《能量转移---动力电池的终极均衡方法?》

LV.8

2006-07-22 08:19

好贴子,关注中!
如果加上能量转移式的放电均衡功能,就可以解决容量不平衡的电池串联问题.这种均衡的难度较高,但并非没有实现的可能.

e弦知音

LV.1

2006-07-22 22:51

@azhu

好贴子,关注中!如果加上能量转移式的放电均衡功能,就可以解决容量不平衡的电池串联问题.这种均衡的难度较高,但并非没有实现的可能.

请大家多给建议和意见~~~ ~~~~

这个想法,灵感来源于某个自动充电均衡系统的思路:在充电末期,使用电容和开关---(未说容量,我想应该很大,超级电容?冲击电流也很大,开关不好弄,不会推荐IGBT吧?)将电荷从电压高的电池转移到电压低的电池而实现均衡充电,但其实电池在充电末期的接受能力很差,电容捎过去的大电流怕是消化不良,我想,为何不倒过来,在电池深度DOD时进行高效电荷均衡?很饿的电池可是来多少吃多少的哦:)

目前我的方法是,电池组连接DC/DC+charger(多路/隔离)、在车辆使用过程、个别电池达到11.0V左右时,电路工作开始对电压落后电池进行补电.对电压(或者容量)落后电池,虽然同时要对DC/DC付出,但接纳的肯定比付出的多得多,其实这就是一种“能量转移”,从而让落后电池能“坚持下去”…….目前实现的方案我还没啥好办法,只是对已知容量落后电池采用预置线路的方法,让这些“比较落后”的电池不再拖后腿,最后成组电池的放电深度将趋向一致,大大提高了电池组实际续航里程,更有效地保护了落后电池.

还有没有别的方法?或者面对电池个数庞大的电池组,如何实现自动补电均衡?成本控制?

jimkpc

LV.5

2006-07-23 22:13

@e弦知音

请大家多给建议和意见~~~~~~~这个想法,灵感来源于某个自动充电均衡系统的思路:在充电末期,使用电容和开关---(未说容量,我想应该很大,超级电容?冲击电流也很大,开关不好弄,不会推荐IGBT吧?)将电荷从电压高的电池转移到电压低的电池而实现均衡充电,但其实电池在充电末期的接受能力很差,电容捎过去的大电流怕是消化不良,我想,为何不倒过来,在电池深度DOD时进行高效电荷均衡?很饿的电池可是来多少吃多少的哦:)目前我的方法是,电池组连接DC/DC+charger(多路/隔离)、在车辆使用过程、个别电池达到11.0V左右时,电路工作开始对电压落后电池进行补电.对电压(或者容量)落后电池,虽然同时要对DC/DC付出,但接纳的肯定比付出的多得多,其实这就是一种“能量转移”,从而让落后电池能“坚持下去”…….目前实现的方案我还没啥好办法,只是对已知容量落后电池采用预置线路的方法,让这些“比较落后”的电池不再拖后腿,最后成组电池的放电深度将趋向一致,大大提高了电池组实际续航里程,更有效地保护了落后电池.还有没有别的方法?或者面对电池个数庞大的电池组,如何实现自动补电均衡?成本控制?

好贴,关注中.

剑心

LV.8

2006-07-24 15:16

直接升压之后向干线供电还会简单一些

LV.5

2006-07-24 16:25

呵呵!这个问题值得考虑,请看看以下这篇文章(不知为何,我没法传文件)
http://www.americansolarchallenge.org/tech/resources/SAE_2001-01-0959.pdf
作为电容能量转移,如果电容大的话,太贵了,如果电容小,就要求电
池不一致性不能太差,而且要求在充电早期甚至充电前(放电甚至是搁
置转台下)就开始平衡,或者就是提高开关的开关频率.但提高开关的
开关频率将使得在放电或者搁置状态下电池的能量转移毫无意义.
另外一点就是,任何能量转移都不是100%效率的,所以根本没有可能做
到120+60Ah=90Ah*2的.

欢迎拍砖

zhgzh19750811

LV.7

2006-07-25 16:48

我认为换落后电池比你的方案要省钱.

LV.5

2006-07-26 14:09

@zhgzh19750811

我认为换落后电池比你的方案要省钱.

要看什么电池咯!
铅酸电池的话确实便宜!
锂离子电池呢?

e弦知音

LV.1

2006-07-30 21:35

@zzmws

呵呵!这个问题值得考虑,请看看以下这篇文章(不知为何,我没法传文件)http://www.americansolarchallenge.org/tech/resources/SAE_2001-01-0959.pdf作为电容能量转移,如果电容大的话,太贵了,如果电容小,就要求电池不一致性不能太差,而且要求在充电早期甚至充电前(放电甚至是搁置转台下)就开始平衡,或者就是提高开关的开关频率.但提高开关的开关频率将使得在放电或者搁置状态下电池的能量转移毫无意义.另外一点就是,任何能量转移都不是100%效率的,所以根本没有可能做到120+60Ah=90Ah*2的.欢迎拍砖

我的灵感就是来自这里:)很久以前看过,当时觉得是纸上谈兵:电容和电力器件成本可能超出实际产品承受范围,所以只留下一个印象,细节出处都忘记了:)

需说明,任何能量转移都客观存在转换效率问题,所以“120Ah+60Ah==90AhX2”实际只是我对“能量转移”方法效果的一种简单表述,显然这绝不是该命题要讨论和欲达到的效果和目的.也许我把“等于”写成“类似等效于”一类更好一些:)

如前所说,这里希望找出一种主动或比较彻底地解决电池荷电及容量差异导致的电池组容量指标不理想的方法,电池组各种均衡充电、包括电池组分解后独立均衡充电、更换落后电池都是现行的方法,但都不是理想的方法.

LV.5

2006-07-31 15:14

@e弦知音

我的灵感就是来自这里:)很久以前看过,当时觉得是纸上谈兵:电容和电力器件成本可能超出实际产品承受范围,所以只留下一个印象,细节出处都忘记了:)需说明,任何能量转移都客观存在转换效率问题,所以“120Ah+60Ah==90AhX2”实际只是我对“能量转移”方法效果的一种简单表述,显然这绝不是该命题要讨论和欲达到的效果和目的.也许我把“等于”写成“类似等效于”一类更好一些:)如前所说,这里希望找出一种主动或比较彻底地解决电池荷电及容量差异导致的电池组容量指标不理想的方法,电池组各种均衡充电、包括电池组分解后独立均衡充电、更换落后电池都是现行的方法,但都不是理想的方法.

呵呵!其实这个实现起来比较容易!但是真正把各种方案都拿来对比,
加上测试,整个项目耗资较大.
加上目前许多IC厂家都比较急功近利,也比较保守.
最重要的是,由于这些东西都不是特别成熟,无法确认市场的具体需求
量,所以目前还没有真正这样做集成IC的.
用单片机做起来非常简单,就是功耗有点大咯!

LV.8

2006-08-01 11:04

@zzmws

呵呵!其实这个实现起来比较容易!但是真正把各种方案都拿来对比,加上测试,整个项目耗资较大.加上目前许多IC厂家都比较急功近利,也比较保守.最重要的是,由于这些东西都不是特别成熟,无法确认市场的具体需求量,所以目前还没有真正这样做集成IC的.用单片机做起来非常简单,就是功耗有点大咯!

单片机也可以做到较低的功耗的.
可以做到小于300uA.

LV.5

2006-08-01 12:01

@azhu

单片机也可以做到较低的功耗的.可以做到小于300uA.

AZHU果然厉害!300uA!
我利用ATEMEGA16作个一个这样的方案
1、使用单节IC做短路和过流保护
2、所有其他保护由单片机实现
3、使用内置8路10位ADC,测量四节电池电压
4、使用内置PWM来做充电绢流控制
功能实现完全没有问题,就是功耗忒大,在idle模式下达到900uA以上
所以.......

后来的改进是
1、从5V单片机改到3.3V;
2、基本工作频率由32768降到10k左右
3、去掉脉冲充电功能
最后功耗还在600uA左右

现在有一个想法就是,平时单片机完全断电,利用MOSFET电流放电来触发开关做单片机硬启动条件.不知道是否可行,敬请赐教!

LV.8

2006-08-01 13:17

@zzmws

AZHU果然厉害!300uA!我利用ATEMEGA16作个一个这样的方案1、使用单节IC做短路和过流保护2、所有其他保护由单片机实现3、使用内置8路10位ADC,测量四节电池电压4、使用内置PWM来做充电绢流控制功能实现完全没有问题,就是功耗忒大,在idle模式下达到900uA以上所以.......后来的改进是1、从5V单片机改到3.3V;2、基本工作频率由32768降到10k左右3、去掉脉冲充电功能最后功耗还在600uA左右现在有一个想法就是,平时单片机完全断电,利用MOSFET电流放电来触发开关做单片机硬启动条件.不知道是否可行,敬请赐教!

电源(从几十V转换为5V)自身耗电40uA,当静止状态(不充电也不放电),单片机在睡眠状态电流小于100uA.在唤醒状态下,工作电流为5mA,唤醒状态下工作时间为5mS,休眠时间为1秒.其它电路耗电几十uA.
一旦电池处于放电或充电状态时,自动唤醒单片机,此时单片机始终工作,进行电量计量和相应状态指示,一旦放电终止或充电完成,单片机又进入睡眠状态.
PIC单片机可以做到较低的功耗,也可以双频工作,另外,电源供电电路的低功耗很重要.

LV.5

2006-08-01 16:00

@azhu

电源(从几十V转换为5V)自身耗电40uA,当静止状态(不充电也不放电),单片机在睡眠状态电流小于100uA.在唤醒状态下,工作电流为5mA,唤醒状态下工作时间为5mS,休眠时间为1秒.其它电路耗电几十uA.一旦电池处于放电或充电状态时,自动唤醒单片机,此时单片机始终工作,进行电量计量和相应状态指示,一旦放电终止或充电完成,单片机又进入睡眠状态.PIC单片机可以做到较低的功耗,也可以双频工作,另外,电源供电电路的低功耗很重要.

谢谢指教!

可惜俺不靠这个生活,要不然可以整天找你学习的咯!

过两年改行再说咯!:)

e弦知音

LV.1

2006-08-02 15:22

@e弦知音

我的灵感就是来自这里:)很久以前看过,当时觉得是纸上谈兵:电容和电力器件成本可能超出实际产品承受范围,所以只留下一个印象,细节出处都忘记了:)需说明,任何能量转移都客观存在转换效率问题,所以“120Ah+60Ah==90AhX2”实际只是我对“能量转移”方法效果的一种简单表述,显然这绝不是该命题要讨论和欲达到的效果和目的.也许我把“等于”写成“类似等效于”一类更好一些:)如前所说,这里希望找出一种主动或比较彻底地解决电池荷电及容量差异导致的电池组容量指标不理想的方法,电池组各种均衡充电、包括电池组分解后独立均衡充电、更换落后电池都是现行的方法,但都不是理想的方法.

电动汽车(而非小型便携设备)而言能容忍一定的系统功耗(如果必要).电动汽车电池的最大问题是电池组大部分电池在放电后期“有电放不出”,因此,即便存在附加设备自身系统功耗和转换效率的问题,把电能从贺电较富裕的电池转移到荷电不足的电池,让使用中的电池放电深度亦趋向平衡,以达到延长续航里程、保护电池的双重功效,才是“能量转移”的意义所在.
目前我们车载电池管理系统(电压、电流、温度、终端显示)的功耗为40W,转向助力、打气泵、冷却、空调等系统的功耗达到百瓦级甚至千瓦级~~~~ 对总最大功率达到150Kw以上的电动汽车车而言,“必须”或者“划算”的能耗该付出的还是要付出的,当然,提高系统效率,是下一步的话题.

LV.3

2006-08-02 16:44

@e弦知音

电动汽车(而非小型便携设备)而言能容忍一定的系统功耗(如果必要).电动汽车电池的最大问题是电池组大部分电池在放电后期“有电放不出”,因此,即便存在附加设备自身系统功耗和转换效率的问题,把电能从贺电较富裕的电池转移到荷电不足的电池,让使用中的电池放电深度亦趋向平衡,以达到延长续航里程、保护电池的双重功效,才是“能量转移”的意义所在. 目前我们车载电池管理系统(电压、电流、温度、终端显示)的功耗为40W,转向助力、打气泵、冷却、空调等系统的功耗达到百瓦级甚至千瓦级~~~~对总最大功率达到150Kw以上的电动汽车车而言,“必须”或者“划算”的能耗该付出的还是要付出的,当然,提高系统效率,是下一步的话题.

若能一定程度容忍均衡电路的功耗的话,那么实现你所描述的系统的难度应该降低很多了

LV.3

2006-08-02 16:46

@azhu

电源(从几十V转换为5V)自身耗电40uA,当静止状态(不充电也不放电),单片机在睡眠状态电流小于100uA.在唤醒状态下,工作电流为5mA,唤醒状态下工作时间为5mS,休眠时间为1秒.其它电路耗电几十uA.一旦电池处于放电或充电状态时,自动唤醒单片机,此时单片机始终工作,进行电量计量和相应状态指示,一旦放电终止或充电完成,单片机又进入睡眠状态.PIC单片机可以做到较低的功耗,也可以双频工作,另外,电源供电电路的低功耗很重要.

要检测电池是否处于充电状态还是放电状态,必须要有测流电阻,那么这个测流电压的放大器恐怕耗电也挺大的

LV.8

2006-08-02 20:33

@lyapunov

要检测电池是否处于充电状态还是放电状态,必须要有测流电阻,那么这个测流电压的放大器恐怕耗电也挺大的

这个运放的工作电流只有20uA.
如果有必要的话,我还有更低耗电流的运放可以选择.

LV.3

2006-08-03 13:32

@azhu

这个运放的工作电流只有20uA.如果有必要的话,我还有更低耗电流的运放可以选择.

这个运放的价格估计应该挺高,有没有便宜的运放介绍呢?

LV.3

2006-08-03 13:35

@azhu

这个运放的工作电流只有20uA.如果有必要的话,我还有更低耗电流的运放可以选择.

用运放把小信号进行放大,如何解决抗干扰的问题呢?尤其对于感性负载

LV.8

2006-08-03 14:15

@lyapunov

这个运放的价格估计应该挺高,有没有便宜的运放介绍呢?

象LM324这样的运放,也要0.5元左右.
象TI公司的一些低功耗运放,价格在2元左右.
TI公司还有静态功耗小于5uA的运放,如果还需要更小耗电的话,有的公司还有静态功耗小于1uA的运放.
如果你一个电池卖到1000美元,乃至1万美元时,你不是会在意一个运放是2元还是0.5元的,也不会去在意管理电路的成本是100元还是200元.我做过的电池,最贵的一个电池就卖到1万美元.