Қуатты батарея жүйесін теңестіруді басқару
Батарея жинағындағы жеке ұяшықтар арасындағы сыйымдылық пен қуат айырмашылықтарын теңестіру және батарея жинағының энергияны пайдалану жылдамдығын жақсарту үшін зарядтау және разрядтау процесі кезінде теңестіру тізбегі қажет. Теңестіру процесі кезінде тізбектің энергияны қалай тұтынатынына байланысты оны екі негізгі санатқа бөлуге болады: энергияның шығындалу түрі және энергияның -бөлінбейтін түрі. Энергияның таралу түрі артық энергияны жылу ретінде таратады, ал энергияның тарамайтын түрі артық энергияны -басқа батареяларға тасымалдайды немесе түрлендіреді.
Энергия шығынын-түрдегі тепе-теңдікті басқару
Энергия диссипациясының-түріндегі теңестіру схемалары 8-12-суретте көрсетілгендей, жеке батарея ұяшықтарындағы параллель резисторлар арқылы зарядтау тогын маневрлеу арқылы теңестіруге жетеді. Бұл схема құрылымы қарапайым және теңестіру процесі әдетте зарядтау кезінде аяқталады. Дегенмен, ол қуаттылығы төмен жеке ұяшықтардың қуатын толтыра алмайды, нәтижесінде энергия шығыны және жылуды басқару жүйесіне жүктеме артады. Энергияны жоғалту түріндегі электр құрылғылары әдетте екі санатқа бөлінеді:
Энергия шығыны-тәрізді электр құрылғылары әдетте екі санатқа бөлінеді: Біріншіден, тұрақты шунттаушы резисторды теңестіру зарядтау тізбегі, мұнда шунттаушы резистор әрқашан әр батарея ұяшығына параллель жалғанған. Бұл әдіс жоғары сенімділікпен және үлкен шунт резисторының мәнімен сипатталады, бұл бекітілген шунтта арқылы өздігінен разрядталатын-жеке ұяшық кернеуіндегі айырмашылықтарды азайтады. Оның кемшілігі мынада: шунттық резистор зарядтау кезінде де, разрядтау кезінде де қуатты үнемі тұтынады, нәтижесінде энергияның айтарлықтай жоғалуы; ол әдетте энергияны тез толтыруға болатын қолданбалар үшін қолайлы.
Екіншіден, коммутатор-басқарылатын шунттаушы резисторды теңестіру зарядтау тізбегі, мұнда шунттаушы резистор коммутатор арқылы басқарылады. Зарядтау кезінде аккумулятордың жеке кернеуі өшіру кернеуіне жеткенде, теңестіру құрылғысы шамадан тыс зарядтауды болдырмайды және артық энергияны жылуға айналдырады. Бұл теңестіру тізбегі зарядтау кезінде жұмыс істейді және зарядтау кезінде кернеуі жоғары жеке ұяшықтарға токты шундыра алады. Оның кемшілігі, теңестіру уақытының шектеулі болуына байланысты шунтталу кезінде пайда болатын көп жылуды жылуды басқару жүйесі арқылы дер кезінде таратуды қажет етеді, бұл әсіресе үлкен сыйымдылығы бар аккумуляторлық жинақтарда байқалады.
Мысалы, 10Ач батарея жинағында 100мВ кернеу айырмашылығы 500мАч-тан астам сыйымдылық айырмашылығына әкелуі мүмкін. Егер теңестіру уақыты 2 сағат болса, маневрлік ток 250 мА, шунттың кедергісі шамамен 14 Ом, ал өндірілетін жылу шамамен 2 Вт сағ.
Энергияның шығынсыз түрін теңестіруді-басқару
Энергияны ысырап етпейтін{0}}схемалар энергияны бөлу тізбектеріне қарағанда әлдеқайда аз энергияны тұтынады, бірақ олардың схема құрылымы салыстырмалы түрде күрделі. Оларды екі түрге бөлуге болады: энергияны түрлендіруді теңестіру және энергия беруді теңестіру.
Энергияны түрлендіру теңгерімі
Энергияны түрлендіру теңгерімі жеке ұяшықтардың энергиясын жалпы батарея жинағынан толықтыру немесе жеке ұяшықтардың энергиясын жалпы батарея жинағына қайта түрлендіру үшін ауысу сигналдарын пайдаланады. Жеке ұяшық энергиясынан жалпы энергияға түрлендіру әдетте 8-13-суретте көрсетілгендей аккумулятор жинағын зарядтау процесі кезінде орын алады. Бұл схема әрбір жеке ұяшықтағы кернеуді анықтайды; жеке ұяшықтың кернеуі белгілі бір мәнге жеткенде теңгерімдеуші модуль жұмыс істей бастайды. Ол зарядтау кернеуін азайту үшін жеке ұяшықтағы зарядтау тогын бұрады, ал бұрылған ток модуль арқылы түрлендіріліп, теңгерімдеуге қол жеткізе отырып, зарядтау шинасына қайта беріледі. Кейбір энергияны түрлендіруді теңестіру әдістері жеке ұяшықтардан батарея жинағына энергия түрлендіруді аяқтау үшін еркін айналмалы индукторларды да пайдалана алады.
Бүкіл батарея жинағының энергиясын жеке ұяшықтарға түрлендіру схемасы 8-14 суретте көрсетілген. Бұл әдіс қосымша баланстау деп те аталады. Зарядтау процесі кезінде негізгі зарядтау модулі алдымен батарея жинағын зарядтайды, ал кернеуді анықтау тізбегі әрбір жеке ұяшықты бақылайды. Кез келген жеке ұяшықтың кернеуі тым жоғары болғанда, негізгі зарядтау тізбегі өшеді, содан кейін қосымша теңгерімдеуші зарядтау модулі батарея жинағын зарядтай бастайды. Оңтайландырылған дизайн арқылы теңгерімдеуші модульдегі зарядтау кернеуі әрбір жеке ұяшыққа тәуелсіз тұрақты/тұрақты ток түрлендіргіші және коаксиалды катушкалар трансформаторы арқылы бірдей қайталама ораманы қосады. Бұл кернеуі жоғары ұяшықтардың қосалқы зарядтау тізбегінен аз энергия алуын қамтамасыз етеді, ал кернеуі төмен ұяшықтар көбірек энергия алады, осылайша теңгерімдеуге қол жеткізеді. Бұл әдістің мәселесі екінші реттік орамның консистенциясын бақылау қиын. Трансформатордың ағып кету индуктивтілігін және қайталама орамдар арасындағы өзара индуктивтілікті ескере отырып, бірдей бұрылыстардың өзінде жеке ұяшықтар бірдей зарядтау кернеуін қабылдамауы мүмкін. Сонымен қатар, коаксиалды катушкалар да энергияның біршама диссипациясын бастан кешіреді және бұл теңдестіру әдісі тек зарядтау теңгерімсіздіктерін шешеді, разряд күйіндегі теңгерімсіздіктерді шеше алмайды.
Энергия тасымалдау теңгерімі
Энергия тасымалдауды теңдестіру 8-15-суретте көрсетілгендей, зарядты жоғары{0}}сыйымды жеке ұяшықтардан батарея жинағындағы төмен{1}}сыйымдылық ұяшықтарына тасымалдау үшін индукторлар немесе конденсаторлар сияқты энергия сақтау элементтерін пайдаланады. Бұл схема конденсаторларды ауыстырып, теңдестіруге қол жеткізу үшін зарядты жоғары{4}}кернеуден төмен{7}}вольтты ұяшықтарға жылжыту арқылы энергияны көрші ұяшықтар арасында тасымалдайды. Балама түрде, индуктивті энергияны сақтауды пайдалана отырып, көрші ұяшықтар арасындағы энергияның екі жақты берілуіне қол жеткізуге болады. Бұл схеманың энергия шығыны өте аз, бірақ теңгерімдеу кезінде бірнеше тасымалдауды қажет етеді, нәтижесінде ұзақ теңгерімдеу уақыты болады және оны көп ұялы батарея жинақтары үшін жарамсыз етеді. Жақсартылған конденсаторды ауыстыру{10}}теңдестіру әдісі энергияны тасымалдау үшін ең жоғары кернеуді және ең төменгі вольтты жеке ұяшықтарды таңдау арқылы теңгеру жылдамдығын арттыра алады. Дегенмен, энергияны анықтау және энергия тасымалдауды теңдестіруде коммутациялық схеманы жүзеге асыру салыстырмалы түрде қиын.
Жоғарыда көрсетілген теңдестіру әдістерінен басқа, зарядтау қолданбалары кезінде батареяны теңестіруге қол жеткізу үшін ағынды зарядтауды да пайдалануға болады. Бұл ең қарапайым әдіс және сыртқы қосалқы схеманы қажет етпейді. Ол сериялық{2}}қосылған батарея жинағын шағын токпен үздіксіз зарядтауды қамтиды. Зарядтау тогы өте аз болғандықтан, шамадан тыс зарядтау толық зарядталған батареяға аз әсер етеді. Толық зарядталған батарея көп электр энергиясын химиялық энергияға айналдыра алмайтындықтан, артық энергия жылуға айналады. Толық зарядталмаған батареялар толық зарядталғанға дейін электр энергиясын қабылдауды жалғастыра алады. Осылайша, салыстырмалы түрде ұзақ уақыт өткеннен кейін барлық батареялар толық зарядталады, осылайша сыйымдылықты теңестіруге қол жеткізіледі. Дегенмен, бұл әдіс өте ұзақ теңестіру зарядтау уақытын талап етеді және теңестіруге жету үшін айтарлықтай энергияны жұмсайды. Сонымен қатар, бұл әдіс разрядты теңестіруді басқаруда тиімсіз.
Қолданбадағы мәселелер
Қолданыстағы батареяны теңдестіру шешімдері, ең алдымен, батарея жинағының кернеуіне-кернеуге- негізделген теңдестіру әдісіне негізделген батарея сыйымдылығын анықтайды. Батарея жинағын теңдестіру үшін кернеуді анықтаудағы жоғары дәлдік пен дәлдік өте маңызды. Кернеуді анықтау тізбегіндегі ағып кету тогы батарея жинағының консистенциясына тікелей әсер етеді. Сондықтан қарапайым және тиімді кернеуді анықтау тізбегін жобалау тізбектерді теңестіру үшін негізгі мәселе болып табылады. Сонымен қатар, кернеу батарея сыйымдылығының жалғыз өлшемі емес. Қосылу әдісіндегі ішкі қарсылық пен контакт кедергісі де кернеудің өзгеруін тудырады. Сондықтан теңдестіру үшін тек кернеуге сену артық-теңдестіруге және энергияның ысырап болуына әкелуі мүмкін. Төтенше жағдайларда, бастапқы сыйымдылықты теңестіруге қарамастан, ол тіпті батарея жинағындағы теңгерімсіздікті тудыруы мүмкін.
Энергияны бөлу схемалары құрылымы бойынша қарапайым, бірақ теңгерімдеуші резисторлар ағымдағы маневр кезінде энергияны тұтынады және жылуды басқарады, бұл жылуды басқару мәселелерін тудырады. Олар жеке ұяшықтардағы тым жоғары немесе төмен терминалдық кернеулерді энергияның таралуы арқылы шектейтіндіктен, олар тек статикалық теңгерімдеуге жарамды. Олардың жоғары -температурасының жоғарылауы жүйенің сенімділігін төмендетіп, динамикалық теңгерімдеуге жарамсыз етеді. Бұл әдіс тек шағын немесе төмен-сыйымды батарея жинақтары үшін жарамды.
Энергияны тасымалдау схемалары батарея сыйымдылығын өтеу әдісі болып табылады, мұнда сыйымдылығы жоғары батарея -сыйымдылығы төмен батареяның орнын толтыру үшін біраз қуат береді. Мүмкін болса да, бұл әдіс күрделі, көлемді және нақты тізбектегі жеке ұяшықтардың кернеуін бақылау қажеттілігіне байланысты қымбат. Сонымен қатар, энергияны тасымалдау энергияны тұтыну мен бақылау мәселелерін енгізетін энергия сақтау ортасы арқылы жүзеге асырылады. Бұл теңдестіру әдісі әдетте орташа және үлкен батарея жинақтарында қолданылады.
Энергияны түрлендіру тізбектері, керісінше, энергияны түрлендіруге қол жеткізу үшін коммутациялық қуат көзін пайдаланады. Энергияны тасымалдау схемаларымен салыстырғанда олар айтарлықтай күрделі және арзанырақ. Дегенмен, коаксиалды катушкалар үшін орамдарды әрбір ұяшыққа қосатын сымдардың әртүрлі ұзындықтары мен пішіндері әртүрлі трансформация коэффициенттеріне әкеледі, бұл әрбір ұяшықтың сәйкес келмейтін теңгеріміне әкеледі және теңгерімдеу қателеріне әкеледі. Сонымен қатар, коаксиалды катушкалар электромагниттік ағып кетуге және басқа мәселелерге байланысты энергияны тұтынады.
