Toiteaku süsteemi võrdsustamise juhtimine
Akupaki üksikute elementide võimsuse ja energiaerinevuste tasakaalustamiseks ning akupaki energiakasutuse määra parandamiseks on laadimise ja tühjenemise ajal vaja võrdsustusahelat. Sõltuvalt sellest, kuidas vooluahel võrdsustamisprotsessi ajal energiat tarbib, võib selle jagada kahte põhikategooriasse: energia hajumise tüüp ja energia mittehajumise tüüp. Energia hajutamise tüüp hajutab üleliigse energia soojusena, samas kui energia mittehajutav tüüp kannab üle või muundab liigse energia teistele akudele.
Energia hajumise{0}}tüüpi tasakaalu juhtimine
Energia hajutamise-tüüpi võrdsustusahelad saavutavad võrdsustamise, suunates laadimisvoolu läbi paralleelsete takistite üksikutes akuelementides, nagu on näidatud joonisel 8-12. See vooluahela struktuur on lihtne ja võrdsustamisprotsess lõppeb tavaliselt laadimise ajal. Kuid see ei saa täiendada väikese-võimsusega üksikute elementide võimsust, mille tulemuseks on energia raiskamine ja soojusjuhtimissüsteemi koormuse suurenemine. Energia hajutamise tüüpi elektriseadmed jagunevad üldiselt kahte kategooriasse:
Energia hajutamise{0}}tüüpi elektriseadmed jagunevad üldiselt kahte kategooriasse: esiteks, konstantse šunditakisti võrdsustamislaadimisahel, kus šunttakisti on alati ühendatud paralleelselt iga akuelemendiga. Seda meetodit iseloomustab kõrge töökindlus ja suur šundi takisti väärtus, mis vähendab üksikute elemendi pingete erinevusi, mis on tingitud isetühjenemisest fikseeritud šundi kaudu. Selle puuduseks on see, et šundi takisti tarbib pidevalt voolu nii laadimise kui tühjendamise ajal, mille tulemuseks on märkimisväärne energiakadu; see sobib üldiselt rakendustesse, kus energiat saab kiiresti täiendada.
Teiseks lülitiga{0}}juhitav šunttakisti võrdsustamislaadimisahel, kus šunditakistit juhitakse lülitiga. Laadimise ajal, kui üksiku aku pinge jõuab katkestuspingeni, takistab tasandusseade ülelaadimist ja muudab liigse energia soojuseks. See tasandusahel töötab laadimise ajal ja võib laadimise ajal suunata voolu üksikutele kõrgema pingega elementidele. Selle puuduseks on see, et piiratud võrdsustamisaja tõttu tuleb šundi käigus tekkiv suur soojushulk õigel ajal soojusjuhtimissüsteemi kaudu ära juhtida, mis on eriti märgatav suurema mahutavusega akupakettide puhul.
Näiteks 10Ah akupaki puhul võib 100mV pingeerinevus põhjustada võimsuse erinevuse üle 500mAh. Kui võrdsustamisaeg on 2 tundi, on šundi vool 250 mA, šundi takistus ligikaudu 14 Ω ja tekkiv soojus umbes 2 Wh.
Mitte{0}}energia hajumise tüüpi võrdsustamise haldus
Mitte{0}}energia hajutamise ahelad tarbivad palju vähem energiat kui energia hajutamise ahelad, kuid nende ahela struktuur on suhteliselt keeruline. Neid saab jagada kahte tüüpi: energia muundamise võrdsustamine ja energiaülekande võrdsustamine.
Energia muundamise tasakaalustamine
Energia muundamise tasakaalustamine kasutab lülitussignaale, et täiendada üksikute elementide energiat üldisest akust või muundada üksikute elementide energia tagasi üldiseks akupaketiks. Üksiku elemendi energia muundamine üldiseks energiaks toimub tavaliselt aku laadimisprotsessi ajal, nagu on näidatud joonisel 8-13. See ahel tuvastab iga üksiku elemendi pinge; kui üksiku elemendi pinge jõuab teatud väärtuseni, hakkab tasakaalustusmoodul tööle. See suunab laadimispinge vähendamiseks laadimispinge vähendamiseks laadimisvoolu üksikus elemendis ning moodul teisendab ümbersuunatud voolu ja suunab tagasi laadimissiini, saavutades tasakaalu. Mõned energia muundamise tasakaalustamise meetodid võivad kasutada ka vabakäigu induktiivpooli, et viia lõpule energia muundamine üksikutelt elementidelt akuplokile.
Ahel kogu aku energia muundamiseks üksikuteks elementideks on näidatud joonisel 8-14. Seda meetodit nimetatakse ka täiendavaks tasakaalustamiseks. Laadimisprotsessi ajal laeb peamine laadimismoodul esmalt akut, samal ajal kui pingetuvastusahel jälgib iga üksikut elementi. Kui mõne üksiku elemendi pinge on liiga kõrge, lülitub põhilaadimisahel välja ja seejärel hakkab täiendav tasakaalustav laadimismoodul akut laadima. Optimeeritud disaini kaudu rakendatakse tasakaalustusmooduli laadimispinget igale üksikule elemendile sõltumatu alalis-alalisvoolu muunduri ja koaksiaalmähistrafo kaudu, lisades identse sekundaarmähise. See tagab, et kõrgema pingega elemendid saavad lisalaadimisahelast vähem energiat, madalama pingega elemendid aga rohkem energiat, saavutades seeläbi tasakaalu. Selle meetodi probleem seisneb selles, et sekundaarmähise konsistentsi kontrollimine on keeruline. Isegi identsete pöörete korral, arvestades trafo lekkeinduktiivsust ja sekundaarmähiste vastastikust induktiivsust, ei pruugi üksikud elemendid saada sama laadimispinget. Lisaks esineb koaksiaalmähisel ka teatav energia hajumine ja see tasakaalustamismeetod käsitleb ainult laadimise tasakaalustamatust, kuid ei lahenda tühjendusoleku tasakaalustamatust.
Energiaülekande tasakaalustamine
Energiaülekande tasakaalustamine kasutab laengu ülekandmiseks energiasalvestuselemente (nt induktiivpoolid või kondensaatorid) suure -mahutavusega üksikutelt elementidelt väiksema-mahutavusega akuelementidesse, nagu on näidatud joonisel 8-15. See vooluahel edastab energiat külgnevate elementide vahel, vahetades kondensaatoreid, liigutades laengut kõrge{4}}pingelt madalpinge{7}}elementidele, et saavutada tasakaalu. Teise võimalusena saab kahesuunalist energiaülekannet külgnevate rakkude vahel saavutada induktiivse energiasalvestuse abil. Sellel vooluahelal on väga väike energiakadu, kuid see nõuab tasakaalustamise ajal mitut ülekannet, mille tulemuseks on pikk tasakaalustamisaeg ja see ei sobi mitme elemendiga akude jaoks. Täiustatud kondensaatori{10}lülituse tasakaalustamise meetod võib suurendada tasakaalustamise kiirust, valides energia ülekandeks kõrgeima ja madalaima pingega elemendid. Energia määramine ja lülitusahela rakendamine energiaülekande tasakaalustamisel on aga suhteliselt keeruline.
Lisaks ülaltoodud tasakaalustamismeetoditele saab laadimisrakenduste ajal aku tasakaalustamiseks kasutada ka nihkelaadimist. See on kõige lihtsam meetod ega vaja välist abiskeemi. See hõlmab järjestikku{2}}ühendatud aku pidevat laadimist väikese vooluga. Kuna laadimisvool on väga väike, ei mõjuta ülelaadimine täielikult laetud akut vähe. Kuna täielikult laetud aku ei suuda rohkem elektrienergiat keemiliseks energiaks muuta, muundatakse üleliigne energia soojuseks. Akud, mis pole täielikult laetud, saavad aga jätkata elektrienergia vastuvõtmist kuni täieliku laenguni. Sel viisil jõuavad kõik akud pärast suhteliselt pikka perioodi täislaadimiseni, saavutades nii võimsuse ühtlustamise. See meetod nõuab aga väga pikka tasanduslaadimisaega ja kulutab võrdsustamise saavutamiseks märkimisväärsel hulgal energiat. Lisaks on see meetod tühjenemise tasakaalustamise haldamisel ebaefektiivne.
Probleemid rakenduses
Olemasolevad aku tasakaalustamise lahendused määravad aku mahutavuse peamiselt akuploki pinge -pinge-põhise tasakaalustusmeetodi alusel. Akupaki tasakaalustamise saavutamiseks on pinge tuvastamise kõrge täpsus ja täpsus üliolulised. Pingetuvastusahela lekkevool mõjutab otseselt aku konsistentsi. Seetõttu on lihtsa ja tõhusa pingetuvastusahela kujundamine tasakaalustamisahelate peamine väljakutse. Lisaks ei ole pinge ainus aku mahtuvuse mõõt. Sisetakistus ja kontakttakistus ühendusviisis põhjustavad samuti pingekõikumisi. Seetõttu võib tasakaalustamisel ainult pingele lootmine viia üle-tasakaaluni ja energia raiskamiseni. Äärmuslikel juhtudel võib see isegi akupaki tasakaalustamatust põhjustada, hoolimata esialgsest mahutavuse tasakaalustamisest.
Energia hajutamise ahelad on ehituselt lihtsad, kuid tasakaalustavad takistid tarbivad voolu manööverdamise ajal energiat ja toodavad soojust, põhjustades probleeme soojusjuhtimisega. Kuna need piiravad energia hajutamise kaudu sisuliselt liiga kõrgeid või madalaid klemmipingeid üksikutes elementides, sobivad need ainult staatiliseks tasakaalustamiseks. Nende kõrge-temperatuuri tõus vähendab süsteemi töökindlust, mistõttu need ei sobi dünaamilise tasakaalustamise jaoks. See meetod sobib ainult väikeste või{4}}madala võimsusega akude jaoks.
Energiaülekandeahelad on aku mahtuvuse kompenseerimise meetod, mille puhul suurema-mahutavusega aku annab energiat, et kompenseerida väiksema-mahutavusega aku. Kuigi see meetod on teostatav, on see keeruline, mahukas ja kulukas, kuna on vaja jälgida tegeliku vooluahela üksikute elementide pinget. Lisaks saavutatakse energiaülekanne energiasalvestusmeediumi kaudu, mis toob kaasa energiatarbimise ja juhtimisega seotud probleemid. Seda tasakaalustamismeetodit kasutatakse tavaliselt keskmiste ja suurte akude puhul.
Energia muundamise ahelad seevastu kasutavad energia muundamise saavutamiseks lülitustoiteallikat. Võrreldes energiaülekandeahelatega on need oluliselt vähem keerukad ja odavamad. Kuid koaksiaalpoolide puhul põhjustavad mähiseid iga elemendiga ühendavate juhtmete erineva pikkuse ja kuju tõttu erinevad teisendussuhted, mis põhjustab iga elemendi ebaühtlast tasakaalustamist ja tasakaalustamisvigu. Lisaks tarbib koaksiaalmähis ise energiat elektromagnetilise lekke ja muude probleemide tõttu.
