સક્રિય ચાર્જ સંતુલન પદ્ધતિ વિશ્લેષણ

મ્યુનિક સ્થિત Infineon Technologiesના ઓટોમોટિવ સિસ્ટમ્સ એન્જિનિયરિંગ વિભાગને તાજેતરમાં ઇલેક્ટ્રિક વાહનો વિકસાવવા માટે સોંપણી મળી છે. ઇલેક્ટ્રિક વાહન એ ચલાવી શકાય તેવું વાહન છે, જે હાઇબ્રિડ ઇલેક્ટ્રિક વાહનોના ઇલેક્ટ્રિક પ્રદર્શનને દર્શાવવા માટે ખૂબ મહત્વ ધરાવે છે. કારને મોટા લિથિયમ બેટરી પેક દ્વારા સંચાલિત કરવામાં આવશે, અને વિકાસકર્તાઓ સમજે છે કે સંતુલિત બેટરી જરૂરી છે. આ કિસ્સામાં, તમારે પરંપરાગત સરળ ચાર્જ સંતુલન પદ્ધતિને બદલે બેટરી વચ્ચે સ્વચાલિત ઊર્જા સ્થાનાંતરણ પસંદ કરવાની જરૂર છે. તેઓએ વિકસાવેલી સેલ્ફ-ચાર્જ બેલેન્સિંગ સિસ્ટમ ફરજિયાત યોજનાની સમાન કિંમતે શ્રેષ્ઠ કાર્યો પ્રદાન કરી શકે છે.

બેટરી માળખું

Ni-Cd અને Ni-MH બેટરીએ ઘણા વર્ષોથી બેટરી માર્કેટમાં પ્રભુત્વ જમાવ્યું છે. જોકે 18650 લિથિયમ બેટરી એ એક એવી પ્રોડક્ટ છે જે તાજેતરમાં જ બજારમાં આવી છે, પરંતુ કામગીરીમાં નોંધપાત્ર સુધારાને કારણે તેનો બજાર હિસ્સો ઝડપથી વધી રહ્યો છે. લિથિયમ બેટરીની સંગ્રહ ક્ષમતા પ્રભાવશાળી છે, પરંતુ તેમ છતાં, એક બેટરીની ક્ષમતા હાઇબ્રિડ એન્જિનની જરૂરિયાતોને પહોંચી વળવા માટે વોલ્ટેજ અથવા વર્તમાન માટે અપૂરતી છે. બેટરી પાવર સપ્લાય કરંટ વધારવા માટે બહુવિધ બેટરીઓને સમાંતરમાં જોડી શકાય છે, અને બેટરી પાવર સપ્લાય વોલ્ટેજ વધારવા માટે ઘણી બેટરીઓને શ્રેણીમાં જોડી શકાય છે.

બેટરી એસેમ્બલર્સ ઘણીવાર તેમની બેટરી ઉત્પાદનોનું વર્ણન કરવા માટે ટૂંકાક્ષરોનો ઉપયોગ કરે છે, જેમ કે 3P50S, જેનો અર્થ 3 સમાંતર બેટરીઓ અને શ્રેણીમાં 50 બેટરીઓથી બનેલો બેટરી પેક છે.

મોડ્યુલર માળખું બૅટરીનું સંચાલન કરવા માટે આદર્શ છે, જેમાં બૅટરી કોષોની બહુવિધ શ્રેણીનો સમાવેશ થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, 3P12S બેટરી એરેમાં, દરેક 12 બેટરી કોષો બ્લોક બનાવવા માટે શ્રેણીમાં જોડાયેલા છે. આ બેટરીઓને માઇક્રોકન્ટ્રોલર પર કેન્દ્રિત ઇલેક્ટ્રોનિક સર્કિટ દ્વારા નિયંત્રિત અને સંતુલિત કરી શકાય છે.

બેટરી મોડ્યુલનું આઉટપુટ વોલ્ટેજ શ્રેણીમાં જોડાયેલ બેટરીઓની સંખ્યા અને દરેક બેટરીના વોલ્ટેજ પર આધારિત છે. લિથિયમ બેટરીનું વોલ્ટેજ સામાન્ય રીતે 3.3V અને 3.6V ની વચ્ચે હોય છે, તેથી બેટરી મોડ્યુલનું વોલ્ટેજ લગભગ 30V અને 45V ની વચ્ચે હોય છે.

હાઇબ્રિડ પાવર 450 વોલ્ટ ડીસી પાવર સપ્લાય દ્વારા સંચાલિત છે. ચાર્જની સ્થિતિ સાથે બેટરી વોલ્ટેજમાં ફેરફારને વળતર આપવા માટે, બેટરી પેક અને એન્જિન વચ્ચે ડીસી-ડીસી કન્વર્ટરને કનેક્ટ કરવું યોગ્ય છે. કન્વર્ટર બેટરી પેકના વર્તમાન આઉટપુટને પણ મર્યાદિત કરે છે.

DC-DC કન્વર્ટર શ્રેષ્ઠ સ્થિતિમાં કામ કરે છે તેની ખાતરી કરવા માટે, બેટરી વોલ્ટેજ 150V ~ 300V ની વચ્ચે હોવું આવશ્યક છે. તેથી, શ્રેણીમાં 5 થી 8 બેટરી મોડ્યુલની જરૂર છે.

સંતુલનની જરૂરિયાત

જ્યારે વોલ્ટેજ સ્વીકાર્ય મર્યાદા કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે લિથિયમ બેટરી સરળતાથી નુકસાન પામે છે (આકૃતિ 2 માં બતાવ્યા પ્રમાણે). જ્યારે વોલ્ટેજ ઉપલી અને નીચલી મર્યાદા (નેનો-ફોસ્ફેટ લિથિયમ બેટરી માટે 2V, ઉપલી મર્યાદા માટે 3.6V) કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે બેટરીને ન ભરપાઈ ન કરી શકાય તેવું નુકસાન થઈ શકે છે. પરિણામે, બેટરીના ઓછામાં ઓછા સ્વ-ડિસ્ચાર્જને વેગ મળે છે. બેટરીનું આઉટપુટ વોલ્ટેજ ચાર્જની વિશાળ સ્થિતિ (SOC) શ્રેણીમાં સ્થિર છે, અને સલામત શ્રેણીમાં પ્રમાણભૂત કરતાં વધુ વોલ્ટેજનું લગભગ કોઈ જોખમ નથી. પરંતુ સલામત શ્રેણીના બંને છેડે, ચાર્જિંગ વળાંક પ્રમાણમાં બેહદ છે. તેથી, નિવારક માપ તરીકે, વોલ્ટેજની નજીકથી દેખરેખ રાખવી જરૂરી છે.

જો વોલ્ટેજ નિર્ણાયક મૂલ્ય સુધી પહોંચે છે, તો ડિસ્ચાર્જ અથવા ચાર્જિંગ પ્રક્રિયા તરત જ બંધ થવી જોઈએ. મજબૂત બેલેન્સ સર્કિટની મદદથી, સંબંધિત બેટરીના વોલ્ટેજને સુરક્ષિત સ્કેલ પર પરત કરી શકાય છે. પરંતુ આ કરવા માટે, જ્યારે કોઈપણ એક કોષનું વોલ્ટેજ અન્ય કોષોના વોલ્ટેજથી અલગ થવાનું શરૂ થાય ત્યારે સર્કિટ કોષો વચ્ચે ઊર્જા સ્થાનાંતરિત કરવામાં સક્ષમ હોવું જોઈએ.

ચાર્જ બેલેન્સ પદ્ધતિ

1. પરંપરાગત ફરજિયાત: સામાન્ય બેટરી હેન્ડલિંગ સિસ્ટમમાં, દરેક બેટરી સ્વીચ દ્વારા લોડ રેઝિસ્ટર સાથે જોડાયેલ હોય છે. આ ફરજિયાત સર્કિટ વ્યક્તિગત રીતે પસંદ કરેલી બેટરીને ડિસ્ચાર્જ કરી શકે છે. જો કે, આ પદ્ધતિ માત્ર સૌથી મજબૂત બેટરીના વોલ્ટેજના વધારાને દબાવવા માટે રિચાર્જ કરી શકાય છે. પાવર વપરાશને મર્યાદિત કરવા માટે, સર્કિટ સામાન્ય રીતે માત્ર 100 mA ના નાના પ્રવાહ પર જ ડિસ્ચાર્જને મંજૂરી આપે છે, જેના પરિણામે ચાર્જ બેલેન્સમાં ઘણા કલાકો લાગે છે.

2. સ્વચાલિત સંતુલન પદ્ધતિ: સામગ્રી સાથે સંબંધિત ઘણી સ્વચાલિત સંતુલન પદ્ધતિઓ છે, જે તમામને ઊર્જા વહન કરવા માટે ઊર્જા સંગ્રહ તત્વની જરૂર છે. જો કેપેસિટરનો ઉપયોગ સ્ટોરેજ એલિમેન્ટ તરીકે થાય છે, તો તેને કોઈપણ બેટરી સાથે કનેક્ટ કરવા માટે સ્વીચોની મોટી શ્રેણીની જરૂર પડે છે. ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ઊર્જા સંગ્રહિત કરવાની વધુ અસરકારક પદ્ધતિ છે. સર્કિટમાં મુખ્ય ઘટક ટ્રાન્સફોર્મર છે. પ્રોટોટાઇપ Infineon ડેવલપમેન્ટ ટીમ દ્વારા Vogt Electronic Components Co., Ltd ના સહયોગથી વિકસાવવામાં આવ્યો હતો. તેના કાર્યો નીચે મુજબ છે:

A. બેટરીઓ વચ્ચે ઉર્જા સ્થાનાંતરિત કરો

બહુવિધ કોષોના વોલ્ટેજને ADC ઇનપુટના બેઝ વોલ્ટેજ સાથે જોડો

સર્કિટ રિવર્સ સ્કેન ટ્રાન્સફોર્મરના સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ કરે છે. આ ટ્રાન્સફોર્મર ચુંબકીય ક્ષેત્રમાં ઉર્જાનો સંગ્રહ કરી શકે છે.