主動電荷平衡法分析

總部位於慕尼黑的 Infineon Technologies 汽車系統工程部最近接到了一項開發電動汽車的任務。 電動汽車是一種可驅動的汽車，對於展示混合動力汽車的電動性能具有重要意義。 該車將由一個大型鋰電池組供電，開發人員明白平衡電池是必要的。 在這種情況下，您需要選擇電池之間的自動能量轉移，而不是傳統的簡單的電荷平衡方法。 他們開發的自充電平衡系統可以以與強制性計劃相同的成本提供卓越的功能。

電池結構

Ni-Cd 和 Ni-MH 電池多年來一直主導著電池市場。 18650鋰電池雖然是最近才進入市場的產品，但由於性能的大幅提升，其市場份額正在迅速攀升。 鋰電池的存儲容量令人印象深刻，但即便如此，單個電池的容量無論是電壓還是電流都不足以滿足混合動力發動機的需求。 可將多個電池並聯以增加電池供電電流，也可將多個電池串聯以增加電池供電電壓。

電池組裝商經常使用首字母縮寫詞來描述他們的電池產品，例如3P50S，意思是由3節並聯電池和50節電池串聯組成的電池組。

模塊化結構非常適合處理電池，包括多個系列的電池單元。 例如，在3P12S電池陣列中，每12個電芯串聯成一個塊。 這些電池可以通過以微控制器為中心的電子電路進行控制和平衡。

電池模塊的輸出電壓取決於串聯的電池數量和每個電池的電壓。 鋰電池的電壓一般在3.3V到3.6V之間，所以電池模組的電壓大約在30V到45V之間。

混合動力由 450 伏直流電源供電。 為了補償電池電壓隨充電狀態的變化，在電池組和發動機之間連接一個DC-DC轉換器是合適的。 轉換器還限制電池組的電流輸出。

為了保證DC-DC轉換器工作在最佳狀態，電池電壓必須在150V~300V之間。 因此，需要串聯5到8個電池模塊。

平衡的需要

當電壓超過允許限度時，鋰電池很容易損壞（如圖2所示）。 當電壓超過上下限（納米磷酸鹽鋰電池為2V，上限為3.6V）時，電池可能會發生不可修復的損壞。 結果，至少加速了電池的自放電。 電池輸出電壓在較寬的荷電狀態（SOC）範圍內穩定，在安全範圍內幾乎不存在電壓超標的風險。 但在安全範圍的兩端，充電曲線比較陡峭。 因此，作為預防措施，必須密切監測電壓。

如果電壓達到臨界值，必須立即停止放電或充電過程。 借助強大的平衡電路，相關電池的電壓可以恢復到安全範圍。 但要做到這一點，當任何一個電池的電壓開始與其他電池的電壓不同時，電路必須能夠在電池之間傳輸能量。

電荷平衡法

1. 傳統強制：在典型的電池處理系統中，每個電池通過開關連接到負載電阻。 這種強制電路可以對個別選定的電池進行放電。 但是，這種方法只能通過充電來抑制最強電池的電壓上升。 為了限制功耗，該電路通常只允許以 100 mA 的小電流放電，這導致需要幾個小時的充電平衡。

2、自動平衡法：與材料有關的自動平衡法有很多，都需要一個儲能元件來承載能量。 如果將電容器用作存儲元件，將其連接到任何電池都需要大量開關。 更有效的方法是在磁場中儲存能量。 電路中的關鍵部件是變壓器。 該樣機由英飛凌開發團隊與沃格特電子元件有限公司合作開發，其功能如下：

A. 在電池之間傳遞能量

將多個電池的電壓連接到 ADC 輸入的基極電壓

該電路採用反向掃描變壓器的原理。 這種變壓器可以在磁場中儲存能量。