アクティブチャージバランス法分析

ミュンヘンを拠点とするインフィニオンテクノロジーズの自動車システムエンジニアリング部門は、最近、電気自動車の開発を担当しました。 電気自動車は運転可能な自動車であり、ハイブリッド電気自動車の電気性能を実証するために非常に重要です。 車は大型のリチウム電池パックで駆動され、開発者はバランスの取れた電池が必要であることを理解しています。 この場合、従来の単純な充電バランス方法の代わりに、バッテリー間の自動エネルギー伝達を選択する必要があります。 彼らが開発したセルフチャージバランシングシステムは、必須プランと同じコストで優れた機能を提供できます。

バッテリー構造

Ni-CdおよびNi-MHバッテリーは、長年にわたってバッテリー市場を支配してきました。 18650リチウム電池は、ごく最近市場に参入したばかりの製品ですが、性能が大幅に向上したことにより、市場シェアは急速に伸びています。 リチウム電池の貯蔵容量は印象的ですが、それでも、単一の電池の容量は、ハイブリッドエンジンのニーズを満たすための電圧または電流には不十分です。 複数のバッテリーを並列に接続してバッテリー電源電流を増やすことができ、複数のバッテリーを直列に接続してバッテリー電源電圧を上げることができます。

バッテリーアセンブラーは、3P50Sなどのバッテリー製品を表すために頭字語を使用することがよくあります。これは、3つの並列バッテリーと50の直列バッテリーで構成されるバッテリーパックを意味します。

モジュラー構造は、複数のシリーズのバッテリーセルを含むバッテリーの取り扱いに最適です。 たとえば、3P12Sバッテリアレイでは、12個のバッテリセルごとに直列に接続されてブロックを形成します。 これらのバッテリーは、マイクロコントローラーを中心とした電子回路によって制御およびバランスを取ることができます。

バッテリーモジュールの出力電圧は、直列に接続されたバッテリーの数と各バッテリーの電圧に依存します。 リチウム電池の電圧は一般に3.3Vから3.6Vの間であるため、電池モジュールの電圧は約30Vから45Vの間です。

ハイブリッド電源は、450ボルトのDC電源から電力を供給されます。 充電状態によるバッテリー電圧の変化を補償するために、バッテリーパックとエンジンの間にDC-DCコンバーターを接続することが適切です。 コンバータは、バッテリパックの電流出力も制限します。

DC-DCコンバーターが最良の状態で動作することを保証するために、バッテリー電圧は150V〜300Vの間でなければなりません。 したがって、5〜8個のバッテリーモジュールを直列に接続する必要があります。

バランスの必要性

電圧が許容限界を超えると、リチウム電池は簡単に損傷します（図2を参照）。 電圧が上限と下限（ナノリン酸塩リチウム電池の場合は2V、上限の場合は3.6V）を超えると、電池が修復不能な損傷を受ける可能性があります。 その結果、少なくともバッテリーの自己放電が加速されます。 バッテリーの出力電圧は、広い充電状態（SOC）の範囲で安定しており、安全な範囲内で電圧が標準を超えるリスクはほとんどありません。 しかし、安全範囲の両端では、充電曲線は比較的急です。 したがって、予防策として、電圧を注意深く監視する必要があります。

電圧が臨界値に達した場合は、放電または充電プロセスを直ちに停止する必要があります。 堅牢なバランス回路の助けを借りて、関連するバッテリーの電圧を安全なスケールに戻すことができます。 ただし、これを行うには、あるセルの電圧が他のセルの電圧と異なり始めたときに、回路がセル間でエネルギーを転送できる必要があります。

チャージバランス方式

1.従来の必須：一般的なバッテリー処理システムでは、各バッテリーはスイッチを介して負荷抵抗に接続されます。 この強制回路は、個別に選択されたバッテリーを放電することができます。 ただし、この方法は、最強のバッテリーの電圧上昇を抑制するためにのみ再充電できます。 消費電力を制限するために、回路は通常100 mAの小電流でのみ放電を許可します。その結果、充電バランスに数時間かかります。

2.自動平衡化方法：材料に関連する多くの自動平衡化方法があり、そのすべてがエネルギーを運ぶためにエネルギー貯蔵要素を必要とします。 コンデンサをストレージ要素として使用する場合、コンデンサを任意のバッテリに接続するには、多数のスイッチが必要です。 より効果的な方法は、磁場にエネルギーを蓄えることです。 回路の重要なコンポーネントはトランスです。 プロトタイプは、インフィニオンの開発チームがVogt Electronic Components Co.、Ltdと協力して開発しました。その機能は次のとおりです。

A.バッテリー間でエネルギーを伝達する

複数のセルの電圧をADC入力のベース電圧に接続します

この回路は、リバーススキャントランスの原理を使用しています。 この変圧器は、磁場にエネルギーを蓄えることができます。