主动电荷平衡法分析

总部位于慕尼黑的 Infineon Technologies 汽车系统工程部最近接到了一项开发电动汽车的任务。 电动汽车是一种可驱动的汽车，对于展示混合动力汽车的电动性能具有重要意义。 该车将由一个大型锂电池组供电，开发人员明白平衡电池是必要的。 在这种情况下，您需要选择电池之间的自动能量转移，而不是传统的简单的电荷平衡方法。 他们开发的自充电平衡系统可以以与强制性计划相同的成本提供卓越的功能。

电池结构

Ni-Cd 和 Ni-MH 电池多年来一直主导着电池市场。 18650锂电池虽然是最近才进入市场的产品，但由于性能的大幅提升，其市场份额正在迅速攀升。 锂电池的存储容量令人印象深刻，但即便如此，单个电池的容量无论是电压还是电流都不足以满足混合动力发动机的需求。 可将多个电池并联以增加电池供电电流，也可将多个电池串联以增加电池供电电压。

电池组装商经常使用首字母缩写词来描述他们的电池产品，例如3P50S，意思是由3节并联电池和50节电池串联组成的电池组。

模块化结构非常适合处理电池，包括多个系列的电池单元。 例如，在3P12S电池阵列中，每12个电芯串联成一个块。 这些电池可以通过以微控制器为中心的电子电路进行控制和平衡。

电池模块的输出电压取决于串联的电池数量和每个电池的电压。 锂电池的电压一般在3.3V到3.6V之间，所以电池模块的电压大约在30V到45V之间。

混合动力由 450 伏直流电源供电。 为了补偿电池电压随充电状态的变化，在电池组和发动机之间连接一个DC-DC转换器是合适的。 转换器还限制电池组的电流输出。

为了保证DC-DC转换器工作在最佳状态，电池电压必须在150V~300V之间。 因此，需要串联5到8个电池模块。

平衡的需要

当电压超过允许限度时，锂电池很容易损坏（如图2所示）。 当电压超过上下限（纳米磷酸盐锂电池为2V，上限为3.6V）时，电池可能会发生不可修复的损坏。 结果，至少加速了电池的自放电。 电池输出电压在较宽的荷电状态（SOC）范围内稳定，在安全范围内几乎不存在电压超标的风险。 但在安全范围的两端，充电曲线比较陡峭。 因此，作为预防措施，必须密切监测电压。

如果电压达到临界值，必须立即停止放电或充电过程。 借助强大的平衡电路，相关电池的电压可以恢复到安全范围。 但要做到这一点，当任何一个电池的电压开始与其他电池的电压不同时，电路必须能够在电池之间传输能量。

电荷平衡法

1. 传统强制：在典型的电池处理系统中，每个电池通过开关连接到负载电阻。 这种强制电路可以对个别选定的电池进行放电。 但是，这种方法只能通过充电来抑制最强电池的电压上升。 为了限制功耗，该电路通常只允许以 100 mA 的小电流放电，这导致需要几个小时的充电平衡。

2、自动平衡法：与材料有关的自动平衡法有很多，都需要一个储能元件来承载能量。 如果将电容器用作存储元件，将其连接到任何电池都需要大量开关。 更有效的方法是在磁场中储存能量。 电路中的关键部件是变压器。 该样机由英飞凌开发团队与沃格特电子元件有限公司合作开发，其功能如下：

A. 在电池之间传递能量

将多个电池的电压连接到 ADC 输入的基极电压

该电路采用反向扫描变压器的原理。 这种变压器可以在磁场中储存能量。