Aktif yük bakiyesi yöntemi analizi

Münih merkezli Infineon Technologies’in Otomotiv Sistemleri Mühendisliği Bölümü, yakın zamanda elektrikli araçlar geliştirme görevi aldı. Elektrikli araç, hibrit elektrikli araçların elektrik performansını göstermek için büyük önem taşıyan, sürülebilir bir araçtır. Araba, büyük bir lityum pil paketi ile güçlendirilecek ve geliştiriciler, dengeli bir pilin gerekli olduğunu anlıyor. Bu durumda geleneksel basit şarj dengeleme yöntemi yerine piller arasında otomatik enerji transferini seçmeniz gerekir. Geliştirdikleri self-charge dengeleme sistemi, zorunlu plan ile aynı maliyette üstün işlevler sağlayabilir.

Pil yapısı

Ni-Cd ve Ni-MH piller, pil pazarına uzun yıllardır hakimdir. 18650 lityum pil piyasaya yeni girmiş bir ürün olmasına rağmen, performansındaki önemli iyileşme nedeniyle pazar payı hızla artıyor. Lityum pillerin depolama kapasitesi etkileyicidir, ancak buna rağmen tek bir pilin kapasitesi, hibrit bir motorun ihtiyaçlarını karşılamak için voltaj veya akım için yetersizdir. Pil güç kaynağı akımını artırmak için birden fazla pil paralel olarak bağlanabilir ve pil güç kaynağı voltajını artırmak için birden fazla pil seri olarak bağlanabilir.

Pil montajcıları, pil ürünlerini tanımlamak için genellikle kısaltmalar kullanır, örneğin 3P50S, yani 3 paralel pil ve 50 pilden oluşan bir pil paketi.

Modüler yapı, birden fazla pil hücresi serisi dahil olmak üzere pilleri kullanmak için idealdir. Örneğin, 3P12S pil dizisinde her 12 pil hücresi bir blok oluşturacak şekilde seri olarak bağlanır. Bu piller, bir mikrodenetleyici merkezli bir elektronik devre ile kontrol edilebilir ve dengelenebilir.

Akü modülünün çıkış voltajı, seri olarak bağlanan akülerin sayısına ve her bir akünün voltajına bağlıdır. Bir lityum pilin voltajı genellikle 3.3V ile 3.6V arasındadır, bu nedenle pil modülünün voltajı yaklaşık olarak 30V ile 45V arasındadır.

Hibrit güç, 450 volt DC güç kaynağı tarafından desteklenmektedir. Akü voltajındaki değişimi şarj durumu ile telafi etmek için akü grubu ile motor arasına bir DC-DC dönüştürücü bağlanması uygundur. Dönüştürücü ayrıca pil takımının akım çıkışını da sınırlar.

DC-DC dönüştürücünün en iyi durumda çalışabilmesi için akü voltajının 150V ~ 300V arasında olması gerekmektedir. Bu nedenle seri olarak 5 ila 8 akü modülüne ihtiyaç vardır.

denge ihtiyacı

Voltaj izin verilen sınırı aştığında, lityum pil kolayca zarar görür (Şekil 2’de gösterildiği gibi). Voltaj üst ve alt limitleri (nano-fosfat lityum piller için 2V, üst limit için 3.6V) aştığında pil onarılamaz şekilde zarar görebilir. Sonuç olarak, en azından pilin kendi kendine boşalması hızlanır. Pilin çıkış voltajı, geniş bir şarj durumu (SOC) aralığında sabittir ve güvenli bir aralıkta voltajın standardı aşma riski neredeyse yoktur. Ancak güvenli aralığın her iki ucunda da şarj eğrisi nispeten diktir. Bu nedenle, önleyici bir önlem olarak voltajı yakından izlemek gerekir.

Voltaj kritik bir değere ulaşırsa, boşaltma veya şarj işlemi derhal durdurulmalıdır. Sağlam bir denge devresi yardımıyla ilgili pilin voltajı güvenli bir ölçeğe döndürülebilir. Ancak bunu yapmak için, herhangi bir hücrenin voltajı diğer hücrelerin voltajından farklı olmaya başladığında devre, hücreler arasında enerji aktarabilmelidir.

şarj bakiyesi yöntemi

1. Geleneksel zorunlu: Tipik bir akü taşıma sisteminde, her akü bir anahtar aracılığıyla bir yük direncine bağlanır. Bu zorlamalı devre, ayrı ayrı seçilen pilleri boşaltabilir. Ancak bu yöntem yalnızca en güçlü akünün voltaj artışını bastırmak için yeniden şarj edilebilir. Güç tüketimini sınırlamak için, devre genellikle sadece 100 mA’lık küçük bir akımda deşarja izin verir, bu da birkaç saat süren bir şarj dengesi ile sonuçlanır.

2. Otomatik dengeleme yöntemi: Malzemelerle ilgili birçok otomatik dengeleme yöntemi vardır ve bunların tümü enerji taşımak için bir enerji depolama elemanı gerektirir. Depolama elemanı olarak bir kapasitör kullanılıyorsa, onu herhangi bir aküye bağlamak için çok sayıda anahtar gerekir. Daha etkili bir yöntem, enerjiyi manyetik bir alanda depolamaktır. Devredeki anahtar bileşen transformatördür. Prototip, Infineon geliştirme ekibi tarafından Vogt Electronic Components Co., Ltd. ile işbirliği içinde geliştirildi. İşlevleri aşağıdaki gibidir:

A. Piller arasında enerji aktarımı

Birden fazla hücrenin voltajını ADC girişinin taban voltajına bağlayın

Devre, bir ters tarama transformatörü prensibini kullanır. Bu transformatör enerjiyi manyetik bir alanda depolayabilir.