诺派迪是锂动力电池加工企业
锂离子电池最早呈现于1991年并成为许多运用范畴的首选技术,这些范畴包括卫星、地上车辆以及模型飞机,别的还有笔记本电脑和手机。这重要归功于锂离子电池突出的能量密度,也便是所贮存能量和分量的比值。
电压降
锂动力电池加工企业制造的锂离子电池被规划用来供给大约3.0~+4.3V的电压。始终保持锂离子电池的电压在其规划边界之内非常重要,否则电池会遭受不行修复的损坏。假设电池的电压降到3.0V以下,其将进入深放电状况,一旦进入这种状况,就要数小时乃至数天才干康复。
实际上,深放电或许会造成电池短路,而电池一旦短路就无法康复。过充电使电压高于4.3V或许会更糟糕,由于这样做会破坏电池,造成过热或其他灾难性的结果。在只运用1块锂离子电池的简单运用中,电子操控电路有必要保护电池,当电池电压降低到3.2V以下就断开负载,并在充电时保证电压低于4.2V。
锂离子电池结构
锂离子电池是由2个或更多个电池串联构成的。在这种结构中,电池电压等于单个电池电压之和。例如,96V的电池是经过将24块锂离子电池串联得到的。加上负载之后,负载的电流是由串联的24块电池共同供给。假设对电池进行充电,充电器要向串联的电池组供给充电电流。在这两种情况下,一切电池的放电和充电电流是相同的。
在整个生命周期内,电池或许会进行数百次乃至数千次的充放电。此刻,各个电池的老化或许会有所不同。有些电池会变得与其他电池有些失配(或许更严峻一些)。假设这种现象没有得到改进,一个或多个电池或许会欠充电或过充电,这两种现象都会导致电池失效。
平衡
改进这种情况的方法被称为平衡。平衡是强制一切电池具有相同电压的过程。这是经过平衡电路完成的。
Aeroflex平衡电路运用同享总线,这个总线的电压等于一切电池的平均电压。平衡电路由那些超过同享总线电压的电池充电并将电能注入到电压较低的电池,这个作业是经过高效率的双方DC/AC转换器来完成的。
平衡电流的巨细与电压差成正比,也便是说,随着电池越来越挨近理想平衡状况,平衡电流将趋近于0。图1显示了一个用于5个电池的平衡电路,其间,1Ω电阻确认了传输比,也便是不平衡电压与平衡电流的比值。
图1运用串行同享总线完成的5电池的平衡电路
关于容量较大(通常20Ah或更高)的电池而言,为了将到达平衡的时刻减到最短,要高达1A的平衡电流。对这些运用而言,双方DC/AC转换器电路经过平面变压器作业在100kHz的频率邻近。
电池电子单元
每个电路都是带有谐振复位信号的前向转换器,而开关频率是由锁相环操控的,以便供给精确的低损耗开关和高效率。图2显示了运用这种电路拓扑结构完成的面向24cell锂离子电池卫星运用的电池电子单元(BEU)。这个BEU也供给了单个电池的电压监控功用,单个电池电压的精度为10mV,这个数据是运用12位A/D和串行数据遥测技术测得的。
图2面向带有2cell电池运用的双冗余BEU
关于较小的电池而言,运用平衡电流较小可是传输率比较高的电路比较合适。图3显示了一个小电流电池平衡器,Aeroflex的8645-13模块。这是个6英寸2.3英寸的电路卡,用于平衡13个电池。这个电池平衡器嵌入在电池封装内部,不供给监视功用。
图3用于13cell电池的小电流平衡器
平衡的优势
经过运用电池平衡,体系工程师可以根据运用挑选容量更大的电池,这是由于平衡可以使电池完成更高的荷电状况(SOC)。假设不运用电池平衡功用,保守的规划无法让SOC挨近100%。
这些电池是串联在一起的,一切电池的充电电流都相等。充电器监视总电池电压并继续充电,直到到达预先设定的电压,通常是每个电池4.2V。
例如,10cell电池或许要充电到42V才干到达100%的SOC。假设电池之间没有平衡,就无法保证每个电池电压都精确地等于4.2V。例如,或许其间某个电池被充电到4.4V,有或许变为过充电状况或被损坏。因而,没有采纳平衡办法的电池的SOC有必要远低于100%,以便确保不会存在一个或多个电池过充电。
另一方面,在采纳了正确平衡办法的电池中,一切电池的电压都非常挨近于电池的平均电压,就有或许经过丈量电池总电压的充电电路将电池的SOC充电至挨近100%。
因而,在没有电池平衡的运用中,电池的SOC通常在20%~80%的规模中,利用率只要60%。假设新增了平衡办法,SOC规模或许是5%~95%,利用率新增到了90%。因而,电池平衡体系使得完成相同输出容量的电池体积减小许多。这样可以大大削减整体分量,即使将平衡器的分量计算在内也很合算。
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