Analiza e metodës së bilancit të ngarkesës aktive

Departamenti i Inxhinierisë së Sistemeve Automotive të Infineon Technologies me bazë në Mynih mori së fundmi një detyrë për të zhvilluar automjete elektrike. Një automjet elektrik është një mjet i lëvizshëm, i cili ka një rëndësi të madhe për të demonstruar performancën elektrike të automjeteve elektrike hibride. Makina do të mundësohet nga një paketë e madhe baterie litium, dhe zhvilluesit e kuptojnë se një bateri e ekuilibruar është e nevojshme. Në këtë rast, ju duhet të zgjidhni transferimin automatik të energjisë midis baterive në vend të metodës tradicionale të balancimit të ngarkesës. Sistemi i balancimit të vetë-karikimit që ata zhvilluan mund të sigurojë funksione superiore me të njëjtën kosto si plani i detyrueshëm.

Struktura e baterisë

Bateritë Ni-Cd dhe Ni-MH kanë dominuar tregun e baterive për shumë vite. Megjithëse bateria e litiumit 18650 është një produkt që ka hyrë vetëm kohët e fundit në treg, pjesa e saj e tregut po rritet me shpejtësi për shkak të përmirësimit të konsiderueshëm në performancë. Kapaciteti i ruajtjes së baterive të litiumit është mbresëlënës, por edhe kështu, kapaciteti i një baterie të vetme është i pamjaftueshëm për tension ose rrymë për të përmbushur nevojat e një motori hibrid. Disa bateri mund të lidhen paralelisht për të rritur rrymën e furnizimit me energji të baterisë dhe disa bateri mund të lidhen në seri për të rritur tensionin e furnizimit me energji të baterisë.

Montuesit e baterive shpesh përdorin akronime për të përshkruar produktet e tyre të baterive, të tilla si 3P50S, që do të thotë një paketë baterie e përbërë nga 3 bateri paralele dhe 50 bateri në seri.

Struktura modulare është ideale për trajtimin e baterive, duke përfshirë seri të shumta të qelizave të baterive. Për shembull, në grupin e baterive 3P12S, çdo 12 qeliza baterie lidhen në seri për të formuar një bllok. Këto bateri mund të kontrollohen dhe balancohen nga një qark elektronik i përqendruar në një mikrokontrollues.

Tensioni i daljes së modulit të baterisë varet nga numri i baterive të lidhura në seri dhe nga tensioni i secilës bateri. Tensioni i një baterie litium është përgjithësisht midis 3.3V dhe 3.6V, kështu që tensioni i modulit të baterisë është afërsisht midis 30V dhe 45V.

Fuqia hibride mundësohet nga një furnizim me energji DC 450 volt. Për të kompensuar ndryshimin e tensionit të baterisë me gjendjen e karikimit, është e përshtatshme të lidhni një konvertues DC-DC midis paketës së baterisë dhe motorit. Konvertuesi gjithashtu kufizon daljen aktuale të paketës së baterisë.

Për të siguruar që konverteri DC-DC të funksionojë në gjendjen më të mirë, voltazhi i baterisë duhet të jetë midis 150V ~ 300V. Prandaj, nevojiten 5 deri në 8 module baterish në seri.

nevoja për ekuilibër

Kur voltazhi tejkalon kufirin e lejuar, bateria e litiumit dëmtohet lehtë (siç tregohet në figurën 2). Kur voltazhi tejkalon kufijtë e sipërm dhe të poshtëm (2V për bateritë litium nano-fosfat, 3.6V për kufirin e sipërm), bateria mund të dëmtohet në mënyrë të pariparueshme. Si rezultat, të paktën vetë-shkarkimi i baterisë përshpejtohet. Tensioni i daljes së baterisë është i qëndrueshëm në një gamë të gjerë të gjendjes së ngarkimit (SOC) dhe nuk ka pothuajse asnjë rrezik që tensioni të tejkalojë standardin brenda një diapazoni të sigurt. Por në të dy skajet e gamës së sigurt, kurba e karikimit është relativisht e pjerrët. Prandaj, si masë parandaluese, është e nevojshme të monitorohet nga afër tensioni.

Nëse voltazhi arrin një vlerë kritike, procesi i shkarkimit ose i karikimit duhet të ndërpritet menjëherë. Me ndihmën e një qarku të fortë ekuilibri, voltazhi i baterisë përkatëse mund të kthehet në një shkallë të sigurt. Por për ta bërë këtë, qarku duhet të jetë në gjendje të transferojë energji midis qelizave kur voltazhi i një qelize fillon të ndryshojë nga tensioni i qelizave të tjera.

metoda e bilancit të tarifës

1. E detyrueshme tradicionale: Në një sistem tipik të trajtimit të baterive, çdo bateri është e lidhur me një rezistencë ngarkese përmes një ndërprerës. Ky qark i detyruar mund të shkarkojë bateritë e zgjedhura individualisht. Megjithatë, kjo metodë mund të rikarikohet vetëm për të shtypur rritjen e tensionit të baterisë më të fortë. Për të kufizuar konsumin e energjisë, qarku zakonisht lejon shkarkimin vetëm me një rrymë të vogël prej 100 mA, e cila rezulton në një bilanc ngarkese që zgjat disa orë.

2. Metoda e balancimit automatik: Ka shumë metoda automatike të balancimit që lidhen me materialet, të cilat të gjitha kërkojnë një element të ruajtjes së energjisë për të bartur energji. Nëse një kondensator përdoret si një element ruajtjeje, lidhja e tij me çdo bateri kërkon një grup të madh çelsash. Një metodë më efektive është ruajtja e energjisë në një fushë magnetike. Komponenti kryesor në qark është transformatori. Prototipi u zhvillua nga ekipi i zhvillimit të Infineon në bashkëpunim me Vogt Electronic Components Co., Ltd. Funksionet e tij janë si më poshtë:

A. Transferoni energji midis baterive

Lidhni tensionin e qelizave të shumta me tensionin bazë të hyrjes ADC

Qarku përdor parimin e një transformatori të skanimit të kundërt. Ky transformator mund të ruajë energjinë në një fushë magnetike.