Analýza metódy aktívnej bilancie náboja

Oddelenie inžinierstva automobilových systémov spoločnosti Infineon Technologies so sídlom v Mníchove dostalo nedávno zadanie na vývoj elektrických vozidiel. Elektrické vozidlo je pojazdné vozidlo, ktoré má veľký význam pre demonštráciu elektrického výkonu hybridných elektrických vozidiel. Auto bude poháňané veľkou lítiovou batériou a vývojári chápu, že vyvážená batéria je nevyhnutná. V tomto prípade musíte zvoliť automatický prenos energie medzi batériami namiesto tradičného jednoduchého spôsobu vyrovnávania nabitia. Samonabíjací vyrovnávací systém, ktorý vyvinuli, môže poskytnúť vynikajúce funkcie za rovnakú cenu ako povinný plán.

Štruktúra batérie

Batérie Ni-Cd a Ni-MH dominujú na trhu s batériami už mnoho rokov. Hoci je lítiová batéria 18650 produktom, ktorý vstúpil na trh len nedávno, jej podiel na trhu rapídne stúpa vďaka podstatnému zlepšeniu výkonu. Akumulačná kapacita lítiových batérií je pôsobivá, ale aj tak je kapacita jednej batérie nedostatočná na to, aby napätie alebo prúd vyhovovali potrebám hybridného motora. Viaceré batérie je možné zapojiť paralelne, aby sa zvýšil prúd napájacieho zdroja batérie, a viac batérií je možné zapojiť do série, aby sa zvýšilo napájacie napätie batérie.

Montážnici batérií často používajú na opis svojich batériových produktov skratky, ako napríklad 3P50S, čo znamená batériový blok zložený z 3 paralelných batérií a 50 batérií v sérii.

Modulárna štruktúra je ideálna na manipuláciu s batériami, vrátane viacerých sérií batériových článkov. Napríklad v batériovom poli 3P12S je každých 12 batériových článkov zapojených do série do jedného bloku. Tieto batérie môžu byť riadené a vyvážené elektronickým obvodom sústredeným na mikrokontroléri.

Výstupné napätie batériového modulu závisí od počtu batérií zapojených do série a napätia každej batérie. Napätie lítiovej batérie je vo všeobecnosti medzi 3.3 V a 3.6 V, takže napätie modulu batérie je približne medzi 30 V a 45 V.

Hybridné napájanie je napájané 450 voltovým jednosmerným zdrojom. Pre kompenzáciu zmeny napätia akumulátora so stavom nabitia je vhodné medzi akumulátor a motor zapojiť DC-DC menič. Prevodník tiež obmedzuje prúdový výstup batérie.

Aby DC-DC menič pracoval v čo najlepšom stave, napätie batérie musí byť medzi 150V ~ 300V. Preto je potrebných 5 až 8 batériových modulov v sérii.

potreba rovnováhy

Keď napätie prekročí povolenú hranicu, lítiová batéria sa ľahko poškodí (ako je znázornené na obrázku 2). Keď napätie prekročí hornú a dolnú hranicu (2 V pre nano-fosfátové lítiové batérie, 3.6 V pre hornú hranicu), batéria sa môže neopraviteľne poškodiť. Vďaka tomu sa aspoň urýchľuje samovybíjanie batérie. Výstupné napätie batérie je stabilné v širokom rozsahu stavu nabitia (SOC) a v bezpečnom rozsahu nehrozí takmer žiadne riziko prekročenia normy. Ale na oboch koncoch bezpečného rozsahu je krivka nabíjania pomerne strmá. Preto je ako preventívne opatrenie potrebné pozorne sledovať napätie.

Ak napätie dosiahne kritickú hodnotu, proces vybíjania alebo nabíjania sa musí okamžite zastaviť. Pomocou robustného balančného obvodu je možné vrátiť napätie príslušnej batérie na bezpečnú úroveň. Aby to však bolo možné, obvod musí byť schopný prenášať energiu medzi článkami, keď sa napätie jedného článku začne líšiť od napätia ostatných článkov.

spôsob zúčtovania

1. Tradičné povinné: V typickom systéme manipulácie s batériou je každá batéria pripojená k zaťažovaciemu odporu cez spínač. Tento nútený obvod môže vybíjať individuálne zvolené batérie. Tento spôsob je však možné dobíjať iba na potlačenie nárastu napätia najsilnejšej batérie. Aby sa obmedzila spotreba energie, obvod zvyčajne umožňuje vybíjanie len pri malom prúde 100 mA, čo vedie k vyrovnaniu nabitia, ktoré trvá niekoľko hodín.

2. Metóda automatického vyvažovania: Existuje mnoho metód automatického vyvažovania súvisiaceho s materiálmi, pričom všetky vyžadujú prvok na uchovávanie energie na prenášanie energie. Ak sa kondenzátor používa ako úložný prvok, jeho pripojenie k akejkoľvek batérii vyžaduje veľké pole spínačov. Efektívnejšou metódou je ukladanie energie do magnetického poľa. Kľúčovým komponentom v obvode je transformátor. Prototyp bol vyvinutý vývojovým tímom Infineon v spolupráci s Vogt Electronic Components Co., Ltd. Jeho funkcie sú nasledovné:

A. Prenášajte energiu medzi batériami

Pripojte napätie viacerých článkov k základnému napätiu ADC vstupu

Obvod využíva princíp reverzného skenovacieho transformátora. Tento transformátor môže uchovávať energiu v magnetickom poli.