Análise do método de equilíbrio de carga ativa

O Departamento de Engenharia de Sistemas Automotivos da Infineon Technologies, com sede em Munique, recebeu recentemente a atribuição de desenvolver veículos elétricos. Um veículo elétrico é um veículo dirigível, o que é de grande importância para demonstrar o desempenho elétrico dos veículos elétricos híbridos. O carro será alimentado por uma grande bateria de lítio, e os desenvolvedores entendem que uma bateria balanceada é necessária. Nesse caso, você precisa escolher a transferência automática de energia entre as baterias, em vez do método tradicional de balanceamento de carga simples. O sistema de balanceamento de auto-carga que desenvolveram pode fornecer funções superiores com o mesmo custo do plano obrigatório.

Estrutura da bateria

As baterias Ni-Cd e Ni-MH dominaram o mercado de baterias por muitos anos. Embora a bateria de lítio 18650 seja um produto que só recentemente entrou no mercado, sua participação no mercado está aumentando rapidamente devido à melhoria substancial no desempenho. A capacidade de armazenamento das baterias de lítio é impressionante, mas mesmo assim, a capacidade de uma única bateria é insuficiente para que a tensão ou a corrente atendam às necessidades de um motor híbrido. Várias baterias podem ser conectadas em paralelo para aumentar a corrente de alimentação da bateria, e várias baterias podem ser conectadas em série para aumentar a tensão de alimentação da bateria.

Os montadores de baterias costumam usar siglas para descrever seus produtos de bateria, como 3P50S, o que significa um pacote de bateria composto por 3 baterias paralelas e 50 baterias em série.

A estrutura modular é ideal para o manuseio de baterias, incluindo várias séries de células de bateria. Por exemplo, no conjunto de baterias 3P12S, cada 12 células de bateria são conectadas em série para formar um bloco. Essas baterias podem ser controladas e balanceadas por um circuito eletrônico centralizado em um microcontrolador.

A tensão de saída do módulo de bateria depende do número de baterias conectadas em série e da tensão de cada bateria. A voltagem de uma bateria de lítio está geralmente entre 3.3 V e 3.6 V, portanto, a voltagem do módulo da bateria está aproximadamente entre 30 V e 45 V.

A energia híbrida é alimentada por uma fonte de alimentação de 450 volts DC. Para compensar a mudança na tensão da bateria com o estado de carga, é apropriado conectar um conversor DC-DC entre a bateria e o motor. O conversor também limita a saída de corrente da bateria.

Para garantir que o conversor DC-DC funcione nas melhores condições, a tensão da bateria deve estar entre 150V ~ 300V. Portanto, 5 a 8 módulos de bateria são necessários em série.

a necessidade de equilíbrio

Quando a tensão excede o limite permitido, a bateria de lítio é facilmente danificada (conforme mostrado na Figura 2). Quando a tensão excede os limites superior e inferior (2 V para baterias de nano-fosfato de lítio, 3.6 V para o limite superior), a bateria pode ser irreparavelmente danificada. Como resultado, pelo menos a autodescarga da bateria é acelerada. A tensão de saída da bateria é estável em uma ampla faixa de estado de carga (SOC) e quase não há risco de a tensão exceder o padrão dentro de uma faixa segura. Mas em ambas as extremidades da faixa de segurança, a curva de carga é relativamente íngreme. Portanto, como medida preventiva, é necessário monitorar de perto a tensão.

Se a tensão atingir um valor crítico, o processo de descarga ou carregamento deve ser interrompido imediatamente. Com a ajuda de um circuito de equilíbrio robusto, a tensão da bateria relevante pode ser retornada a uma escala segura. Mas, para fazer isso, o circuito deve ser capaz de transferir energia entre as células quando a voltagem de qualquer uma delas começar a diferir da voltagem de outras células.

método de equilíbrio de carga

1. Obrigatório tradicional: Em um sistema de manuseio de bateria típico, cada bateria é conectada a um resistor de carga por meio de uma chave. Este circuito forçado pode descarregar baterias selecionadas individualmente. No entanto, esse método só pode ser recarregado para suprimir o aumento de tensão da bateria mais forte. Para limitar o consumo de energia, o circuito geralmente só permite a descarga com uma pequena corrente de 100 mA, o que resulta em um equilíbrio de carga que leva várias horas.

2. Método de balanceamento automático: Existem muitos métodos de balanceamento automático relacionados a materiais, todos os quais requerem um elemento de armazenamento de energia para transportar energia. Se um capacitor for usado como elemento de armazenamento, conectá-lo a qualquer bateria requer uma grande variedade de interruptores. Um método mais eficaz é armazenar energia em um campo magnético. O principal componente do circuito é o transformador. O protótipo foi desenvolvido pela equipe de desenvolvimento da Infineon em cooperação com a Vogt Electronic Components Co., Ltd. Suas funções são as seguintes:

A. Transferir energia entre baterias

Conecte a tensão de várias células à tensão de base da entrada ADC

O circuito usa o princípio de um transformador de varredura reversa. Este transformador pode armazenar energia em um campo magnético.