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基于锂离子电池组均衡充电保护板的设计方法
- 2020-06-05-

常见的平衡电池充电技术性包含稳定分离电阻器平衡电池充电、导通分离电阻器平衡电池充电、均值电池电压平衡电池充电、电源开关电容器平衡电池充电、降血压型SPWM平衡电池充电、电感器平衡电池充电等。组合的锂电池串连电池充电时,应确保每个电池平衡电池充电,不然应用全过程中会危害整组充电电池的特性和使用寿命。而目前的单节锂电池维护集成ic均没有平衡电池充电操纵作用,三节锂电池维护集成ic平衡电池充电操纵作用要外接CpU;根据和维护集成ic的串行通信通信(如I2C总线)来完成,增加了维护电源电路的复杂性和设计方案难度系数、减少了系统软件的高效率和可信性、增加了功能损耗。

文中对于驱动力锂电池组合应用,各节锂电池均规定电池充电过压、充放电欠工作电压、过电流、短路故障的维护,电池充电全过程时要完成整组充电电池平衡电池充电的难题,明确提出了一种根据锂电池组平衡充电保护板的设计方法。方式 选用单节锂电池维护集成ic对随意串连数的组合锂电池开展维护的含平衡电池充电作用的锂电池组锂电池保护板。模拟仿真結果和工业化生产运用证实,该锂电池保护板维护功能齐全,工作中平稳,高性价比,平衡电池充电偏差低于五十米V.

2系统设计方案的基础原理

选用单节锂电池维护芯片设计的具有平衡电池充电工作能力的锂电池组锂电池保护板平面图如图所示1所显示。

图1中:1为单节锂电池;2为电池充电过压分离充放电环路电阻器;3为分离充放电环路操纵用电源开关元器件;4为过流检验维护电阻器;5为省去的锂电池维护集成ic及电源电路联接一部分;6为单节锂电池维护集成ic(一般包含电池充电操纵脚位CO,充放电操纵脚位DO,充放电过电流量及短路故障检验脚位VM,充电电池正端VDD,充电电池负端VSS等);7为电池充电过压维护数据信号经光耦隔离后产生串联关联驱动器主电源电路中电池充电操纵用MOS管栅极;8为充放电欠工作电压、过电流、过流保护数据信号经光耦隔离后产生串连关联驱动器主电源电路中充放电操纵用MOS管栅极;9为电池充电自动开关元器件;10为充放电自动开关元器件;11为控制回路;12主导电源电路;13为分离充放电环路。单节锂电池维护集成ic数量根据锂电池组充电电池数量明确,串连应用,各自对所相匹配单节锂电池的蓄电池充电、过电流、短路故障情况开展维护。该系统软件在充电保护的另外,根据维护集成ic操纵分离充放电环路电源开关元器件的导通完成平衡电池充电,该方式 不同于传统式的在充电头端完成平衡电池充电的作法,减少了锂电池组充电头设计方案运用的成本费。

当锂电池组电池充电时,外置电源正负各自接锂电池组正负BAT+和BAT-两边,电流流过锂电池组正级BAT+、锂电池组中单节锂电池1~N、充放电自动开关元器件、电池充电自动开关元器件、锂电池组负级BAT-,电流流向如图2所显示。

系统软件中控制回路一部分单节锂电池维护集成ic的电池充电过压维护操纵数据信号经光耦隔离后串联輸出,主导电源电路中电池充电电源开关元器件的通断供货栅极工作电压;如某一节或几组锂电池在电池充电全过程中先进到过压维护情况,则由过压维护数据信号操纵串联在单节锂离子电池电池正负极两边的分离充放电环路充放电,另外将串连在电池充电控制回路中的相匹配单个锂电池断离出电池充电控制回路。

锂电池组串连电池充电时,忽视单节电池电量区别的危害,一般内电阻较小的充电电池先填满。这时,相对的过压维护数据信号操纵分离充放电环路的电源开关元器件合闭,在原电池反应两边串联上一个分离电阻器。依据充电电池的pNGV等效电路实体模型,这时分离环路电阻器等于先填满的单节锂电池的负荷,该充电电池根据其充放电,使充电电池直流电压保持在填满情况周边一个很小的范畴内。假定第1节锂电池先电池充电进行,进到过压维护情况,则主电源电路及分离充放电环路中电流流向如图所示3所显示。当全部单个电池均电池充电进到过压维护情况时,所有单节锂电池工作电压尺寸在偏差范畴内彻底相同,各节维护集成ic充电保护操纵数据信号均降低,没法主导电源电路中的电池充电自动开关元器件供货栅极偏压,使其关闭,主控制回路断掉,即完成平衡电池充电,电池充电全过程进行。

当锂电池组充放电时,外接负荷各自接锂电池组正负BAT+和BAT-两边,充放电电流量流过锂电池组负级BAT-、电池充电自动开关元器件、充放电自动开关元器件、锂电池组中单节锂电池N~1和锂电池组正级BAT+,电流流向如图16所显示。系统软件中控制回路一部分单节锂电池维护集成ic的充放电欠工作电压维护、过电流和过流保护操纵数据信号经光耦隔离后串连輸出,主导电源电路中充放电电源开关元器件的通断供货栅极工作电压;一旦锂电池组在充放电全过程中碰到单节锂电池欠工作电压或是过电流和短路故障等特殊情况,相匹配的单节锂电池充放电维护操纵数据信号降低,没法主导电源电路中的充放电自动开关元器件供货栅极偏压,使其关闭,主控制回路断掉,即完毕充放电应用全过程。

一般锂电池选用恒流电源-恒流源(TApER)型电池充电操纵,恒流源电池充电时,电流类似指数值规律性减少。系统软件中蓄电池充电主控制回路的电源开关元器件可依据外界电源电路规定考虑的较大工作中电流量和工作频率型号选择。

控制回路的单节锂电池维护集成ic可依据待维护的单节锂电池的额定电压、维护时间延迟等型号选择。

单个电池两边并接的充放电环路电阻器可依据锂电池充电头的电池充电工作电压尺寸及其锂电池的主要参数和充放电电流量的尺寸测算得到。平衡电流量应有效挑选,倘若很小,平衡实际效果不显著;倘若很大,系统软件的动能耗损大,平衡高效率低,对锂电池组热管理方法规定高,一般电流量尺寸可设计方案在50~100mA中间。

分离充放电环路电阻器可选用输出功率电阻器或电阻器互联网完成。这儿选用电阻器互联网完成分离充放电环路电阻器比较有效,能够合理清除电阻器误差的危害,除此之外,还能具有减少热功能损耗的主要用途。

3平衡充电保护板电源电路工作中模型仿真

依据上述平衡充电保护板电源电路工作中的基本概念,在Matlab/Simulink自然环境下构建了系统软件模型仿真,仿真模拟锂电池组蓄电池充电全过程中锂电池保护板工作中的状况,认证该设计方法的可行性分析。为简易考虑,得出了锂电池组仅由2节锂电池串连的模型仿真,如图所示5所显示。

实体模型选用可控电压源替代单节锂电池,仿真模拟充电电池蓄电池充电的状况。图5中,Rs为串连锂电池组的充电电池总内电阻,RL为负载电阻,Rd为分离充放电环路电阻器。所选用的单节锂电池维护集成icS28241封裝为一个分系统,使总体实体模型表述时更加简约。

维护集成ic分系统实体模型关键用或运算控制模块、符号函数控制模块、一维查询表控制模块、積分控制模块、廷时控制模块、电源开关控制模块、数学运算控制模块等仿真模拟了维护姿势的时钟频率与逻辑性。因为模拟仿真自然环境与真正电源电路存有一定的区别,模拟仿真时不必滤波器和强电弱电防护,并且不必要的控制模块非常容易造成模拟仿真時间的冗杂。因而,在具体模拟仿真全过程中,去除开滤波器、光耦隔离、脉冲信号调养等电源电路,并把为大电流量分离设计方案的电阻器互联网改成单电阻器,减少了模拟仿真系统软件的复杂性。创建详细的系统软件模型仿真时,要留意不一样控制模块的I/O数据信息和数据信号种类将会存有差别,务必恰当排序控制模块的联接次序,必需时开展基本数据类型的变换,实体模型选用工作电压检验控制模块完成了高低数据信号的变换联接难题。

模型仿真中可控电压源的给出数据信号在波型大体一致的前提条件下会有细微区别,以意味着充电电池个人蓄电池充电的差别。图6为锂电池组中单节电池电压检验模拟仿真結果,由此可见选用过放逐电环路均充的方法,该电源电路可一切正常工作中。

4系统检测及剖析

具体运用中,对于某知名品牌电动车生产厂家的要求,设计方案完成了2组串联、10节串连的36V8A·h锰酸锂动力锂电池组锂电池保护板,在其中单节锂电池维护集成ic选用日本精工企业的S28241,锂电池保护板关键由主电源电路、控制回路、分离充放电环路及其滤波器、光耦隔离和脉冲信号调养电源电路等一部分构成,其基础构造如图所示7所显示。充放电环路电流量挑选在80b250A上下,选用510Ω电阻器串联和并联组成电阻器互联网。

调节工作中关键分成工作电压检测和电流量检测两一部分。工作电压测


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