Управување со изедначување на системот на батерии за напојување
За да се балансираат разликите во капацитетот и енергијата меѓу поединечните ќелии во батерискиот пакет и да се подобри стапката на искористување на енергијата на батерискиот пакет, потребно е коло за изедначување за време на процесот на полнење и празнење. Врз основа на тоа како колото троши енергија за време на процесот на изедначување, може да се подели во две главни категории: тип на дисипација на енергија и-тип без дисипација на енергија. Типот на дисипација на енергија го троши вишокот енергија како топлина, додека енергијата без-типот на дисипација го пренесува или претвора вишокот енергија во други батерии.
Управување со рамнотежа од типот на дисипација на енергија-
Колата за изедначување{0}}тип на дисипација на енергија постигнуваат изедначување со шунтирање на струјата на полнење преку паралелни отпорници во поединечни ќелии на батеријата, како што е прикажано на Слика 8-12. Оваа структура на колото е едноставна, а процесот на изедначување генерално се завршува за време на полнењето. Сепак, не може да ја надополни моќта на поединечни ќелии со низок{{5} капацитет, што резултира со губење енергија и зголемено оптоварување на системот за термичко управување. Електричните апарати од типот на дисипација на енергија обично спаѓаат во две категории:
Електричните апарати од типот на дисипација на енергија-обично спаѓаат во две категории: прво, коло за полнење со изедначување на отпорот со постојан шант, каде што шант отпорник е секогаш поврзан паралелно со секоја ќелија на батеријата. Овој метод се карактеризира со висока доверливост и голема вредност на отпорот на шант, намалувајќи ги разликите во напонот на поединечните ќелии поради само-празнење преку фиксен шант. Неговиот недостаток е тоа што отпорот на шант постојано троши енергија и за време на полнење и празнење, што резултира со значителна загуба на енергија; генерално е погоден за апликации каде што енергијата може брзо да се надополнува.
Второ. За време на полнењето, кога поединечниот напон на батеријата ќе го достигне исклучениот напон, уредот за изедначување спречува преполнување и ја претвора вишокот енергија во топлина. Ова коло за изедначување работи за време на полнењето и може да ја отфрли струјата до поединечни ќелии со повисоки напони за време на полнењето. Неговиот недостаток е што поради ограниченото време на изедначување потребно е големото количество на топлина што се создава при шантот навремено да се исфрла преку системот за термичко управување, што е особено забележливо кај батериите со поголеми капацитети.
На пример, во пакет батерии од 10 Ah, разликата во напонот од 100 mV може да резултира со разлика во капацитетот од над 500 mAh. Ако времето на изедначување е 2 часа, струјата на шантот е 250 mA, отпорот на шантот е приближно 14Ω, а генерираната топлина е околу 2 Wh.
Не-управување со изедначување на типот на дисипација на енергија
Не-колата за дисипација на енергија трошат многу помалку енергија од колата за дисипација на енергија, но нивната структура на кола е релативно сложена. Тие можат да се поделат на два вида: изедначување на конверзија на енергија и изедначување на пренос на енергија.
Балансирање на конверзија на енергија
Балансирањето со конверзија на енергија користи префрлувачки сигнали или за да ја надополни енергијата на поединечни ќелии од целокупниот батериски пакет или да ја претвори енергијата на поединечните ќелии назад во целокупниот батериски пакет. Конверзијата од поединечна енергија на ќелијата во севкупна енергија обично се случува за време на процесот на полнење на батериите, како што е прикажано на Слика 8-13. Ова коло го детектира напонот на секоја поединечна ќелија; кога напонот на поединечна ќелија ќе достигне одредена вредност, модулот за балансирање почнува да работи. Ја пренасочува струјата на полнење во поединечната ќелија за да го намали напонот на полнење, а пренасочената струја се претвора од модулот и се враќа назад во магистралата за полнење, постигнувајќи балансирање. Некои методи за балансирање со конверзија на енергија може да користат и индуктори со слободно тркало за да ја завршат конверзијата на енергија од поединечни ќелии во батерискиот пакет.
Колото за конвертирање на енергијата на целиот батериски пакет во поединечни ќелии е прикажано на Слика 8-14. Овој метод се нарекува и дополнително балансирање. За време на процесот на полнење, главниот модул за полнење прво ја полни батерискиот пакет, додека колото за откривање напон ја следи секоја поединечна ќелија. Кога напонот на која било поединечна ќелија е превисок, главното коло за полнење се исклучува, а потоа дополнителниот модул за полнење за балансирање започнува да ја полни батерискиот пакет. Преку оптимизираниот дизајн, напонот за полнење во модулот за балансирање се применува на секоја поединечна ќелија преку независен DC/DC конвертор и коаксијален калем трансформатор, додавајќи идентична секундарна намотка. Ова осигурува дека ќелиите со повисок напон добиваат помалку енергија од помошното коло за полнење, додека ќелиите со помал напон добиваат повеќе енергија, со што се постигнува балансирање. Проблемот со овој метод е што е тешко да се контролира конзистентноста на секундарното намотување. Дури и со идентични вртења, со оглед на индуктивноста на истекувањето на трансформаторот и меѓусебната индуктивност помеѓу секундарните намотки, поединечните ќелии може да не го добиваат истиот напон на полнење. Понатаму, коаксијалниот серпентина исто така доживува одредена дисипација на енергија, а овој метод на балансирање се справува само со нерамнотежата на полнењето, не успевајќи да ги реши нерамнотежите во состојбата на празнење.
Балансирање на трансфер на енергија
Балансирањето за пренос на енергија користи елементи за складирање енергија, како што се индуктори или кондензатори за пренос на полнење од поединечни ќелии со висок-капацитет во ќелии со помал- капацитет во пакетот батерии, како што е прикажано на слика 8-15. Ова коло пренесува енергија помеѓу соседните ќелии со префрлување на кондензатори, поместувајќи го полнењето од високо-напонски на низок-напонски ќелии за да се постигне балансирање. Алтернативно, двонасочен пренос на енергија помеѓу соседните ќелии може да се постигне со користење на индуктивно складирање енергија. Ова коло има многу мала загуба на енергија, но бара повеќекратни преноси за време на балансирањето, што резултира со долго време на балансирање и го прави несоодветно за повеќе-клетни батериски пакети. Подобрен метод за балансирање со префрлување на кондензаторот{10}}може да ја зголеми брзината на балансирање со избирање на највисокиот-напон и најнискиот напон поединечни ќелии за пренос на енергија. Сепак, определувањето на енергијата и имплементацијата на прекинувачкото коло во балансирањето на пренос на енергија се релативно тешки.
Покрај горенаведените методи за балансирање, полнењето со капки може да се користи и за да се постигне балансирање на батеријата за време на апликациите за полнење. Ова е наједноставниот метод и не бара надворешни помошни кола. Тоа вклучува континуирано полнење на серискиот-поврзан батериски пакет со мала струја. Бидејќи струјата на полнење е многу мала, преполнувањето има мало влијание врз целосно наполнетата батерија. Бидејќи целосно наполнетата батерија не може да претвори повеќе електрична енергија во хемиска енергија, вишокот енергија ќе се претвори во топлина. Меѓутоа, батериите кои не се целосно наполнети, можат да продолжат да добиваат електрична енергија додека не се наполнат целосно. На овој начин, по релативно долг период, сите батерии ќе достигнат целосно полнење, со што ќе се постигне изедначување на капацитетот. Меѓутоа, овој метод бара многу долго време на полнење за изедначување и троши значителна количина на енергија за да се постигне изедначување. Понатаму, овој метод е неефикасен во управувањето со изедначувањето на празнењето.
Проблеми во апликацијата
Постоечките решенија за балансирање на батериите првенствено го одредуваат капацитетот на батеријата врз основа на напонот на батерискиот пакет-напонски- метод за балансирање. За да се постигне балансирање на батериите, високата прецизност и прецизност во откривањето на напон се клучни. Струјата на истекување во колото за откривање на напон директно влијае на конзистентноста на батерискиот пакет. Затоа, дизајнирањето на едноставно и ефикасно коло за откривање на напон е клучен предизвик за кола за балансирање. Понатаму, напонот не е единствената мерка за капацитетот на батеријата. Внатрешниот отпор и отпорот на контакт во методот на поврзување исто така предизвикуваат варијации на напонот. Затоа, само потпирањето на напонот за балансирање може да доведе до преку-урамнотежување и потрошена енергија. Во екстремни случаи, може дури и да предизвика нерамнотежа во батерискиот пакет, и покрај првичното балансирање на капацитетот.
Колата за дисипација на енергија се едноставни по структура, но отпорниците за балансирање трошат енергија за време на тековното шантирање и генерираат топлина, предизвикувајќи проблеми со термичкото управување. Бидејќи тие суштински ги ограничуваат претерано високите или ниските приклучни напони во одделни ќелии преку дисипација на енергија, тие се погодни само за статичко балансирање. Нивното високо-покачување на температурата ја намалува доверливоста на системот, што ги прави несоодветни за динамично балансирање. Овој метод е погоден само за батерии со мал или мал- капацитет.
Колата за пренос на енергија се метод за компензација на капацитетот на батеријата, каде што батеријата со поголем-капацитет придонесува со одредена енергија за да се компензира батеријата со помал-капацитет. Иако е изводлив, овој метод е сложен, гломазен и скап поради потребата за следење на напонот на поединечни ќелии во вистинското коло. Понатаму, преносот на енергија се постигнува преку медиум за складирање енергија, кој воведува прашања за потрошувачката и контролата на енергијата. Овој метод на балансирање обично се користи во средни до големи батерии.
Колата за конверзија на енергија, од друга страна, користат прекинувачко напојување за да постигнат енергетска конверзија. Во споредба со кола за пренос на енергија, тие се значително помалку сложени и поевтини. Меѓутоа, за коаксијални намотки, различните должини и форми на жиците што ги поврзуваат намотките со секоја ќелија резултираат со различни соодноси на трансформација, што доведува до неконзистентно балансирање на секоја ќелија и резултира со грешки при балансирање. Дополнително, самата коаксијална калем троши енергија поради електромагнетно истекување и други проблеми.
