Güc batareyası sisteminin bərabərləşdirilməsinin idarə edilməsi
Batareya paketindəki ayrı-ayrı hüceyrələr arasında tutum və enerji fərqlərini tarazlaşdırmaq və batareya paketinin enerjidən istifadə dərəcəsini yaxşılaşdırmaq üçün doldurma və boşalma prosesi zamanı bərabərləşdirmə sxemi lazımdır. Dövrənin bərabərləşdirmə prosesi zamanı enerjini necə istehlak etdiyinə əsasən, onu iki əsas kateqoriyaya bölmək olar: enerji dağıdıcı tip və enerji sərf etməyən-tip. Enerji sərfiyyatı növü artıq enerjini istilik kimi yayır, enerji yaymayan{3}} enerji isə artıq enerjini digər batareyalara ötürür və ya çevirir.
Enerji sərfiyyatı{0}}tarazlığının idarə edilməsi
Enerji sərfi-tipli bərabərləşdirmə sxemləri Şəkil 8-12-də göstərildiyi kimi, ayrı-ayrı akkumulyator hüceyrələrindəki paralel rezistorlar vasitəsilə doldurma cərəyanını manevr etməklə bərabərləşdirməyə nail olur. Bu dövrə quruluşu sadədir və bərabərləşdirmə prosesi ümumiyyətlə doldurulma zamanı tamamlanır. Bununla belə, o, aşağı tutumlu fərdi hüceyrələrin gücünü artıra bilmir, nəticədə enerji itkisi və istilik idarəetmə sisteminə artan yük səbəb olur. Enerji dağıdıcı tipli elektrik cihazları ümumiyyətlə iki kateqoriyaya bölünür:
Enerji dağıdıcı{0}}tipli elektrik cihazları ümumiyyətlə iki kateqoriyaya bölünür: Birincisi, sabit şunt rezistorunun bərabərləşdirilməsinin doldurulması dövrəsi, burada bir şunt rezistoru həmişə hər bir batareya hüceyrəsinə paralel olaraq qoşulur. Bu üsul yüksək etibarlılıq və böyük şunt rezistor dəyəri ilə xarakterizə olunur, sabit şunt vasitəsilə öz-özünə boşalma səbəbindən fərdi hüceyrə gərginliyindəki fərqləri azaldır. Onun dezavantajı, şunt rezistorunun həm doldurulması, həm də boşaldılması zamanı daim enerji istehlak etməsi, nəticədə əhəmiyyətli enerji itkisi; ümumiyyətlə enerjinin dərhal doldurula biləcəyi tətbiqlər üçün uyğundur.
İkincisi, şunt rezistorunun açarla idarə olunduğu-nəzarət edilən şunt rezistorunun bərabərləşdirmə doldurma dövrəsi. Doldurma zamanı, fərdi batareya gərginliyi kəsmə gərginliyinə çatdıqda, bərabərləşdirmə cihazı həddindən artıq yüklənmənin qarşısını alır və artıq enerjini istiliyə çevirir. Bu bərabərləşdirmə sxemi şarj zamanı işləyir və yüklənmə zamanı cərəyanı daha yüksək gərginliyə malik olan ayrı-ayrı hüceyrələrə çevirə bilər. Onun dezavantajı odur ki, bərabərləşdirmə müddəti məhdud olduğundan, şunt zamanı yaranan böyük miqdarda istilik istilik idarəetmə sistemi vasitəsilə vaxtında dağılmalıdır ki, bu da daha böyük tutumlu batareya paketlərində xüsusilə nəzərə çarpır.
Məsələn, 10Ah batareya paketində 100mV gərginlik fərqi 500mAh-dan çox tutum fərqinə səbəb ola bilər. Bərabərləşdirmə müddəti 2 saat olarsa, şunt cərəyanı 250mA, şunt müqaviməti təxminən 14Ω və yaranan istilik təxminən 2Wh-dir.
Qeyri-enerji sərfiyyatı tipli bərabərləşdirmə idarəetməsi
Qeyri{0}}enerji sərfiyyatı dövrələri enerji sərfiyyatı dövrələrinə nisbətən daha az enerji sərf edir, lakin onların dövrə strukturu nisbətən mürəkkəbdir. Onları iki növə bölmək olar: enerji çevrilməsinin bərabərləşdirilməsi və enerji ötürülməsinin bərabərləşdirilməsi.
Enerji Dönüşümünün Balanslaşdırılması
Enerjiyə çevrilmə balanslaşdırması ya ümumi batareya paketindən ayrı-ayrı hüceyrələrin enerjisini artırmaq və ya ayrı-ayrı hüceyrələrin enerjisini ümumi batareya paketinə çevirmək üçün keçid siqnallarından istifadə edir. Fərdi hüceyrə enerjisindən ümumi enerjiyə çevrilmə adətən Şəkil 8-13-də göstərildiyi kimi batareya paketinin doldurulması prosesi zamanı baş verir. Bu dövrə hər bir fərdi hüceyrənin gərginliyini aşkar edir; fərdi hüceyrənin gərginliyi müəyyən bir dəyərə çatdıqda, balanslaşdırma modulu işə başlayır. Doldurma gərginliyini azaltmaq üçün fərdi hüceyrədəki doldurma cərəyanını yönləndirir və yönləndirilmiş cərəyan modul tərəfindən çevrilir və balanslaşdırmaya nail olaraq yenidən doldurma avtobusuna qidalanır. Bəzi enerjiyə çevrilmə balanslaşdırma üsulları ayrı-ayrı hüceyrələrdən batareya paketinə enerji çevrilməsini tamamlamaq üçün sərbəst dönmə induktorlarından da istifadə edə bilər.
Bütün batareya paketinin enerjisini ayrı-ayrı hüceyrələrə çevirmək sxemi Şəkil 8-14-də göstərilmişdir. Bu üsula əlavə balanslaşdırma da deyilir. Doldurma prosesi zamanı əsas doldurma modulu əvvəlcə batareya paketini doldurur, gərginliyin aşkarlanması sxemi isə hər bir fərdi hüceyrəni izləyir. Hər hansı bir fərdi hüceyrənin gərginliyi çox yüksək olduqda, əsas doldurma dövrəsi sönür və sonra əlavə balanslaşdırıcı doldurma modulu batareya paketini doldurmağa başlayır. Optimallaşdırılmış dizayn vasitəsilə balanslaşdırma modulundakı doldurma gərginliyi müstəqil DC/DC çeviricisi və koaksial sarğı transformatoru vasitəsilə hər bir fərdi hüceyrəyə eyni ikincili sarğı əlavə edərək tətbiq edilir. Bu, daha yüksək gərginliyə malik hüceyrələrin köməkçi doldurma dövrəsindən daha az enerji almasını təmin edir, aşağı gərginliyə malik hüceyrələr isə daha çox enerji alır və beləliklə, tarazlığa nail olur. Bu metodun problemi ikincil sarımın tutarlılığına nəzarətin çətin olmasıdır. Eyni növbələrdə belə, transformatorun sızma endüktansı və ikincil sarımlar arasında qarşılıqlı endüktansı nəzərə alsaq, ayrı-ayrı hüceyrələr eyni doldurma gərginliyini almaya bilər. Bundan əlavə, koaksial bobin də bəzi enerji itkisi ilə üzləşir və bu tarazlaşdırma üsulu yalnız boşalma vəziyyətindəki balanssızlıqları aradan qaldıra bilməyən doldurma balanssızlıqlarını həll edir.
Enerji Transferi Balanslaşdırma
Enerji ötürmə balanslaşdırması Şəkil 8-15-də göstərildiyi kimi yükü yüksək tutumlu fərdi hüceyrələrdən batareya paketi daxilində aşağı tutumlu hüceyrələrə-ötürmək üçün induktorlar və ya kondansatörlər kimi enerji saxlama elementlərindən istifadə edir. Bu dövrə kondensatorları dəyişdirərək, balanslaşdırmaya nail olmaq üçün yükü yüksək{4}}gərginlikdən aşağı{7}}gərginlikli hüceyrələrə köçürməklə enerjini qonşu hüceyrələr arasında ötürür. Alternativ olaraq, induktiv enerjinin saxlanmasından istifadə etməklə, qonşu hüceyrələr arasında iki istiqamətli enerji ötürülməsinə nail olmaq olar. Bu dövrə çox az enerji itkisinə malikdir, lakin balanslaşdırma zamanı çoxsaylı köçürmələr tələb edir, nəticədə uzun balanslaşdırma vaxtı olur və onu çox-hüceyrəli batareya paketləri üçün yararsız edir. Təkmilləşdirilmiş kondansatör{10}}köçürmə balanslaşdırma üsulu enerji ötürülməsi üçün ən yüksək-gərginlikli və ən aşağı gərginlikli fərdi hüceyrələri seçməklə balanslaşdırma sürətini artıra bilər. Bununla belə, enerjinin təyin edilməsi və enerji ötürülməsi balanslaşdırmasında keçid dövrəsinin həyata keçirilməsi nisbətən çətindir.
Yuxarıdakı balanslaşdırma üsullarına əlavə olaraq, doldurma tətbiqləri zamanı batareyanın balanslaşdırılmasına nail olmaq üçün damlama doldurma da istifadə edilə bilər. Bu, ən sadə üsuldur və heç bir xarici köməkçi dövrə tələb etmir. Bu, seriyaya qoşulmuş batareya paketinin-kiçik cərəyanla davamlı olaraq doldurulmasını nəzərdə tutur. Doldurma cərəyanı çox kiçik olduğundan, həddindən artıq yükləmə tam doldurulmuş batareyaya az təsir edir. Tam doldurulmuş batareya daha çox elektrik enerjisini kimyəvi enerjiyə çevirə bilmədiyi üçün artıq enerji istiliyə çevriləcək. Tam doldurulmamış batareyalar isə tam doldurulana qədər elektrik enerjisi almağa davam edə bilərlər. Bu yolla, nisbətən uzun müddətdən sonra bütün batareyalar tam doldurulmağa çatacaq və beləliklə, tutumun bərabərləşdirilməsinə nail olacaqlar. Bununla belə, bu üsul bərabərləşdirmənin doldurulması üçün çox uzun vaxt tələb edir və bərabərləşdirməyə nail olmaq üçün xeyli enerji sərf edir. Bundan əlavə, bu üsul axıdmanın bərabərləşdirilməsini idarə etməkdə səmərəsizdir.
Tətbiqdə problemlər
Mövcud akkumulyator balanslaşdırma həlləri ilk növbədə batareyanın tutumunu batareya paketinin gərginliyinə-gərginliyə- əsaslanan balanslaşdırma metoduna əsasən müəyyən edir. Batareya paketinin balanslaşdırılmasına nail olmaq üçün gərginliyin aşkarlanmasında yüksək dəqiqlik və dəqiqlik çox vacibdir. Gərginlik aşkarlama dövrəsindəki sızma cərəyanı birbaşa batareya paketinin tutarlılığına təsir göstərir. Buna görə də, sadə və səmərəli gərginlik aşkarlama dövrəsinin layihələndirilməsi dövrələri balanslaşdırmaq üçün əsas problemdir. Bundan əlavə, gərginlik batareyanın tutumunun yeganə ölçüsü deyil. Bağlantı metodunda daxili müqavimət və kontakt müqaviməti də gərginlik dəyişikliyinə səbəb olur. Buna görə də, balanslaşdırma üçün yalnız gərginliyə güvənmək həddindən artıq balanslaşdırmaya və enerji israfına- səbəb ola bilər. Ekstremal hallarda, ilkin tutumun balanslaşdırılmasına baxmayaraq, o, hətta batareya paketində balanssızlığa səbəb ola bilər.
Enerji dağıdıcı dövrələrin quruluşu sadədir, lakin balanslaşdırıcı rezistorlar cari manevr zamanı enerji sərf edir və istilik yaradır, bu da istilik idarəetmə problemləri yaradır. Onlar enerjinin yayılması vasitəsilə ayrı-ayrı hüceyrələrdə həddindən artıq yüksək və ya aşağı terminal gərginliklərini mahiyyət etibarı ilə məhdudlaşdırdıqları üçün onlar yalnız statik balanslaşdırma üçün uyğundur. Onların yüksək-temperatur yüksəlməsi sistemin etibarlılığını azaldır və onları dinamik balanslaşdırma üçün yararsız edir. Bu üsul yalnız kiçik və ya aşağı{4}}tutumlu batareya paketləri üçün uyğundur.
Enerji ötürmə sxemləri batareya tutumunun kompensasiyası üsuludur, burada daha yüksək tutumlu batareya daha aşağı-tutumlu batareyanı kompensasiya etmək üçün müəyyən enerji verir. Mümkün olsa da, bu üsul mürəkkəb, həcmli və faktiki dövrədə ayrı-ayrı hüceyrələrin gərginlik monitorinqi ehtiyacına görə bahalıdır. Bundan əlavə, enerji ötürülməsi enerji istehlakı və nəzarət məsələlərini təqdim edən enerji saxlama mühiti vasitəsilə həyata keçirilir. Bu balanslaşdırma üsulu ümumiyyətlə orta və böyük batareya paketlərində istifadə olunur.
Enerji çevrilmə sxemləri isə enerjinin çevrilməsinə nail olmaq üçün keçid enerji təchizatından istifadə edir. Enerji ötürmə sxemləri ilə müqayisədə, onlar əhəmiyyətli dərəcədə daha az mürəkkəb və daha ucuzdur. Bununla belə, koaksial sarğılar üçün sarımları hər bir hüceyrəyə birləşdirən tellərin müxtəlif uzunluqları və formaları fərqli transformasiya nisbətləri ilə nəticələnir, hər bir hüceyrənin uyğunsuz balansına səbəb olur və balanslaşdırma səhvləri ilə nəticələnir. Bundan əlavə, koaksial bobin özü elektromaqnit sızması və digər problemlər səbəbindən enerji istehlak edir.
