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浅析锂电池组的积极电池充电均衡法

浅析锂电池组的积极电池充电均衡法

来源:
2021/11/24 15:38
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【摘要】:

  主动充电平衡法分析

  总部位于慕尼黑的英飞凌技术公司(Infineon Technologies)的汽车系统工程部最近接到了一项开发电动汽车的任务。电动汽车是一种可驾驶的车辆,对展示混合动力汽车的电动性能具有重要意义。这款车将由一个大型锂电池组提供动力,开发人员明白,平衡的电池是必要的。在这种情况下,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计划相同的成本提供优越的功能。

  电池结构

  镍镉电池和镍氢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高,市场占有率正在迅速上升。锂电池的存储能力令人印象深刻,但即便如此,单个电池的容量对于电压或电流来说都不足以满足混合动力引擎的需求。多节电池可并联增加电池供电电流,多节电池可串联增加电池供电电压。

  电池组装商经常用首字母缩写来描述他们的电池产品,例如3P50S,意思是由3个平行电池和50个串联电池组成的电池组。

  模块化结构是处理电池的理想,包括多个系列的电池单元。例如,在3P12S电池阵列中,每12个电池单元串联成一个块。这些电池可以通过一个以微控制器为中心的电子电路来控制和平衡。

  该电池模块的输出电压取决于串联的电池个数和每个电池的电压。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伏的直流电源供电。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。

  为保证直流-直流变换器工作在最佳状态,电池组电压必须在150V ~ 300V之间。因此,需要5 ~ 8个电池模块串联。

  平衡的需要

  当电压超过允许限值时,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2V,上限3.6V)时,电池可能会受到无法弥补的损坏。其结果至少是加速了电池的自放电。电池的输出电压在宽充电状态(SOC)范围内是稳定的,在安全范围内几乎没有电压超标的风险。但在安全范围的两端,充电曲线相对陡峭。因此,作为预防措施,有必要密切监测电压。

  如果电压达到一个临界值,必须立即停止放电或充电过程。在稳健的平衡电路的帮助下,相关电池的电压可以返回到一个安全的规模。但要做到这一点,电路必须能够在任何一个细胞的电压开始与其他细胞的电压不同时在细胞之间传递能量。

  电荷平衡方法

  1. 传统强制:在一个典型的电池处理系统中,每个电池通过一个开关连接到负载电阻。这种强制电路可以放电个别选定的电池。但是,这种方法只能重新充电,以抑制最强电池的电压上升。为了限制功耗,该电路通常只允许在100毫安的小电流下放电,从而导致需要数小时的充电平衡。

  2. 自动平衡法:有关物料的自动平衡方法有很多种,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的开关阵列。一种更有效的方法是在磁场中储存能量。电路中的关键元件是变压器。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.在电池间传递能量

  连接多个单体电池电压到ADC输入的基极电压

  该电路采用了反向扫描变压器的原理。这个变压器能在磁场中储存能量。

 

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