सक्रिय चार्ज संतुलन विधि विश्लेषण

म्यूनिख स्थित Infineon Technologies के ऑटोमोटिव सिस्टम इंजीनियरिंग विभाग को हाल ही में इलेक्ट्रिक वाहन विकसित करने का कार्य मिला है। एक इलेक्ट्रिक वाहन एक चलाने योग्य वाहन है, जो हाइब्रिड इलेक्ट्रिक वाहनों के इलेक्ट्रिक प्रदर्शन को प्रदर्शित करने के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। कार एक बड़े लिथियम बैटरी पैक द्वारा संचालित होगी, और डेवलपर्स समझते हैं कि एक संतुलित बैटरी आवश्यक है। इस मामले में, आपको पारंपरिक साधारण चार्ज संतुलन विधि के बजाय बैटरी के बीच स्वचालित ऊर्जा हस्तांतरण का चयन करने की आवश्यकता है। उनके द्वारा विकसित सेल्फ-चार्ज बैलेंसिंग सिस्टम अनिवार्य योजना के समान लागत पर बेहतर कार्य प्रदान कर सकता है।

बैटरी संरचना

Ni-Cd और Ni-MH बैटरी कई वर्षों से बैटरी बाजार पर हावी हैं। यद्यपि 18650 लिथियम बैटरी एक ऐसा उत्पाद है जिसने हाल ही में बाजार में प्रवेश किया है, प्रदर्शन में पर्याप्त सुधार के कारण इसकी बाजार हिस्सेदारी तेजी से बढ़ रही है। लिथियम बैटरी की भंडारण क्षमता प्रभावशाली है, लेकिन फिर भी, एकल बैटरी की क्षमता हाइब्रिड इंजन की जरूरतों को पूरा करने के लिए वोल्टेज या करंट के लिए अपर्याप्त है। बैटरी पावर सप्लाई करंट को बढ़ाने के लिए कई बैटरियों को समानांतर में जोड़ा जा सकता है, और बैटरी पावर सप्लाई वोल्टेज को बढ़ाने के लिए कई बैटरियों को श्रृंखला में जोड़ा जा सकता है।

बैटरी असेंबलर अक्सर अपने बैटरी उत्पादों का वर्णन करने के लिए शब्दकोष का उपयोग करते हैं, जैसे कि 3P50S, जिसका अर्थ है 3 समानांतर बैटरी और श्रृंखला में 50 बैटरी से बना बैटरी पैक।

मॉड्यूलर संरचना बैटरी को संभालने के लिए आदर्श है, जिसमें बैटरी कोशिकाओं की कई श्रृंखलाएं शामिल हैं। उदाहरण के लिए, 3P12S बैटरी सरणी में, प्रत्येक 12 बैटरी सेल एक ब्लॉक बनाने के लिए श्रृंखला में जुड़े होते हैं। इन बैटरियों को एक माइक्रोकंट्रोलर पर केंद्रित इलेक्ट्रॉनिक सर्किट द्वारा नियंत्रित और संतुलित किया जा सकता है।

बैटरी मॉड्यूल का आउटपुट वोल्टेज श्रृंखला में जुड़ी बैटरियों की संख्या और प्रत्येक बैटरी के वोल्टेज पर निर्भर करता है। लिथियम बैटरी का वोल्टेज आमतौर पर 3.3V और 3.6V के बीच होता है, इसलिए बैटरी मॉड्यूल का वोल्टेज लगभग 30V और 45V के बीच होता है।

हाइब्रिड पावर 450 वोल्ट डीसी बिजली की आपूर्ति द्वारा संचालित है। चार्ज की स्थिति के साथ बैटरी वोल्टेज में बदलाव की भरपाई करने के लिए, बैटरी पैक और इंजन के बीच एक डीसी-डीसी कनवर्टर कनेक्ट करना उचित है। कनवर्टर बैटरी पैक के वर्तमान आउटपुट को भी सीमित करता है।

यह सुनिश्चित करने के लिए कि डीसी-डीसी कनवर्टर सबसे अच्छी स्थिति में काम करता है, बैटरी वोल्टेज 150V ~ 300V के बीच होना चाहिए। इसलिए सीरीज में 5 से 8 बैटरी मॉड्यूल की जरूरत होती है।

संतुलन की आवश्यकता

जब वोल्टेज स्वीकार्य सीमा से अधिक हो जाता है, तो लिथियम बैटरी आसानी से क्षतिग्रस्त हो जाती है (जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है)। जब वोल्टेज ऊपरी और निचली सीमा (नैनो-फॉस्फेट लिथियम बैटरी के लिए 2V, ऊपरी सीमा के लिए 3.6V) से अधिक हो जाता है, तो बैटरी अपूरणीय रूप से क्षतिग्रस्त हो सकती है। नतीजतन, कम से कम बैटरी का स्व-निर्वहन तेज हो जाता है। बैटरी का आउटपुट वोल्टेज चार्ज की एक विस्तृत स्थिति (एसओसी) रेंज में स्थिर है, और एक सुरक्षित सीमा के भीतर मानक से अधिक वोल्टेज का लगभग कोई जोखिम नहीं है। लेकिन सेफ रेंज के दोनों सिरों पर चार्जिंग कर्व अपेक्षाकृत तेज है। इसलिए, एक निवारक उपाय के रूप में, वोल्टेज की बारीकी से निगरानी करना आवश्यक है।

यदि वोल्टेज एक महत्वपूर्ण मूल्य तक पहुँच जाता है, तो डिस्चार्जिंग या चार्जिंग प्रक्रिया को तुरंत रोक दिया जाना चाहिए। एक मजबूत बैलेंस सर्किट की मदद से, संबंधित बैटरी के वोल्टेज को सुरक्षित पैमाने पर वापस किया जा सकता है। लेकिन ऐसा करने के लिए, सर्किट को कोशिकाओं के बीच ऊर्जा स्थानांतरित करने में सक्षम होना चाहिए जब किसी एक सेल का वोल्टेज अन्य कोशिकाओं के वोल्टेज से भिन्न होना शुरू हो जाए।

चार्ज बैलेंस विधि

1. पारंपरिक अनिवार्य: एक सामान्य बैटरी हैंडलिंग सिस्टम में, प्रत्येक बैटरी एक स्विच के माध्यम से लोड रेसिस्टर से जुड़ी होती है। यह मजबूर सर्किट व्यक्तिगत रूप से चयनित बैटरी को डिस्चार्ज कर सकता है। हालांकि, इस विधि को केवल सबसे मजबूत बैटरी के वोल्टेज वृद्धि को दबाने के लिए रिचार्ज किया जा सकता है। बिजली की खपत को सीमित करने के लिए, सर्किट आमतौर पर केवल 100 एमए की एक छोटी सी धारा में निर्वहन की अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप चार्ज संतुलन होता है जिसमें कई घंटे लगते हैं।

2. स्वचालित संतुलन विधि: सामग्रियों से संबंधित कई स्वचालित संतुलन विधियां हैं, जिनमें से सभी को ऊर्जा ले जाने के लिए ऊर्जा भंडारण तत्व की आवश्यकता होती है। यदि एक संधारित्र का उपयोग भंडारण तत्व के रूप में किया जाता है, तो इसे किसी भी बैटरी से जोड़ने के लिए स्विच की एक बड़ी सरणी की आवश्यकता होती है। एक अधिक प्रभावी तरीका चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा का भंडारण करना है। सर्किट में प्रमुख घटक ट्रांसफार्मर है। प्रोटोटाइप को Infineon डेवलपमेंट टीम द्वारा Vogt Electronic Components Co., Ltd के सहयोग से विकसित किया गया था। इसके कार्य इस प्रकार हैं:

ए बैटरी के बीच ऊर्जा हस्तांतरण

ADC इनपुट के बेस वोल्टेज से कई सेल्स के वोल्टेज को कनेक्ट करें

सर्किट रिवर्स स्कैन ट्रांसफॉर्मर के सिद्धांत का उपयोग करता है। यह ट्रांसफॉर्मर चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा को स्टोर कर सकता है।