Analiza metodei echilibrului de încărcare activă

Departamentul de Inginerie a Sistemelor Auto din cadrul Infineon Technologies din München a primit recent o misiune de dezvoltare a vehiculelor electrice. Un vehicul electric este un vehicul care poate fi condus, ceea ce are o mare importanță pentru demonstrarea performanței electrice a vehiculelor electrice hibride. Mașina va fi alimentată de un acumulator mare cu litiu, iar dezvoltatorii înțeleg că este necesară o baterie echilibrată. În acest caz, trebuie să alegeți transferul automat de energie între baterii în loc de metoda tradițională simplă de echilibrare a încărcăturii. Sistemul de echilibrare auto-încărcare pe care l-au dezvoltat poate oferi funcții superioare la același cost ca și planul obligatoriu.

Structura bateriei

Bateriile Ni-Cd și Ni-MH au dominat piața bateriilor de mulți ani. Deși bateria cu litiu 18650 este un produs care a intrat abia recent pe piață, cota sa de piață crește rapid datorită îmbunătățirii substanțiale a performanței. Capacitatea de stocare a bateriilor cu litiu este impresionantă, dar chiar și așa, capacitatea unei singure baterii este insuficientă pentru ca tensiunea sau curentul să răspundă nevoilor unui motor hibrid. Mai multe baterii pot fi conectate în paralel pentru a crește curentul de alimentare a bateriei, iar mai multe baterii pot fi conectate în serie pentru a crește tensiunea de alimentare a bateriei.

Asamblerii de baterii folosesc adesea acronime pentru a-și descrie produsele de baterie, cum ar fi 3P50S, care înseamnă un pachet de baterii compus din 3 baterii paralele și 50 de baterii în serie.

Structura modulară este ideală pentru manipularea bateriilor, inclusiv a mai multor serii de celule de baterie. De exemplu, în matricea de baterii 3P12S, fiecare 12 celule de baterie sunt conectate în serie pentru a forma un bloc. Aceste baterii pot fi controlate și echilibrate de un circuit electronic centrat pe un microcontroler.

Tensiunea de ieșire a modulului de baterie depinde de numărul de baterii conectate în serie și de tensiunea fiecărei baterii. Tensiunea unei baterii cu litiu este în general între 3.3V și 3.6V, astfel încât tensiunea modulului bateriei este de aproximativ între 30V și 45V.

Puterea hibridă este alimentată de o sursă de alimentare de 450 volți DC. Pentru a compensa modificarea tensiunii bateriei cu starea de încărcare, este indicat să conectați un convertor DC-DC între acumulator și motor. Convertorul limitează, de asemenea, puterea de ieșire a acumulatorului.

Pentru a vă asigura că convertorul DC-DC funcționează în cea mai bună stare, tensiunea bateriei trebuie să fie între 150V ~ 300V. Prin urmare, sunt necesare 5 până la 8 module de baterie în serie.

nevoia de echilibru

Când tensiunea depășește limita permisă, bateria cu litiu se deteriorează cu ușurință (așa cum se arată în Figura 2). Când tensiunea depășește limitele superioare și inferioare (2V pentru bateriile nano-fosfat de litiu, 3.6V pentru limita superioară), bateria poate fi deteriorată iremediabil. Ca urmare, cel puțin autodescărcarea bateriei este accelerată. Tensiunea de ieșire a bateriei este stabilă într-un interval larg de stare de încărcare (SOC) și nu există aproape niciun risc ca tensiunea să depășească standardul într-un interval sigur. Dar la ambele capete ale intervalului de siguranță, curba de încărcare este relativ abruptă. Prin urmare, ca măsură preventivă, este necesar să se monitorizeze îndeaproape tensiunea.

Dacă tensiunea atinge o valoare critică, procesul de descărcare sau încărcare trebuie oprit imediat. Cu ajutorul unui circuit de echilibrare robust, tensiunea bateriei relevante poate fi readusă la o scară sigură. Dar pentru a face acest lucru, circuitul trebuie să fie capabil să transfere energie între celule atunci când tensiunea oricărei celule începe să difere de tensiunea altor celule.

metoda echilibrului de încărcare

1. Obligatoriu tradițional: într-un sistem tipic de manipulare a bateriei, fiecare baterie este conectată la o rezistență de sarcină printr-un comutator. Acest circuit forțat poate descărca bateriile selectate individual. Cu toate acestea, această metodă poate fi reîncărcată doar pentru a suprima creșterea tensiunii celei mai puternice baterii. Pentru a limita consumul de energie, circuitul permite de obicei descărcarea doar la un curent mic de 100 mA, ceea ce duce la un echilibru de încărcare care durează câteva ore.

2. Metoda de echilibrare automată: Există multe metode de echilibrare automată legate de materiale, toate care necesită un element de stocare a energiei pentru a transporta energie. Dacă un condensator este folosit ca element de stocare, conectarea lui la orice baterie necesită o gamă largă de comutatoare. O metodă mai eficientă este stocarea energiei într-un câmp magnetic. Componenta cheie a circuitului este transformatorul. Prototipul a fost dezvoltat de echipa de dezvoltare Infineon în cooperare cu Vogt Electronic Components Co., Ltd. Funcțiile sale sunt următoarele:

A. Transferați energie între baterii

Conectați tensiunea mai multor celule la tensiunea de bază a intrării ADC

Circuitul folosește principiul unui transformator de scanare inversă. Acest transformator poate stoca energie într-un câmp magnetic.