Метод аналізу активного балансу заряду

Інженерний відділ автомобільних систем мюнхенської Infineon Technologies нещодавно отримав завдання розробляти електромобілі. Електричний транспортний засіб — це керований транспортний засіб, який має велике значення для демонстрації електричних характеристик гібридних електромобілів. Автомобіль буде живитися від великого літієвого акумулятора, і розробники розуміють, що збалансований акумулятор необхідний. У цьому випадку потрібно вибрати автоматичну передачу енергії між батареями замість традиційного простого методу балансування заряду. Розроблена ними система балансування самостійної плати може забезпечувати чудові функції за тією ж ціною, що й обов’язковий план.

Структура батареї

Ni-Cd і Ni-MH акумулятори домінують на ринку акумуляторів протягом багатьох років. Хоча літієва батарея 18650 є продуктом, який лише нещодавно з’явився на ринку, її частка на ринку швидко зростає завдяки суттєвому покращенню продуктивності. Ємність літієвих батарей вражає, але навіть при цьому ємності однієї батареї недостатньо для напруги або струму, щоб задовольнити потреби гібридного двигуна. Кілька батарей можна під’єднати паралельно, щоб збільшити струм живлення батареї, а кілька батарей можна під’єднати послідовно, щоб збільшити напругу живлення батареї.

Збірники акумуляторів часто використовують абревіатури для опису своїх акумуляторних продуктів, наприклад 3P50S, що означає акумулятор, що складається з 3 паралельних батарей і 50 батарей, підключених послідовно.

Модульна структура ідеально підходить для роботи з батареями, включаючи кілька серій акумуляторних елементів. Наприклад, у масиві акумуляторів 3P12S кожні 12 елементів батареї з’єднані послідовно, щоб утворити блок. Цими батареями можна керувати та балансувати за допомогою електронної схеми, зосередженої на мікроконтролері.

Вихідна напруга акумуляторного модуля залежить від кількості батарей, з’єднаних послідовно, і напруги кожної батареї. Напруга літієвої батареї зазвичай становить від 3.3 В до 3.6 В, тому напруга акумуляторного модуля становить приблизно від 30 В до 45 В.

Гібридний блок живиться від 450 вольт постійного струму. Щоб компенсувати зміну напруги батареї зі станом заряду, доцільно підключити DC-DC перетворювач між акумуляторною батареєю і двигуном. Перетворювач також обмежує вихідний струм акумуляторної батареї.

Для того, щоб DC-DC перетворювач працював у найкращому стані, напруга батареї має бути від 150 до 300 В. Тому необхідно від 5 до 8 модулів батареї послідовно.

потреба в балансі

Коли напруга перевищує допустиму межу, літієва батарея легко пошкоджується (як показано на малюнку 2). Коли напруга перевищує верхню та нижню межі (2 В для нанофосфатних літієвих батарей, 3.6 В для верхньої межі), акумулятор може бути непоправно пошкоджений. В результаті як мінімум прискорюється саморозряд батареї. Вихідна напруга акумулятора стабільна в широкому діапазоні стану заряду (SOC), і практично немає ризику перевищення напруги стандарту в межах безпечного діапазону. Але на обох кінцях безпечного діапазону крива зарядки є відносно крутою. Тому в якості профілактики необхідно уважно стежити за напругою.

Якщо напруга досягає критичного значення, процес розрядки або зарядки необхідно негайно припинити. За допомогою надійної схеми балансу напругу відповідної батареї можна повернути до безпечної шкали. Але для цього схема повинна мати можливість передавати енергію між елементами, коли напруга будь-якої однієї клітини починає відрізнятися від напруги інших елементів.

метод балансу нарахування

1. Традиційний обов’язковий: у типовій системі поводження з батареєю кожна батарея підключається до навантажувального резистора через перемикач. Ця примусова схема може розряджати індивідуально підібрані батареї. Однак цей метод можна заряджати лише для того, щоб придушити підвищення напруги найсильнішої батареї. Щоб обмежити споживання електроенергії, схема зазвичай допускає розряд лише при невеликому струмі 100 мА, що призводить до балансу заряду, який займає кілька годин.

2. Автоматичний метод балансування. Існує багато методів автоматичного балансування, пов’язаних з матеріалами, кожен з яких вимагає накопичувача енергії для передачі енергії. Якщо в якості накопичувального елемента використовується конденсатор, для його підключення до будь-якої батареї потрібен великий набір перемикачів. Більш ефективним методом є накопичення енергії в магнітному полі. Ключовим компонентом ланцюга є трансформатор. Прототип був розроблений командою розробників Infineon у співпраці з Vogt Electronic Components Co., Ltd. Його функції полягають у наступному:

A. Передача енергії між батареями

Підключіть напругу кількох елементів до базової напруги входу АЦП

У схемі використовується принцип трансформатора зворотної розгортки. Цей трансформатор може накопичувати енергію в магнітному полі.