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        电动汽车性能的中的被动平衡技术介绍

        时间:2019-02-18 10:07:44来源:网络 作者:admin 点击:
        由于经济和环境因素严重倾向于电动汽车EV当今电池技术的局限性仍然是其广泛采用的最大速度遗憾的是这些能量存储系统中使用的化学过程不具有硅芯片所享有的相同的

        由于经济和环境因素严重倾向于电动汽车EV当今电池技术的局限性仍然是其广泛采用的最大速度遗憾的是这些能量存储系统中使用的化学过程不具有硅芯片所享有的相同的可扩展性和微米级制造公差例如即使是最好的锂离子Li-ion电池中发生的制造变化?#19981;?#23548;致电池电压和容量的差异从而极大地影响多电池堆的整体性能和使用寿命我们很快就会看到无源电池平衡技术可以为产品的运行时间或运行时间增加5到10并为其使用寿命增加更多的充电周期在许多情况下平衡电子设备可以添加到电池现有的管理电子设备中每个电池只需0.07美元

        细胞差异

        像雪花一样没有两个锂离子电池完全相同每个制造商都使用自己的阳极阴极和电解质材料“混合物”因此电池电压变化很大通常为2.7 V - 4.25 V许多EV中使用的磷酸锂和3.6 V范围内的HEV但即使具有相同化学性质的电池在容量开路电压充电容量自放电率阻抗和影响其充电状态SOC的热特性方面也表现出一定程度的变化

        当?#28304;?#32852;配置组装时这些差异仅允许堆栈充电直到最弱的单元充满即使其邻居愿意接受更深的充电由于大多数基于锂的化学物质具有高?#20174;?#24615;将任何额外的电流推入电池组可以将充满电的电池驱动到过压状态从而导?#36335;?#28909;损坏并在某些情况下引发火灾虽然必须将电池的电荷控制在10-50 mV?#38405;ڣ员?#20813;将其设置在通向致命热失控的路径上但2-5 mV被认为是防止损坏所需的最小?#30452;?#29575;从而降低其容量和使用寿命最弱的电池还决定了电池组在耗尽之前可以提供多少电流其中称为枝晶的晶体从电池的电解质中沉淀出来导致其结构内出现微短路

        更糟糕的是随着电池老化电池之间的差异变宽导致容量和使用寿命损失更大图1

        电动汽车性能的中的被动平衡技术介绍

        图1随着电池老化各个细胞的平均容量下降而细胞之间的容量变化增加英飞凌提供

        ?#24615;从?#26080;源电池平衡

        为了解更多电池的潜在容量有必要添加均衡电池间电荷的电路今天的大多数设计基于某种“被动平衡”技术该技术使用电阻器卸载或“顶部平衡”过充电电池使其输出电压低于充电器的电压调节点允许堆栈的其余部分继续充电图2由于它从电池中消耗能量因此通常仅在电池充电时才进行被动平衡为防止损坏必须经常对单个电池条件进行采样?#23548;?#37319;样率取决于电池的化学成分和最大充电速率但?#22987;潜?#30005;池通常在4-10 sps监测而EV/HEV电池的速率在20-100 sps之间变化

        电动汽车性能的中的被动平衡技术介绍

        图2可以使用如此处所示的分立元件和主机MCU或使用多个制造商提供的更集成的解决方案之一来实现无源单元平衡 由英飞凌提供

        虽然能量损失和热量问题限制了被动平衡技术的有效性但它们?#23376;?#23454;施并且对于大多数应用来说非常经济有效然而人们越来越关注所谓的“主动平衡”技术该技术利用感应电荷穿梭将电荷从具有?#32454;SOC的电池转移到较弱的电池除了释放更多本来无法使用的能量之外主动平衡还可以进一步减少在正常工作条件下对较弱电池造成的损害使电池组能够提供高达20的充电周期由于?#24615;?#24179;衡电路的?#32454;?#25104;本和复杂性目前限制了其受欢迎程度因此本文侧重于被动平衡主动平衡技术将在后续文章中介绍

        设计问题

        控制哪种被动平衡解决方案最适合您的应用的两个关键问题是电池电池堆的容量以及电池之间的变化量诸如电动自行车无绳电动工具和其他消费者应用的应用使用较便宜的电池其可具有10或更高的差异但是它们的总容量足?#22351;停?#21487;以使用50-200mA的放电电流来平衡这使他们能够使用高度集成的电池管理IC例如Texas Instruments的bq77PL900其中包括用于驱动系统耗散电阻的功率晶体管通常为FET

        相比之下制造商生产用于混合动力汽车和电动汽车的汽车级电池最大电池SOC变化为3至5平衡这些高功?#35782;?#26632;中的一些通常需要1-2A的泄放电流并?#20197;?#19968;些情况下需要高达10A这需要使用外部开关晶体管这增加了电池管理系?#36710;?#25104;本和复杂性

        用于控制被动平衡的测量技术的复杂性和有效性也各不相同最简单的是TI的bq77PL900图3a等产品可以作为独立的电池保护系统将每个电池的电压与预编程的阈?#21040;?#34892;比较以?#33539;?#26159;否需要电池平衡如图3b所示当堆栈中的任何单元达到上限阈值VOV时停止充电并启用内部旁路直到其电压降?#26009;?#38480;重新启用充电并重复该循环直到最低电压电池达到恢复极限VOV-ΔVoVH并停止充电尽管对许多应用有用但该技术具有固有的误差因为它没有考虑当充电电流通过时由电池阻抗引起的电压偏差由于控制器的容源电子网为你提供技术支持本站网址www.qj5v.com

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