Analiza metode aktivnega ravnotežja

Oddelek za inženiring avtomobilskih sistemov pri Infineon Technologies s sedežem v Münchnu je pred kratkim prejel nalogo za razvoj električnih vozil. Električno vozilo je vozno vozilo, ki je zelo pomembno za prikaz električnih zmogljivosti hibridnih električnih vozil. Avto bo poganjal velika litijeva baterija, razvijalci pa razumejo, da je uravnotežena baterija nujna. V tem primeru morate namesto tradicionalnega preprostega načina uravnoteženja polnjenja izbrati samodejni prenos energije med baterijami. Sistem za izravnavo samoplačnin, ki so ga razvili, lahko zagotavlja vrhunske funkcije za enake stroške kot obvezni načrt.

Struktura baterije

Ni-Cd in Ni-MH baterije že vrsto let prevladujejo na trgu baterij. Čeprav je litijeva baterija 18650 izdelek, ki je na trg prišel šele pred kratkim, se njen tržni delež zaradi bistvenega izboljšanja zmogljivosti hitro povečuje. Zmogljivost litijevih baterij je impresivna, a kljub temu zmogljivost ene baterije ne zadostuje za napetost ali tok, da bi zadostila potrebam hibridnega motorja. Več baterij lahko povežete vzporedno, da povečate tok napajanja akumulatorja, in več baterij lahko povežete zaporedno, da povečate napetost akumulatorja.

Sestavljavci baterij pogosto uporabljajo kratice za opis svojih baterijskih izdelkov, kot je 3P50S, kar pomeni baterijski paket, sestavljen iz 3 vzporednih baterij in 50 baterij v seriji.

Modularna struktura je idealna za ravnanje z baterijami, vključno z več serijami baterijskih celic. Na primer, v nizu baterij 3P12S je vsakih 12 baterijskih celic povezanih zaporedno, da tvorijo blok. Te baterije je mogoče nadzorovati in uravnotežiti z elektronskim vezjem, ki je osredotočeno na mikrokrmilnik.

Izhodna napetost baterijskega modula je odvisna od števila zaporedno povezanih baterij in napetosti posamezne baterije. Napetost litijeve baterije je običajno med 3.3 V in 3.6 V, tako da je napetost baterijskega modula približno med 30 V in 45 V.

Hibridno napajanje napaja 450-voltni napajalnik DC. Za kompenzacijo spremembe napetosti akumulatorja s stanjem napolnjenosti je primerno priključiti DC-DC pretvornik med baterijo in motorjem. Pretvornik omejuje tudi izhodni tok akumulatorja.

Da bi zagotovili, da DC-DC pretvornik deluje v najboljšem stanju, mora biti napetost baterije med 150 V ~ 300 V. Zato je potrebnih 5 do 8 baterijskih modulov zaporedno.

potrebo po ravnovesju

Ko napetost preseže dovoljeno mejo, se litijeva baterija zlahka poškoduje (kot je prikazano na sliki 2). Ko napetost preseže zgornjo in spodnjo mejo (2V za nano-fosfatne litijeve baterije, 3.6V za zgornjo mejo), se lahko baterija nepopravljivo poškoduje. Posledično se pospeši vsaj samopraznjenje baterije. Izhodna napetost baterije je stabilna v širokem območju napolnjenosti (SOC) in skoraj ni nevarnosti, da bi napetost presegla standard v varnem območju. Toda na obeh koncih varnega območja je krivulja polnjenja razmeroma strma. Zato je treba kot preventivo natančno spremljati napetost.

Če napetost doseže kritično vrednost, je treba postopek praznjenja ali polnjenja takoj ustaviti. S pomočjo robustnega ravnotežnega vezja se lahko napetost ustrezne baterije vrne na varno lestvico. Toda za to mora biti vezje sposobno prenašati energijo med celicami, ko se napetost katere koli celice začne razlikovati od napetosti drugih celic.

metoda bilance obremenitve

1. Tradicionalno obvezno: V tipičnem sistemu ravnanja z baterijami je vsaka baterija povezana z obremenitvenim uporom prek stikala. To prisilno vezje lahko izprazni individualno izbrane baterije. Vendar pa je to metodo mogoče polniti le za zatiranje dviga napetosti najmočnejše baterije. Da bi omejili porabo energije, vezje običajno dovoljuje samo praznjenje pri majhnem toku 100 mA, kar povzroči ravnotežje polnjenja, ki traja več ur.

2. Metoda samodejnega uravnoteženja: Obstaja veliko metod samodejnega uravnoteženja, povezanih z materiali, ki vse zahtevajo element za shranjevanje energije za prenos energije. Če se kondenzator uporablja kot shranjevalni element, je za njegovo povezavo s katero koli baterijo potrebna velika množica stikal. Učinkovitejša metoda je shranjevanje energije v magnetnem polju. Ključna komponenta v vezju je transformator. Prototip je razvila razvojna ekipa Infineon v sodelovanju z Vogt Electronic Components Co., Ltd. Njegove funkcije so naslednje:

A. Prenos energije med baterijami

Povežite napetost več celic z osnovno napetostjo vhoda ADC

Vezje uporablja princip transformatorja za povratno skeniranje. Ta transformator lahko shranjuje energijo v magnetnem polju.