyöttövirran lisäämiseksi, ja useita akkuja voidaan kytkeä sarjaan akun virransyöttöjännitteen lisäämiseksi.

Akkujen kokoajat käyttävät usein lyhenteitä kuvailemaan akkutuotteitaan, kuten 3P50S, mikä tarkoittaa akkupakettia, joka koostuu 3 rinnakkaisesta akusta ja 50 akusta sarjassa.

Modulaarinen rakenne on ihanteellinen akkujen, mukaan lukien useiden akkukennojen, käsittelyyn. Esimerkiksi 3P12S-akkuryhmässä jokainen 12 akkukennoa on kytketty sarjaan muodostamaan lohkon. Näitä akkuja voidaan ohjata ja tasapainottaa elektronisella piirillä, joka on keskitetty mikro-ohjaimeen.

Akkumoduulin lähtöjännite riippuu sarjaan kytkettyjen akkujen lukumäärästä ja kunkin akun jännitteestä. Litiumakun jännite on yleensä välillä 3.3 V – 3.6 V, joten akkumoduulin jännite on noin 30 V – 45 V.

Hybriditeho saa virtansa 450 voltin tasavirtalähteestä. Akun jännitteen muutoksen kompensoimiseksi lataustilan myötä on tarkoituksenmukaista liittää DC-DC-muunnin akun ja moottorin väliin. Muunnin rajoittaa myös akun virtatehoa.

Jotta DC-DC-muunnin toimisi parhaassa kunnossa, akun jännitteen tulee olla välillä 150V ~ 300V. Siksi tarvitaan 5-8 akkumoduulia sarjassa.

tasapainon tarve

Kun jännite ylittää sallitun rajan, litiumakku vaurioituu helposti (kuten kuvassa 2). Kun jännite ylittää ylä- ja alarajan (2 V nanofosfaattilitiumparistoille, 3.6 V ylärajalle), akku voi vaurioitua peruuttamattomasti. Tämän seurauksena ainakin akun itsepurkautuminen kiihtyy. Akun lähtöjännite on vakaa laajalla lataustila-alueella (SOC), eikä ole läheskään vaaraa, että jännite ylittää standardin turvallisella alueella. Mutta turvallisen alueen molemmissa päissä latauskäyrä on suhteellisen jyrkkä. Siksi ennaltaehkäisevänä toimenpiteenä on välttämätöntä seurata jännitettä tarkasti.

Jos jännite saavuttaa kriittisen arvon, purkaus- tai latausprosessi on lopetettava välittömästi. Tukevan tasapainotuspiirin avulla asianomaisen akun jännite voidaan palauttaa turvalliselle asteikolle. Mutta tätä varten piirin on kyettävä siirtämään energiaa kennojen välillä, kun jonkin solun jännite alkaa poiketa muiden kennojen jännitteestä.

maksujen saldomenetelmä

1. Perinteinen pakollinen: Tyypillisessä akunkäsittelyjärjestelmässä jokainen akku on kytketty kuormitusvastukseen kytkimen kautta. Tämä pakotettu piiri voi purkaa erikseen valitut akut. Tämä menetelmä voidaan kuitenkin ladata uudelleen vain vahvimman akun jännitteen nousun hillitsemiseksi. Virrankulutuksen rajoittamiseksi piiri sallii yleensä vain pienellä 100 mA:n virralla, mikä johtaa useiden tuntien kestävään lataustasapainoon.

2. Automaattinen tasapainotusmenetelmä: Materiaaleihin liittyy monia automaattisia tasapainotusmenetelmiä, jotka kaikki vaativat energian varastointielementin energian kuljettamiseen. Jos kondensaattoria käytetään säilytyselementtinä, sen liittäminen mihin tahansa akkuun vaatii suuren joukon kytkimiä. Tehokkaampi tapa on varastoida energiaa magneettikenttään. Piirin avainkomponentti on muuntaja. Prototyypin on kehittänyt Infineonin kehitystiimi yhteistyössä Vogt Electronic Components Co., Ltd:n kanssa. Sen toiminnot ovat seuraavat:

A. Siirrä energiaa akkujen välillä

Yhdistä useiden kennojen jännite ADC-tulon perusjännitteeseen

Piiri käyttää käänteisen pyyhkäisymuuntajan periaatetta. Tämä muuntaja voi varastoida energiaa magneettikenttään.