Analyse van actieve ladingsbalansmethode

De afdeling Automotive Systems Engineering van het in München gevestigde Infineon Technologies heeft onlangs de opdracht gekregen om elektrische voertuigen te ontwikkelen. Een elektrisch voertuig is een bestuurbaar voertuig, wat van groot belang is om de elektrische prestaties van hybride elektrische voertuigen aan te tonen. De auto zal worden aangedreven door een groot lithiumbatterijpakket en de ontwikkelaars begrijpen dat een uitgebalanceerde batterij noodzakelijk is. In dit geval moet u kiezen voor automatische energieoverdracht tussen batterijen in plaats van de traditionele, eenvoudige methode voor het balanceren van de lading. Het door hen ontwikkelde zelfladende balanceringssysteem kan superieure functies bieden tegen dezelfde kosten als het verplichte abonnement.

batterij structuur:

Ni-Cd- en Ni-MH-batterijen domineren de batterijmarkt al vele jaren. Hoewel de 18650 lithiumbatterij een product is dat pas onlangs op de markt is gekomen, stijgt het marktaandeel snel dankzij de aanzienlijke prestatieverbetering. De opslagcapaciteit van lithiumbatterijen is indrukwekkend, maar toch is de capaciteit van een enkele batterij onvoldoende om spanning of stroom te laten voldoen aan de behoeften van een hybride motor. Meerdere batterijen kunnen parallel worden aangesloten om de stroomtoevoer van de batterij te verhogen, en meerdere batterijen kunnen in serie worden aangesloten om de voedingsspanning van de batterij te verhogen.

Batterijmonteurs gebruiken vaak acroniemen om hun batterijproducten te beschrijven, zoals 3P50S, wat een batterijpakket betekent dat bestaat uit 3 parallelle batterijen en 50 batterijen in serie.

De modulaire structuur is ideaal voor het hanteren van batterijen, inclusief meerdere series batterijcellen. In de batterijreeks van de 3P12S zijn bijvoorbeeld elke 12 batterijcellen in serie geschakeld om een ​​blok te vormen. Deze batterijen kunnen worden bestuurd en gebalanceerd door een elektronisch circuit dat is gecentreerd op een microcontroller.

De uitgangsspanning van de batterijmodule is afhankelijk van het aantal in serie geschakelde batterijen en de spanning van elke batterij. De spanning van een lithiumbatterij ligt over het algemeen tussen 3.3V en 3.6V, dus de spanning van de batterijmodule ligt ongeveer tussen 30V en 45V.

De hybride voeding wordt aangedreven door een 450 volt gelijkstroomvoeding. Om de verandering in accuspanning met de laadtoestand te compenseren, is het aangewezen om een ​​DC-DC-converter aan te sluiten tussen het accupakket en de motor. De converter begrenst ook de stroomoutput van het batterijpakket.

Om ervoor te zorgen dat de DC-DC-converter in de beste staat werkt, moet de batterijspanning tussen 150V ~ 300V zijn. Daarom zijn 5 tot 8 batterijmodules in serie nodig.

de behoefte aan evenwicht

Wanneer de spanning de toegestane limiet overschrijdt, raakt de lithiumbatterij gemakkelijk beschadigd (zoals weergegeven in afbeelding 2). Wanneer de spanning de boven- en ondergrens overschrijdt (2V voor nanofosfaat-lithiumbatterijen, 3.6V voor de bovengrens), kan de batterij onherstelbaar beschadigd raken. Hierdoor wordt in ieder geval de zelfontlading van de accu versneld. De uitgangsspanning van de batterij is stabiel in een breed laadtoestandsbereik (SOC) en er is bijna geen risico dat de spanning de norm overschrijdt binnen een veilig bereik. Maar aan beide uiteinden van het veilige bereik is de laadcurve relatief steil. Daarom is het als preventieve maatregel noodzakelijk om de spanning nauwlettend in de gaten te houden.

Als de spanning een kritische waarde bereikt, moet het ontlaad- of laadproces onmiddellijk worden gestopt. Met behulp van een robuust balanscircuit kan de spanning van de betreffende batterij op een veilige schaal worden teruggebracht. Maar om dit te doen, moet het circuit energie tussen cellen kunnen overbrengen wanneer de spanning van een cel begint te verschillen van de spanning van andere cellen.

ladingsbalans methode:

1. Traditioneel verplicht: in een typisch batterijverwerkingssysteem is elke batterij via een schakelaar verbonden met een belastingsweerstand. Dit geforceerde circuit kan individueel geselecteerde batterijen ontladen. Deze methode kan echter alleen worden opgeladen om de spanningsstijging van de sterkste batterij te onderdrukken. Om het stroomverbruik te beperken, laat de schakeling meestal alleen ontlading toe bij een kleine stroom van 100 mA, wat resulteert in een laadbalans die enkele uren in beslag neemt.

2. Automatische balanceringsmethode: Er zijn veel automatische balanceringsmethoden met betrekking tot materialen, die allemaal een energieopslagelement vereisen om energie te transporteren. Als een condensator als opslagelement wordt gebruikt, vereist het aansluiten op een batterij een groot aantal schakelaars. Een effectievere methode is om energie op te slaan in een magnetisch veld. Het belangrijkste onderdeel in het circuit is de transformator. Het prototype is ontwikkeld door het ontwikkelingsteam van Infineon in samenwerking met Vogt Electronic Components Co., Ltd. De functies zijn als volgt:

A. Energie overdragen tussen batterijen

Sluit de spanning van meerdere cellen aan op de basisspanning van de ADC-ingang

De schakeling maakt gebruik van het principe van een omgekeerde scantransformator. Deze transformator kan energie opslaan in een magnetisch veld.