Белсенді заряд балансын талдау әдісі

Жақында Мюнхендегі Infineon Technologies компаниясының автомобиль жүйелері инженериясы бөлімі электрлік көліктерді әзірлеуге тапсырма алды. Электрлік көлік гибридті электрлік көліктердің электрлік өнімділігін көрсету үшін үлкен маңызға ие басқарылатын көлік құралы болып табылады. Автокөлік үлкен литий батареясынан қуат алады, ал әзірлеушілер теңгерімді аккумулятор қажет екенін түсінеді. Бұл жағдайда әдеттегі қарапайым зарядты теңестіру әдісінің орнына батареялар арасында автоматты энергия алмасуды таңдау керек. Олар әзірлеген өзін-өзі зарядтау теңгерім жүйесі міндетті жоспармен бірдей бағамен жоғары функцияларды қамтамасыз ете алады.

Батарея құрылымы

Ni-Cd және Ni-MH батареялары көптеген жылдар бойы аккумулятор нарығында үстемдік етті. 18650 литий батареясы нарыққа жақында ғана шыққан өнім болса да, өнімділіктің айтарлықтай жақсаруына байланысты оның нарықтағы үлесі тез өсуде. Литий батареяларының сыйымдылығы әсерлі, бірақ соған қарамастан, гибридті қозғалтқыштың қажеттіліктерін қанағаттандыру үшін бір батареяның сыйымдылығы кернеу немесе ток үшін жеткіліксіз. Батареяның қуат көзінің тогын арттыру үшін бірнеше батареяларды параллель қосуға болады, ал батареяның қуат көзінің кернеуін арттыру үшін бірнеше батареяларды серияға қосуға болады.

Батарея құрастырушылар 3P50S сияқты аккумулятор өнімдерін сипаттау үшін жиі қысқартылған сөздерді пайдаланады, бұл 3 параллель батареядан және сериялы 50 батареядан тұратын батарея жинағын білдіреді.

Модульдік құрылым батареяларды, соның ішінде батарея ұяшықтарының бірнеше сериясын өңдеуге өте ыңғайлы. Мысалы, 3P12S батарея массивінде блокты қалыптастыру үшін әрбір 12 батарея ұяшығы тізбектей қосылған. Бұл батареяларды микроконтроллерде орталықтандырылған электрондық схема арқылы басқаруға және теңестіруге болады.

Батарея модулінің шығыс кернеуі тізбектей жалғанған батареялар санына және әрбір батареяның кернеуіне байланысты. Литий батареясының кернеуі әдетте 3.3 В пен 3.6 В арасында, сондықтан батарея модулінің кернеуі шамамен 30 В пен 45 В арасында болады.

Гибридті қуат 450 вольт тұрақты ток көзінен қуат алады. Аккумулятордың кернеуінің өзгеруін зарядтау күйімен өтеу үшін аккумулятор жинағы мен қозғалтқыш арасында тұрақты ток түрлендіргішін қосқан дұрыс. Сондай-ақ түрлендіргіш батарея жинағының ток шығысын шектейді.

Тұрақты ток түрлендіргішінің ең жақсы жағдайда жұмыс істеуін қамтамасыз ету үшін батарея кернеуі 150 В ~ 300 В арасында болуы керек. Сондықтан 5-тен 8-ге дейін батарея модулі сериясы қажет.

тепе-теңдік қажеттілігі

Кернеу рұқсат етілген шектен асқан кезде литий батареясы оңай зақымдалады (2-суретте көрсетілгендей). Кернеу жоғарғы және төменгі шектен асқанда (нано-фосфатты литий батареялары үшін 2 В, жоғарғы шек үшін 3.6 В) батарея түзетілмейтін зақымдалуы мүмкін. Нәтижесінде, кем дегенде, аккумулятордың өздігінен разрядталуы жеделдетіледі. Аккумулятордың шығыс кернеуі зарядтың кең ауқымында (SOC) тұрақты және қауіпсіз диапазондағы кернеудің стандарттан асу қаупі дерлік жоқ. Бірақ қауіпсіз диапазонның екі жағында зарядтау қисығы салыстырмалы түрде тік. Сондықтан профилактикалық шара ретінде кернеуді мұқият бақылау қажет.

Кернеу критикалық мәнге жетсе, разрядтау немесе зарядтау процесі дереу тоқтатылуы керек. Күшті теңгерім тізбегінің көмегімен тиісті аккумулятордың кернеуін қауіпсіз шкалаға қайтаруға болады. Бірақ бұл үшін кез келген бір ұяшықтың кернеуі басқа ұяшықтардың кернеуінен ерекшелене бастағанда тізбек ұяшықтар арасында энергияны тасымалдай алуы керек.

заряд балансы әдісі

1. Дәстүрлі міндетті: типтік батареяларды өңдеу жүйесінде әрбір аккумулятор қосқыш арқылы жүктеме резисторына қосылады. Бұл мәжбүрлі тізбек жеке таңдалған батареяларды разрядтай алады. Дегенмен, бұл әдісті тек ең күшті батареяның кернеуінің көтерілуін басу үшін қайта зарядтауға болады. Қуатты тұтынуды шектеу үшін схема әдетте 100 мА шағын токта разрядқа рұқсат береді, бұл бірнеше сағатқа созылатын заряд балансына әкеледі.

2. Автоматты теңдестіру әдісі: Материалдарға қатысты көптеген автоматты теңдестіру әдістері бар, олардың барлығы энергияны тасымалдау үшін энергия сақтау элементін қажет етеді. Егер конденсатор сақтау элементі ретінде пайдаланылса, оны кез келген батареяға қосу қосқыштардың үлкен массивін қажет етеді. Неғұрлым тиімді әдіс – энергияны магнит өрісінде сақтау. Тізбектің негізгі компоненті трансформатор болып табылады. Прототипті Infineon әзірлеу тобы Vogt Electronic Components Co., Ltd компаниясымен бірлесіп әзірледі. Оның функциялары келесідей:

A. Энергияны батареялар арасында тасымалдау

Бірнеше ұяшықтардың кернеуін ADC кірісінің базалық кернеуіне қосыңыз

Схема кері сканерлеу трансформаторының принципін пайдаланады. Бұл трансформатор энергияны магнит өрісінде сақтай алады.