Analyse de la méthode d’équilibre des charges actives

Le département d’ingénierie des systèmes automobiles d’Infineon Technologies, basé à Munich, a récemment reçu une mission pour développer des véhicules électriques. Un véhicule électrique est un véhicule pouvant être conduit, ce qui est d’une grande importance pour démontrer les performances électriques des véhicules électriques hybrides. La voiture sera alimentée par une grosse batterie au lithium, et les développeurs comprennent qu’une batterie équilibrée est nécessaire. Dans ce cas, vous devez choisir le transfert d’énergie automatique entre les batteries au lieu de la méthode traditionnelle d’équilibrage de charge simple. Le système d’équilibrage d’autocharge qu’ils ont développé peut fournir des fonctions supérieures au même coût que le plan obligatoire.

Structure de la batterie

Les batteries Ni-Cd et Ni-MH dominent le marché des batteries depuis de nombreuses années. Bien que la batterie au lithium 18650 soit un produit qui n’est entré que récemment sur le marché, sa part de marché augmente rapidement en raison de l’amélioration substantielle des performances. La capacité de stockage des batteries au lithium est impressionnante, mais même ainsi, la capacité d’une seule batterie est insuffisante pour la tension ou le courant pour répondre aux besoins d’un moteur hybride. Plusieurs batteries peuvent être connectées en parallèle pour augmenter le courant d’alimentation de la batterie, et plusieurs batteries peuvent être connectées en série pour augmenter la tension d’alimentation de la batterie.

Les assembleurs de batteries utilisent souvent des acronymes pour décrire leurs produits de batteries, tels que 3P50S, qui signifie un bloc-batterie composé de 3 batteries en parallèle et de 50 batteries en série.

La structure modulaire est idéale pour la manipulation de batteries, y compris plusieurs séries de cellules de batterie. Par exemple, dans le réseau de batteries 3P12S, toutes les 12 cellules de batterie sont connectées en série pour former un bloc. Ces batteries peuvent être contrôlées et équilibrées par un circuit électronique centré sur un microcontrôleur.

La tension de sortie du module de batterie dépend du nombre de batteries connectées en série et de la tension de chaque batterie. La tension d’une batterie au lithium est généralement comprise entre 3.3V et 3.6V, donc la tension du module de batterie est approximativement comprise entre 30V et 45V.

L’alimentation hybride est alimentée par une alimentation en courant continu de 450 volts. Afin de compenser le changement de tension de la batterie avec l’état de charge, il convient de connecter un convertisseur DC-DC entre le pack batterie et le moteur. Le convertisseur limite également la sortie de courant de la batterie.

Afin de garantir que le convertisseur DC-DC fonctionne dans les meilleures conditions, la tension de la batterie doit être comprise entre 150V ~ 300V. Par conséquent, 5 à 8 modules de batterie sont nécessaires en série.

le besoin d’équilibre

Lorsque la tension dépasse la limite admissible, la batterie au lithium est facilement endommagée (comme illustré à la figure 2). Lorsque la tension dépasse les limites supérieure et inférieure (2V pour les batteries lithium nano-phosphate, 3.6V pour la limite supérieure), la batterie peut être irrémédiablement endommagée. En conséquence, au moins l’autodécharge de la batterie est accélérée. La tension de sortie de la batterie est stable dans une large plage d’état de charge (SOC), et il n’y a presque aucun risque que la tension dépasse la norme dans une plage de sécurité. Mais aux deux extrémités de la plage de sécurité, la courbe de charge est relativement raide. Par conséquent, à titre préventif, il est nécessaire de surveiller étroitement la tension.

Si la tension atteint une valeur critique, le processus de décharge ou de charge doit être arrêté immédiatement. À l’aide d’un circuit d’équilibrage robuste, la tension de la batterie concernée peut être ramenée à une échelle sûre. Mais pour ce faire, le circuit doit être capable de transférer de l’énergie entre les cellules lorsque la tension d’une cellule commence à différer de la tension des autres cellules.

méthode d’équilibre des charges

1. Traditionnel obligatoire : Dans un système de gestion de batterie typique, chaque batterie est connectée à une résistance de charge via un interrupteur. Ce circuit forcé peut décharger des batteries sélectionnées individuellement. Cependant, cette méthode ne peut être rechargée que pour supprimer l’augmentation de tension de la batterie la plus puissante. Afin de limiter la consommation électrique, le circuit n’autorise généralement la décharge qu’à un faible courant de 100 mA, ce qui entraîne un équilibre de charge qui prend plusieurs heures.

2. Méthode d’équilibrage automatique : Il existe de nombreuses méthodes d’équilibrage automatique liées aux matériaux, qui nécessitent toutes un élément de stockage d’énergie pour transporter l’énergie. Si un condensateur est utilisé comme élément de stockage, sa connexion à n’importe quelle batterie nécessite un large éventail de commutateurs. Une méthode plus efficace consiste à stocker de l’énergie dans un champ magnétique. Le composant clé du circuit est le transformateur. Le prototype a été développé par l’équipe de développement d’Infineon en coopération avec Vogt Electronic Components Co., Ltd. Ses fonctions sont les suivantes :

A. Transférer l’énergie entre les batteries

Connectez la tension de plusieurs cellules à la tension de base de l’entrée ADC

Le circuit utilise le principe d’un transformateur à balayage inversé. Ce transformateur peut stocker de l’énergie dans un champ magnétique.