Analys av aktiv debiteringsbalansmetod

Automotive Systems Engineering Department av München-baserade Infineon Technologies fick nyligen ett uppdrag att utveckla elfordon. Ett elfordon är ett körbart fordon, vilket har stor betydelse för att demonstrera elhybridfordonens elektriska prestanda. Bilen kommer att drivas av ett stort litiumbatteripaket, och utvecklarna förstår att ett balanserat batteri är nödvändigt. I det här fallet måste du välja automatisk energiöverföring mellan batterier istället för den traditionella enkla laddningsbalanseringsmetoden. Självladdningsbalanseringssystemet de utvecklat kan ge överlägsna funktioner till samma kostnad som den obligatoriska planen.

Batteristruktur

Ni-Cd- och Ni-MH-batterier har dominerat batterimarknaden i många år. Även om litiumbatteriet 18650 är en produkt som nyligen har kommit in på marknaden, ökar dess marknadsandel snabbt på grund av den avsevärda förbättringen av prestanda. Lagringskapaciteten hos litiumbatterier är imponerande, men trots det är kapaciteten hos ett enda batteri otillräcklig för spänning eller ström för att tillgodose behoven hos en hybridmotor. Flera batterier kan kopplas parallellt för att öka batteriströmmen, och flera batterier kan kopplas i serie för att öka batterispänningen.

Batterimontörer använder ofta akronymer för att beskriva sina batteriprodukter, till exempel 3P50S, vilket betyder ett batteripaket som består av 3 parallella batterier och 50 batterier i serie.

Den modulära strukturen är idealisk för hantering av batterier, inklusive flera serier av battericeller. Till exempel, i 3P12S-batterigruppen är var 12:e battericell kopplade i serie för att bilda ett block. Dessa batterier kan styras och balanseras av en elektronisk krets centrerad på en mikrokontroller.

Batterimodulens utspänning beror på antalet seriekopplade batterier och spänningen för varje batteri. Spänningen på ett litiumbatteri är vanligtvis mellan 3.3V och 3.6V, så spänningen på batterimodulen är ungefär mellan 30V och 45V.

Hybridkraften drivs av en 450 volt likströmskälla. För att kompensera för förändringen i batterispänningen med laddningstillståndet är det lämpligt att ansluta en DC-DC-omvandlare mellan batteripaketet och motorn. Omvandlaren begränsar även batteripaketets strömutgång.

För att säkerställa att DC-DC-omvandlaren fungerar i bästa skick måste batterispänningen vara mellan 150V ~ 300V. Därför behövs 5 till 8 batterimoduler i serie.

behovet av balans

När spänningen överskrider den tillåtna gränsen skadas litiumbatteriet lätt (som visas i figur 2). När spänningen överskrider de övre och nedre gränserna (2V för nano-fosfatlitiumbatterier, 3.6V för den övre gränsen), kan batteriet skadas irreparabelt. Som ett resultat accelereras åtminstone självurladdningen av batteriet. Batteriets utgångsspänning är stabil inom ett brett laddningstillstånd (SOC), och det finns nästan ingen risk för att spänningen överskrider standarden inom ett säkert område. Men i båda ändarna av det säkra området är laddningskurvan relativt brant. Därför, som en förebyggande åtgärd, är det nödvändigt att noggrant övervaka spänningen.

Om spänningen når ett kritiskt värde måste urladdnings- eller laddningsprocessen stoppas omedelbart. Med hjälp av en robust balanskrets kan det aktuella batteriets spänning återföras till en säker skala. Men för att göra detta måste kretsen kunna överföra energi mellan celler när spänningen i en cell börjar skilja sig från spänningen i andra celler.

debiteringsbalansmetoden

1. Traditionellt obligatoriskt: I ett typiskt batterihanteringssystem är varje batteri anslutet till ett belastningsmotstånd via en omkopplare. Denna tvångskrets kan ladda ur individuellt valda batterier. Den här metoden kan dock bara laddas för att undertrycka spänningsökningen för det starkaste batteriet. För att begränsa strömförbrukningen tillåter kretsen vanligtvis bara urladdning vid en liten ström på 100 mA, vilket resulterar i en laddningsbalans som tar flera timmar.

2. Automatisk balanseringsmetod: Det finns många automatiska balanseringsmetoder relaterade till material, som alla kräver ett energilagringselement för att transportera energi. Om en kondensator används som ett lagringselement krävs ett stort antal omkopplare för att ansluta den till vilket batteri som helst. En effektivare metod är att lagra energi i ett magnetfält. Nyckelkomponenten i kretsen är transformatorn. Prototypen utvecklades av Infineons utvecklingsteam i samarbete med Vogt Electronic Components Co., Ltd. Dess funktioner är följande:

A. Överför energi mellan batterier

Anslut spänningen för flera celler till basspänningen på ADC-ingången

Kretsen använder principen för en omvänd skanningstransformator. Denna transformator kan lagra energi i ett magnetfält.