電池管理系統的均衡電路

之前有很多的嘗試,後面很多企業循著自己慣用的策略基本沒怎麼調整

1.電池均衡是有限度的,效果需要用一定的參數進行評價。

2.電池均衡在HEV和EV裡面,要求有很大的區別。

3.電池均衡的效果必須與成本和額外的能量消耗進行博弈和妥協。

均衡的原因:

EV和HEV都需要在充電和放電階段承受很大的瞬間電流,充電的時候表現在制動能量回收。對於鋰電池而言,這麼大的充電電流可能是部分較滿的電池直接超過損壞的電壓區間。

放電階段則是電機在啟動和汽車加速的時候,需要很高的瞬間能量。大的放電電流,可能讓某些電池處於深度放電的狀態,一是影響輸出電流,二是電池本身就會損壞。

對於上述的電流計算,其實和整車有很大的關係,相信在後面找到充分的資料和計算公式以後,可以把能量管理單元動力單元和最終的車體環境的參數建立一些計算和評估的公式,在對比當前賣得一些「電動車」時候可以做出一些初步的評估

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這套機制在HEV小電池上面還是挺管用的,甚至到PHEV10Kwh還是挺有用的,到大容量的EV電池,動輒150Ah和200Ah真是需要別的想法

均衡策略關於100mA和30mA均衡電流影響

  • 均衡電流的大小主要影響均衡時間

  • 均衡時間計算方法如下:

  • 均衡時間T = 均衡容量/均衡電流

對B01_Phase2,以5%的SOC差異為例:

  • 均衡容量= ΔSOC*標稱容量= 5%*5.2Ah = 260mAh

  • 100mA均衡電流均衡時間= 260mAh/100mA = 2.6h;

  • 30mA 均衡電流均衡時間= 260mAh/ 30mA = 8.7h;

1. 熱設計

耗散型均衡電路主要考究均衡電阻的熱設計能力

元器件層面: 熱阻和結溫

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系統層面: 環境溫度、冷卻方式、PCB的熱性能

電阻散熱模型:

要使實際溫度Tj在合理範圍,設計上:

a) 降低環境溫度;

b) 降低元器件熱阻,如選型封裝大的SMD;

c) 優化PCB的焊盤,如增大銅箔面積和厚度;

d) 降低單個元器件功耗,如使用多個電阻並聯使用;

舉例:

a) 選取vishay的貼片電阻規格分析,如取2512封裝/1W規格:

Ta 取電池最高耐溫65℃;

電阻結溫155℃;

電阻阻值33.2ohm, 工作電流0.1A, 實際功耗為0.332W

使用mCu設計(最差PCB設計:35um銅箔層,1.6mmPCB厚,銅覆蓋面≤20%)

實際溫度Tj=65 + 110*0.332= 101.52 ℃

滿足低於結溫要求;

如果加強PCB設計,如使用sCu設計,實際溫度會更低;

2. 成本及周期

  • 電阻元器件應用普遍,成本差異不顯著,如vishay的1210封裝規格貼片,價格在0.16¥左右,即使選型封裝更大的2512,估價也會在0.3¥之內;

  • 設計上使用矽膠片導熱,以70mm*20mm*2mm 規格大概1.5¥ , 從板如果使用的話,一塊就OK, 大概增加1.5¥成本;

  • PCB優化設計,如增加銅箔厚度,2OZ/4OZ ,PCB面積費用增加約30% ;也可以不增加銅箔設計厚度,在生產製程上增大露銅面,做適當堆錫或加鋼網厚度,使用波峰焊和迴流焊都可以操作,對生產成本無明顯增加,只是錫的導熱係數要低於銅,但成本上可很好控制;

  • 設計開發周期跟設計團隊經驗和能力有關,如對設計參數不確定,需要評估各方案可行性,會延長開發周期;

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