การวิเคราะห์วิธียอดค่าใช้จ่ายที่ใช้งานอยู่

แผนกวิศวกรรมระบบยานยนต์ของ Infineon Technologies ซึ่งตั้งอยู่ในมิวนิกเพิ่งได้รับมอบหมายให้พัฒนายานยนต์ไฟฟ้า รถยนต์ไฟฟ้าเป็นยานพาหนะที่ขับเคลื่อนได้ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในการแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของรถยนต์ไฟฟ้าไฮบริด รถจะใช้พลังงานจากชุดแบตเตอรี่ลิเธียมขนาดใหญ่ และนักพัฒนาเข้าใจว่าจำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ที่สมดุล ในกรณีนี้ คุณต้องเลือกการถ่ายเทพลังงานอัตโนมัติระหว่างแบตเตอรี่แทนวิธีการปรับสมดุลประจุแบบธรรมดา ระบบสร้างสมดุลในตัวเองที่พัฒนาขึ้นนั้นสามารถมอบฟังก์ชันที่เหนือกว่าได้ในราคาเดียวกับแผนบังคับ

โครงสร้างแบตเตอรี่

แบตเตอรี่ Ni-Cd และ Ni-MH ครองตลาดแบตเตอรี่มาหลายปีแล้ว แม้ว่าแบตเตอรี่ลิเธียม 18650 จะเป็นผลิตภัณฑ์ที่เพิ่งเข้าสู่ตลาดได้ไม่นาน แต่ส่วนแบ่งการตลาดของแบตเตอรี่ก็เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเนื่องจากประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก ความจุของแบตเตอรี่ลิเธียมนั้นน่าประทับใจ แต่ถึงกระนั้น ความจุของแบตเตอรี่เพียงก้อนเดียวก็ไม่เพียงพอสำหรับแรงดันไฟหรือกระแสไฟที่จะตอบสนองความต้องการของเครื่องยนต์ไฮบริด สามารถเชื่อมต่อแบตเตอรี่หลายก้อนแบบขนานเพื่อเพิ่มกระแสไฟของแหล่งจ่ายไฟแบตเตอรี่ และสามารถเชื่อมต่อแบตเตอรี่หลายก้อนแบบอนุกรมเพื่อเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟแบตเตอรี่

ผู้ประกอบแบตเตอรี่มักใช้คำย่อเพื่ออธิบายผลิตภัณฑ์แบตเตอรี่ของตน เช่น 3P50S ซึ่งหมายถึงชุดแบตเตอรี่ที่ประกอบด้วยแบตเตอรี่แบบขนาน 3 ก้อน และแบตเตอรี่ 50 ก้อนในอนุกรม

โครงสร้างโมดูลาร์เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการจัดการแบตเตอรี่ รวมถึงเซลล์แบตเตอรี่หลายชุด ตัวอย่างเช่น ในอาร์เรย์แบตเตอรี่ 3P12S เซลล์แบตเตอรี่ทุกๆ 12 เซลล์จะเชื่อมต่อแบบอนุกรมเพื่อสร้างบล็อก แบตเตอรี่เหล่านี้สามารถควบคุมและปรับสมดุลได้ด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ไมโครคอนโทรลเลอร์

แรงดันไฟขาออกของโมดูลแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับจำนวนแบตเตอรี่ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรมและแรงดันไฟของแบตเตอรี่แต่ละก้อน แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ลิเธียมโดยทั่วไปจะอยู่ระหว่าง 3.3V ถึง 3.6V ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าของโมดูลแบตเตอรี่จึงอยู่ระหว่าง 30V ถึง 45V โดยประมาณ

พลังงานไฮบริดใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายไฟ DC 450 โวลต์ เพื่อชดเชยการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ด้วยสถานะการชาร์จ ควรเชื่อมต่อตัวแปลง DC-DC ระหว่างก้อนแบตเตอรี่กับเครื่องยนต์ ตัวแปลงยังจำกัดเอาท์พุตปัจจุบันของก้อนแบตเตอรี่

เพื่อให้แน่ใจว่าตัวแปลง DC-DC ทำงานได้ดีที่สุด แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ต้องอยู่ระหว่าง 150V ~ 300V ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมีโมดูลแบตเตอรี่ 5 ถึง 8 ชุดต่อชุด

ความต้องการความสมดุล

เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินขีดจำกัดที่อนุญาต แบตเตอรี่ลิเธียมจะเสียหายได้ง่าย (ดังแสดงในรูปที่ 2) เมื่อแรงดันไฟฟ้าเกินขีดจำกัดบนและล่าง (2V สำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมนาโนฟอสเฟต 3.6V สำหรับขีดจำกัดบน) แบตเตอรี่อาจเสียหายอย่างไม่สามารถแก้ไขได้ เป็นผลให้อย่างน้อยการคายประจุของแบตเตอรี่เองจะเร็วขึ้น แรงดันไฟขาออกของแบตเตอรี่มีความเสถียรในช่วงสถานะการชาร์จที่กว้าง (SOC) และแทบไม่มีความเสี่ยงที่แรงดันไฟฟ้าจะเกินมาตรฐานภายในช่วงที่ปลอดภัย แต่ที่ปลายทั้งสองของช่วงปลอดภัย เส้นโค้งการชาร์จค่อนข้างชัน ดังนั้นเพื่อเป็นการป้องกัน จึงจำเป็นต้องตรวจสอบแรงดันไฟฟ้าอย่างใกล้ชิด

หากแรงดันไฟฟ้าถึงค่าวิกฤต กระบวนการคายประจุหรือการชาร์จจะต้องหยุดลงทันที ด้วยความช่วยเหลือของวงจรบาลานซ์ที่ทนทาน แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่เกี่ยวข้องสามารถกลับคืนสู่ระดับที่ปลอดภัยได้ แต่การทำเช่นนี้วงจรจะต้องสามารถถ่ายโอนพลังงานระหว่างเซลล์ได้เมื่อแรงดันไฟฟ้าของเซลล์ใดเซลล์หนึ่งเริ่มแตกต่างจากแรงดันไฟฟ้าของเซลล์อื่น

วิธียอดดุลค่าธรรมเนียม

1. ข้อบังคับแบบดั้งเดิม: ในระบบจัดการแบตเตอรี่ทั่วไป แบตเตอรี่แต่ละก้อนเชื่อมต่อกับตัวต้านทานโหลดผ่านสวิตช์ วงจรบังคับนี้สามารถคายประจุแบตเตอรี่ที่เลือกได้ทีละก้อน อย่างไรก็ตาม วิธีนี้สามารถชาร์จใหม่ได้เพื่อระงับแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของแบตเตอรี่ที่แรงที่สุดเท่านั้น เพื่อจำกัดการใช้พลังงาน วงจรมักจะยอมให้ปล่อยกระแสไฟเพียง 100 mA เท่านั้น ซึ่งส่งผลให้สมดุลของประจุใช้เวลาหลายชั่วโมง

2. วิธีการปรับสมดุลอัตโนมัติ: มีวิธีปรับสมดุลอัตโนมัติมากมายที่เกี่ยวข้องกับวัสดุ ซึ่งทั้งหมดต้องใช้องค์ประกอบกักเก็บพลังงานเพื่อขนส่งพลังงาน หากใช้ตัวเก็บประจุเป็นส่วนประกอบในการจัดเก็บ การเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ต้องใช้สวิตช์จำนวนมาก วิธีที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นคือการเก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็ก องค์ประกอบสำคัญในวงจรคือหม้อแปลงไฟฟ้า ต้นแบบได้รับการพัฒนาโดยทีมพัฒนา Infineon โดยร่วมมือกับ Vogt Electronic Components Co., Ltd. โดยมีหน้าที่ดังต่อไปนี้:

ก. ถ่ายเทพลังงานระหว่างแบตเตอรี่

เชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าของเซลล์หลายเซลล์เข้ากับแรงดันฐานของอินพุต ADC

วงจรใช้หลักการของหม้อแปลงสแกนย้อนกลับ หม้อแปลงนี้สามารถเก็บพลังงานไว้ในสนามแม่เหล็ก