提高電動汽車電池充電器充電控制管理技術,才是電動車使用效率和壽命的關鍵
節(jie)能環保(bao)一(yi)直是人們熱議話題,電動(dong)和混合(he)(he)動(dong)力汽車(che)則提供(gong)了(le)一(yi)種節(jie)省能源和減(jian)少二氧(yang)化碳排放的(de)極好方(fang)式。然而,電動(dong)和混合(he)(he)動(dong)力汽車(che)重(zhong)要(yao)弱(ruo)點就在(zai)于(yu)其電池(chi)(chi)容量(liang),以及(ji)由此帶來(lai)的(de)行駛距離的(de)限制(zhi)。由于(yu)能夠安裝進汽車(che)的(de)最大電池(chi)(chi)尺(chi)寸常常受到體積(ji)和重(zhong)量(liang)限制(zhi),因而優化利用現有(you)電池(chi)(chi)容量(liang)變得(de)越(yue)來(lai)越(yue)重(zhong)要(yao)。
要提供用于電動汽車的現代高性能電池所需的幾百伏電壓,通常需要將幾個單獨的電池單元以串聯方式相連接。電池組中的每個電池單元,電池單元容量、自放電率、溫度特性和電池阻抗等都各有不同,而且差異會隨著電池的老化而增大。當電池單元正在充電時,這種差異便會導致一種情形,即某些電池單元還沒有充滿足夠的電能,但另一些電池單元早已充滿電荷了。除非采取額外措施,否則充電器充(chong)電(dian)過程必須終止(zhi),因為如果某個(ge)電(dian)池單元過分充(chong)電(dian),就會發生損壞(huai)、甚至(zhi)有可能完全毀(hui)壞(huai)。
類似的(de)(de)情形也會在放電(dian)(dian)時發生(sheng)。與(yu)前相反,情況是某個(ge)電(dian)(dian)池(chi)(chi)單(dan)元早已完全放電(dian)(dian),而其它的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)單(dan)元仍然(ran)具有足夠的(de)(de)能量可繼續(xu)為(wei)汽(qi)車提供動力(理論上的(de)(de))。然(ran)而,這時汽(qi)車不可能繼續(xu)行走,因為(wei)這會使較弱的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)(chi)單(dan)元過(guo)度放電(dian)(dian),結果會導致電(dian)(dian)池(chi)(chi)單(dan)元的(de)(de)損毀。為(wei)了避免上述兩種這些(xie)情況的(de)(de)發生(sheng),單(dan)個(ge)電(dian)(dian)池(chi)(chi)單(dan)元之間的(de)(de)主動平衡是必須的(de)(de)。
被動平衡方法將可用能量轉化為熱損耗
目前(qian)廣泛使用的(de)方(fang)法是(shi)(shi)被動平衡技術,就是(shi)(shi)使用電阻(zu)將早已充滿(man)電的(de)電池單(dan)元再次放電,以(yi)便其它電池單(dan)元能夠(gou)繼續充電。這個方(fang)法的(de)缺點是(shi)(shi)顯而易見(jian)的(de):
* 出于平(ping)衡的目的,電(dian)池(chi)只能(neng)被放電(dian)
* 旁(pang)路電阻的(de)放電電流引(yin)起功率損耗
* 寶(bao)貴的能(neng)量轉化為熱量,不能(neng)為汽車提供動力
* 減少汽車的行駛距離
被動(dong)平衡方(fang)法(fa)(fa)僅(jin)能將儲存在電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)中的(de)能量轉化為(wei)熱(re)損耗,而主動(dong)平衡則能夠將一(yi)個電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)中的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)傳送至另一(yi)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)。實現電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)荷(he)傳送有(you)幾種方(fang)法(fa)(fa),如使用開(kai)關(guan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)或電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)感。當使用電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)式方(fang)法(fa)(fa)時,電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)容(rong)會與有(you)較(jiao)高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)并(bing)聯。一(yi)旦此電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)完成充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian),它即與有(you)較(jiao)低電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)并(bing)聯,能夠繼續為(wei)其(qi)充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)。此過程會不斷重復(fu),直至所有(you)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)單(dan)(dan)元(yuan)(yuan)都達(da)到相(xiang)同(tong)的(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)為(wei)止。
使用電(dian)容器的(de)方法具有很(hen)高的(de)成本效益,但(dan)有個缺點就是平均的(de)平衡(heng)電(dian)流(liu)被限制在50mA以下(xia)。使用電(dian)感方法則不存在此(ci)(ci)限制,并且在此(ci)(ci)情況(kuang)下(xia),很(hen)容易(yi)便達到(dao)1A或以上的(de)平衡(heng)電(dian)流(liu)。
用主動(dong)平(ping)衡法實現(xian)快速和幾乎無損耗(hao)的電荷傳送
主動平衡(heng)是(shi)通過并聯電感(gan)和需獲(huo)取電荷(he)的電池來實現的。此結果(guo)導致(zhi)線圈中的電流(liu)持續增加。
一旦線圈(quan)已經(jing)從通(tong)過(guo)晶體管放電(dian)(dian)的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)單(dan)元中(zhong)去耦,電(dian)(dian)感中(zhong)儲存的(de)(de)能量可通(tong)過(guo)一個二極(ji)管對鄰(lin)近電(dian)(dian)池(chi)充電(dian)(dian)。因(yin)而電(dian)(dian)荷可以(yi)在(zai)兩個單(dan)獨的(de)(de)電(dian)(dian)池(chi)單(dan)元之間(jian)來回(hui)地(di)移動(dong),實(shi)現(xian)極(ji)高效率并且幾乎無損(sun)耗。此方(fang)法具有某些決定(ding)性(xing)的(de)(de)優點:
* 平衡電流可能達到1A或以上
* 平(ping)衡(heng)在(zai)本質上(shang)是無(wu)損耗的(de)
* 平(ping)衡極其快速
* 增加(jia)了(le)效率和電池(chi)容(rong)量
* 增加了汽(qi)車的行駛距(ju)離
相(xiang)比所提到(dao)的(de)其它(ta)方法(fa),使用(yong)電(dian)(dian)感(gan)實(shi)施主動平衡(heng)并(bing)不(bu)算是低成本(ben)的(de)方法(fa),因為當中使用(yong)了(le)(le)成本(ben)相(xiang)對較高(gao)的(de)電(dian)(dian)感(gan)元件。然(ran)而,這并(bing)不(bu)完全是個(ge)問題。現代(dai)高(gao)性(xing)能電(dian)(dian)池目前(qian)的(de)成本(ben)接(jie)近10,000美元。而使用(yong)電(dian)(dian)感(gan)平衡(heng)方法(fa),即使只獲得(de)了(le)(le)額(e)外的(de)10%容量,也代(dai)表了(le)(le)1,000美元的(de)價(jia)值--此金額(e)可(ke)以用(yong)于購買大數量的(de)電(dian)(dian)感(gan)器件。
鋰離子電池基于安(an)全的(de)原因,必須(xu)監控(kong)單(dan)(dan)個電(dian)池單(dan)(dan)元,因為過(guo)載會發生(sheng)燃(ran)燒(shao),在極(ji)端(duan)情況(kuang)下甚至會發生(sheng)爆炸。與過(guo)壓(ya)(ya)、欠壓(ya)(ya)和(he)溫(wen)度監控(kong)一樣,精確(que)的(de)充(chong)(chong)電(dian)條(tiao)件(jian)測定等附加功能也是(shi)需要的(de)。在半導體(ti)市場上(shang)已(yi)提供能實(shi)現所有這些功能與不同的(de)平(ping)(ping)衡方法的(de)元件(jian)。使用先(xian)進的(de)主動電(dian)池單(dan)(dan)元平(ping)(ping)衡解決方案(an)(如愛特梅(mei)爾 ATA6870電(dian)池管(guan)理電(dian)路)每(mei)一個電(dian)池單(dan)(dan)元都有單(dan)(dan)獨的(de)電(dian)子監控(kong),以便提供如充(chong)(chong)電(dian)狀態測定、主動/被(bei)動平(ping)(ping)衡或過(guo)壓(ya)(ya)、欠壓(ya)(ya)和(he)溫(wen)度監控(kong)等功能