Προκλήσεις ψύξης μπαταρίας για ασφαλή και αξιόπιστα ηλεκτρικά δίτροχα
- Απελευθερώστε το:2023-11-15
Η επιλογή της μπαταρίας επηρεάζει σημαντικά το σχεδιασμό ενός ηλεκτρικού διμερούς (E2W).Οι μπαταρίες λιθίου-σιδήρου-φωσφορικού (LIFEPO4) παρέχουν σταθερή χημική και θερμική χημεία, καλύτερη ασφάλεια (χωρίς θερμική διαφυγή) και χαμηλότερο κόστος κατασκευής σε σύγκριση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου.Η ενεργειακή πυκνότητα (WH/kg) σε μπαταρίες ιόντων Li-ion, ωστόσο, είναι υψηλότερη από ό, τι στις μπαταρίες LIFEPO4, οι οποίες ενθαρρύνουν τη χρήση μπαταριών ιόντων λιθίου σε εφαρμογές μεγέθους και βάρους.Ενώ μια μπαταρία E2W χρησιμοποιεί τυπικά μια μέθοδο ψύξης, μια μπαταρία LI-ion απαιτεί περισσότερη θερμική διαχείριση από άλλες τεχνολογίες μπαταριών λόγω του υψηλότερου ρυθμού εκφόρτισης.
Μέθοδοι ψύξης μπαταρίας
Η θερμότητα που παράγεται σε ένα πακέτο μπαταρίας είναι άμεσα ανάλογη με τον ρυθμό εκφόρτισης της μπαταρίας.Για ασφαλή λειτουργία, ένα σύστημα ψύξης πρέπει να διατηρεί εξωτερική θερμοκρασία μπαταρίας σε περίπου 20 ° C έως 40 ° C και μέγιστη εσωτερική μεταβολή της θερμοκρασίας που δεν υπερβαίνει τους 5 ° C.Διατίθενται διάφορες μέθοδοι ψύξης, συμπεριλαμβανομένης της ψύξης πτερυγίου, αέρα και υγρού.
Τα πτερύγια ψύξης λειτουργούν με την αρχή της διαρροής υψηλότερης ισχύος μέσω υψηλότερης επιφάνειας για να αυξήσουν τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας.Η διαδικασία μεταφοράς θερμότητας εμφανίζεται ταυτόχρονα από το πακέτο μπαταρίας έως το πτερύγιο (αγωγιμότητα) και από το πτερύγιο στον αέρα (μεταφορά).Καθώς αυξάνεται η επιφάνεια των πτερυγίων, το βάρος των πτερυγίων αυξάνεται επίσης.Χρησιμοποιούνται ευρέως σε εξαρτήματα χαμηλότερης ισχύος ηλεκτρονικών ειδών, αλλά μπορεί να είναι ανέφικτες για εφαρμογές ψύξης μπαταρίας.
Στη μέθοδο ψύξης αέρα, η μεταφορά θερμότητας μπαταρίας προς αέρα συμβαίνει μέσω της μεταφοράς.Καθώς ο αέρας τρέχει πάνω από τη θερμότητα της επιφάνειας που εκπέμπεται από το πακέτο της μπαταρίας απομακρύνεται από αυτό.Η ψύξη αέρα είναι απλή αλλά όχι πολύ αποτελεσματική και είναι σχετικά ακατέργαστη σε σύγκριση με την ψύξη υγρών.Όταν είναι εφικτό, προτιμάται επειδή είναι σχετικά απλό να εφαρμοστεί σε ηλεκτρικά οχήματα χαμηλότερης τροφοδοσίας, συγκεκριμένα, δύο τροχούς.
Τα υγρά έχουν υψηλότερη αγωγιμότητα θερμότητας και χωρητικότητα από τον αέρα, γεγονός που καθιστά την ψύξη υγρού.Η έμμεση ψύξη υγρού χρησιμοποιεί ένα σύστημα σωλήνων για να κυκλοφορήσει ένα ψυκτικό ψυκτικό θερμοκρασίας υψηλής θερμικής ικανότητας και να κατευθύνει την ψύξη ψύξης σε ολόκληρη την μπαταρία σε πολύ χαμηλό ψυκτικό αγωγιμότητα.
Όλες οι μέθοδοι έχουν πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.Παρόλο που η άμεση ψύξη επιτυγχάνει την καλύτερη απόδοση ψύξης, οι ανησυχίες για την ασφάλεια των οχημάτων έχουν εμποδίσει την υιοθέτησή της, καθιστώντας έμμεση ψύξη την πιο αποδεκτή λύση υγρού ψύξης.Η ψύξη αέρα απαιτεί ανεμιστήρα υψηλής ταχύτητας που εφαρμόζει την κυκλοφορία του αέρα και την έμμεση ψύξη απαιτεί μια αντλία ψυκτικού που οδηγείται από έναν κινητήρα υψηλής ταχύτητας με επιπλέον ανεμιστήρες ψύξης (προαιρετικά) για τον μηχανισμό ψύξης.
Κινητήρες για ψύξη
Οι πρακτικές λύσεις ψύξης μπαταρίας απαιτούν από τους κινητήρες να οδηγούν ανεμιστήρες ή αντλίες που παρέχουν αέρα ή υγρό για ψύξη.Η απόδοση ενός οδηγού κινητήρα για αυτήν την εφαρμογή χαρακτηρίζεται από θόρυβο, αποτελεσματικότητα και ταχύτητα εκκίνησης.Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες DC (BLDC) προτιμούνται γενικά για την πυκνότητα υψηλής απόδοσης, την πυκνότητα υψηλής ισχύος, τις απαιτήσεις χαμηλής συντήρησης, τη διάρκεια ζωής και το ευρύ φάσμα των ελέγχων ταχύτητας.Η απόδοση, η αξιοπιστία και οι παράγοντες κόστους πρέπει να ζυγίζονται κατά την επιλογή ενός κινητήρα BLDC.
Κατά τη διάρκεια της ψυχρής εκκίνησης, η θερμική διαχείριση της μπαταρίας είναι κρίσιμη λόγω της υψηλότερης θερμικής αντίστασης, η οποία απαιτεί γρήγορους οδηγούς κινητήρα εκκίνησης.Η απόδοση που επιτυγχάνεται με πολλούς αλγόριθμους μεταγωγής πρέπει να μετρηθεί για να εξασφαλιστεί ότι η επιθυμητή ταχύτητα απόκρισης, ισχύς, θόρυβος και αποτελεσματικότητα ικανοποιούνται σε όλα τα στάδια λειτουργίας.Τα χαρακτηριστικά προστασίας πρέπει να περιλαμβάνονται στους οδηγούς κινητήρα και τον ελεγκτή πύλης για την προστασία του κινητήρα και του οδηγού/ελεγκτή σε περίπτωση σφάλματος.
Η απόδοση του θορύβου του κινητήρα εξαρτάται από την τεχνική μεταγωγής-η τραπεζοειδή μπορεί να παρέχει μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα σε υψηλές ταχύτητες, αλλά οι ημιτονοειδείς έχουν ανώτερη απόδοση θορύβου, ενώ οι αλγόριθμοι ελέγχου προσανατολισμού στον τομέα (FOC) είναι η ταχύτερη και ακριβέστερη μέθοδος.
Το συνολικό κόστος και το μέγεθος ενός συστήματος εξαρτάται από τον αριθμό των εξωτερικών παθητικών εξαρτημάτων που απαιτούνται για τη λειτουργία του οδηγού κινητήρα.Πολλές εφαρμογές των οδηγών κινητήρων απαιτούν την προσθήκη ενός εξωτερικού πυκνωτή, ο οποίος δημιουργεί EMI με τη μορφή θορύβου μεταγωγής υψηλής συχνότητας.Η άμβλυνση του EMI μπορεί να απαιτήσει πρόσθετα εξαρτήματα και θερμική διαχείριση, με τις αντίστοιχες ποινές ανάπτυξης και κόστους.
Αλγόριθμοι οδηγού κινητήρα
Οι αλγόριθμοι εκκίνησης χωρίς αισθητήρες μπορούν να οδηγήσουν έναν κινητήρα BLDC από την εκκίνηση σε πλήρη ταχύτητα σε τυπικά 50ms.Αυτό εξασφαλίζει ότι ο ανεμιστήρας (ψύξη αέρα) ή η αντλία (έμμεση ψύξη υγρού) ξεκινά γρήγορα και λαμβάνει την απαραίτητη ψύξη κατά τη διάρκεια του κρύου στρόφαλου.
Η ανίχνευση αρχικής θέσης δύο παλμών (IPD) παρέχει μια ακριβή μέθοδο για την ταχεία εκκίνηση του κινητήρα BLDC σε λειτουργία χωρίς αισθητήρα.Ο αλγόριθμος IPD εξασφαλίζει αξιόπιστη και ακριβή ανίχνευση αρχικής θέσης, απαιτεί λιγότερη ανάλυση (30 °) και μικρότερο χρόνο ανίχνευσης από άλλες μεθόδους εκκίνησης και βοηθά στη μείωση του συνολικού χρόνου εκκίνησης του κινητήρα BLDC.
Ο αλγόριθμος FOC εξασφαλίζει έναν συντελεστή ισχύος ενότητας για την επίτευξη της υψηλότερης απόδοσης του κινητήρα και της λειτουργίας χαμηλού θορύβου.Ο έλεγχος ταχύτητας κλειστού βρόχου εντός του ελεγκτή εξασφαλίζει τη λειτουργία με σταθερή ταχύτητα ανεξάρτητα από τυχόν μεταβολές τάσης στο φορτίο ή τη γραμμή.
Οι οδηγοί κινητήρων για τους ανεμιστήρες ψύξης μπαταρίας και τις αντλίες είναι διαθέσιμοι με ολοκληρωμένο έλεγχο, συμπεριλαμβανομένων επιλογών για ένα ολοκληρωμένο στάδιο ισχύος ή ένα στάδιο οδήγησης πύλης.Τα εξαρτήματα που απαιτούνται για τη λειτουργία πλήρους ταχύτητας μπορεί να είναι πολύ ελάχιστα (βλ. Εικόνα 1).
Εικόνα 1: Τα συστατικά που απαιτούνται για τα A898303 και A89307
Το A89303 είναι ένας τριφασικός οδηγός αντλίας χωρίς αισθητήρα για ενσωματωμένους οδηγούς κινητήρα με γρήγορη εκκίνηση, η οποία περιλαμβάνει αλγόριθμους εκκίνησης χωρίς αισθητήρα και αλγόριθμους IPD δύο παλμών.Μπορεί να οδηγηθεί με πλήρη ταχύτητα με εισροή λειτουργίας 100% στον ακροδέκτη PWM.
Ο ελεγκτής κινητήρα A89307 Automotive FOC BLDC ενσωματώνει αλγόριθμους χωρίς κώδικα και ειδικές παραμέτρους εφαρμογής, για παράδειγμα, ονομαστική ταχύτητα, ρεύμα, προφίλ ταχύτητας και αντίσταση.
Στέγαση του πυκνωτή του εσωτερικού ρυθμιστή εντός της συσκευής παρακάμπτει τον θόρυβο μεταγωγής υψηλής συχνότητας του εσωτερικού ψηφιακού κυκλώματος.Ένα ρολόι Spread Spectrum βοηθά περαιτέρω τη διάδοση της εκπομπής.Και οι δύο μπορούν να μειώσουν τον χρόνο ανάπτυξης που απαιτείται για την επίτευξη της συμμόρφωσης με τα πρότυπα EMC με ελάχιστα πρόσθετα συστατικά.
Για την προστασία της συσκευής και των συνδεδεμένων συστημάτων σε περίπτωση χαρακτηριστικών προστασίας σφαλμάτων, όπως το όριο τρέχοντος, η ανίχνευση προστασίας από την προστασία από την προστασία από την προστασία από την προστασία, τα προγραμματιζόμενα κατώτατα όρια πέδησης, το κλείδωμα υποβιβασμού, την προστασία υπέρτασης, την ανίχνευση κλειδώματος, την προστασία της ανοικτής φάσης, την κλειδαριά κραδασμώνΗ ανίχνευση, η προστασία υπέρβασης ταχύτητας και η θερμική διακοπή μπορεί να ενσωματωθεί.
Ψύξτε, καυτές ράβδους
Η παροχή της απαιτούμενης ισχύος που απαιτείται από τους σημερινούς αυξανόμενους σχεδιαστές αγοράς E2W είναι υποχρεωμένοι να χρησιμοποιούν μπαταρίες ιόντων Li-ion επειδή έχουν υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα.Οι απαιτήσεις ψύξης που έρχονται με αυτές τις μπαταρίες θέτουν μεγαλύτερο βάρος απόδοσης στους οδηγούς κινητήρα για αντλίες ψύξης μπαταρίας και ανεμιστήρες.Οι συσκευές που ενσωματώνουν τους αλγόριθμους που κατασκευάζονται με σκοπό, μπορούν να παρέχουν απόδοση απόδοσης και απόδοσης θορύβου, ακριβή και γρήγορη εκκίνηση με προστασία για γρήγορη, αξιόπιστα, αποτελεσματικά συστήματα ψύξης που πληρούν τις απαιτήσεις των μπαταριών ιόντων λιθίου.
