Ի՞նչ է էներգիայի կառավարումը:

Մարտկոցի փաթեթի առանձին բջիջների հզորության և էներգիայի տարբերությունները հավասարակշռելու և մարտկոցի փաթեթի էներգիայի օգտագործման արագությունը բարելավելու համար լիցքավորման և լիցքաթափման գործընթացում անհրաժեշտ է հավասարեցման միացում: Ելնելով այն բանից, թե ինչպես է շղթան սպառում էներգիան հավասարեցման գործընթացում, այն կարելի է բաժանել երկու հիմնական կատեգորիայի՝ էներգիայի սպառման տեսակ և էներգիայի ոչ-չսպառման տեսակ: Էներգիայի ցրման տեսակը ցրում է ավելցուկային էներգիան որպես ջերմություն, մինչդեռ էներգիան ոչ{3}}տարածման տեսակը փոխանցում կամ փոխակերպում է ավելցուկային էներգիան այլ մարտկոցների:

Էներգիայի սպառման-տիպի հավասարեցման սխեմաները հասնում են հավասարեցման՝ մարտկոցի առանձին բջիջներում լիցքավորման հոսանքը շունչ քաշելով զուգահեռ դիմադրիչների միջով, ինչպես ցույց է տրված Նկար 8-ում-12: Շղթայի այս կառուցվածքը պարզ է, և հավասարեցման գործընթացը սովորաբար ավարտվում է լիցքավորման ժամանակ: Այնուամենայնիվ, այն չի կարող լրացնել ցածր-առանձին հզորությամբ բջիջների հզորությունը, ինչը հանգեցնում է էներգիայի վատնման և ջերմային կառավարման համակարգի բեռի ավելացմանը: Էներգիայի սպառման տիպի էլեկտրական սարքերը սովորաբար բաժանվում են երկու կատեգորիայի.

Էներգիայի սպառման{0}}տիպի էլեկտրական սարքերը սովորաբար բաժանվում են երկու կատեգորիաների. Այս մեթոդը բնութագրվում է բարձր հուսալիությամբ և շունտային ռեզիստորի մեծ արժեքով, որը նվազեցնում է առանձին բջիջների լարման տարբերությունները ֆիքսված շունտի միջոցով ինքնալիցքաթափվելու պատճառով: Դրա թերությունն այն է, որ շունտային ռեզիստորը մշտապես սպառում է էներգիա ինչպես լիցքավորման, այնպես էլ լիցքաթափման ժամանակ, ինչը հանգեցնում է էներգիայի զգալի կորստի; այն ընդհանուր առմամբ հարմար է այնպիսի ծրագրերի համար, որտեղ էներգիան կարող է արագ համալրվել:

Երկրորդ՝ անջատիչ-կառավարվող շանթ ռեզիստորի հավասարեցման լիցքավորման միացում, որտեղ շունտային ռեզիստորը կառավարվում է անջատիչով: Լիցքավորման ժամանակ, երբ անհատական մարտկոցի լարումը հասնում է անջատման լարմանը, հավասարեցնող սարքը կանխում է գերլիցքավորումը և ավելորդ էներգիան վերածում ջերմության։ Հավասարեցման այս սխեման գործում է լիցքավորման ժամանակ և կարող է լիցքավորման ժամանակ հոսանքը շեղել դեպի առանձին բջիջներ՝ ավելի բարձր լարումներով: Դրա թերությունն այն է, որ հավասարեցման սահմանափակ ժամանակի պատճառով շունտի ընթացքում առաջացած մեծ քանակությամբ ջերմությունը պետք է ժամանակին ցրվի ջերմային կառավարման համակարգի միջոցով, ինչը հատկապես նկատելի է ավելի մեծ հզորությամբ մարտկոցների փաթեթներում:

Figure 8-12 Resistive Shunt Equalization Principle Diagram (ICE: Individual Cell Equalizer)

Օրինակ, 10Ah մարտկոցի փաթեթում 100mV լարման տարբերությունը կարող է հանգեցնել ավելի քան 500mAh հզորության տարբերության: Եթե հավասարեցման ժամանակը 2 ժամ է, ապա շունտային հոսանքը 250 մԱ է, շունտի դիմադրությունը մոտավորապես 14Ω է, իսկ առաջացած ջերմությունը մոտ 2 Վտժ է:

Ոչ-էներգիայի սպառման սխեմաները շատ ավելի քիչ էներգիա են սպառում, քան էներգիայի սպառման սխեմաները, սակայն դրանց շղթայի կառուցվածքը համեմատաբար բարդ է: Դրանք կարելի է բաժանել երկու տեսակի՝ էներգիայի փոխակերպման հավասարեցում և էներգիայի փոխանցման հավասարեցում։

Էներգիայի փոխակերպման հավասարակշռումը օգտագործում է անջատիչ ազդանշաններ, որպեսզի կամ լրացնի առանձին բջիջների էներգիան ընդհանուր մարտկոցի փաթեթից, կամ առանձին բջիջների էներգիան հետ փոխարկի մարտկոցի ընդհանուր փաթեթ: Անհատական բջիջների էներգիայից ընդհանուր էներգիայի փոխակերպումը սովորաբար տեղի է ունենում մարտկոցի փաթեթի լիցքավորման գործընթացում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 8-13-ում: Այս շղթան հայտնաբերում է յուրաքանչյուր առանձին բջիջի լարումը. երբ առանձին բջիջի լարումը հասնում է որոշակի արժեքի, հավասարակշռող մոդուլը սկսում է աշխատել: Այն շեղում է լիցքավորման հոսանքը առանձին բջիջում՝ նվազեցնելու լիցքավորման լարումը, իսկ շեղված հոսանքը փոխակերպվում է մոդուլի կողմից և հետ է վերադարձվում լիցքավորման ավտոբուսին՝ հասնելով հավասարակշռության: Էներգիայի փոխակերպման հավասարակշռման որոշ մեթոդներ կարող են նաև օգտագործել ազատ պտտվող ինդուկտորներ՝ առանձին բջիջներից էներգիայի փոխարկումը մարտկոցի փաթեթին ավարտելու համար:

Ամբողջ մարտկոցի էներգիան առանձին բջիջների փոխարկելու շղթան ներկայացված է Նկար 8-14-ում: Այս մեթոդը կոչվում է նաև լրացուցիչ հավասարակշռում: Լիցքավորման գործընթացում հիմնական լիցքավորման մոդուլը նախ լիցքավորում է մարտկոցի փաթեթը, մինչդեռ լարման հայտնաբերման սխեման վերահսկում է յուրաքանչյուր առանձին բջիջ: Երբ որևէ առանձին բջիջի լարումը չափազանց բարձր է, հիմնական լիցքավորման շղթան անջատվում է, և այնուհետև լրացուցիչ հավասարակշռող լիցքավորման մոդուլը սկսում է լիցքավորել մարտկոցի փաթեթը: Օպտիմալացված դիզայնի միջոցով հավասարակշռող մոդուլում լիցքավորման լարումը կիրառվում է յուրաքանչյուր առանձին բջիջի վրա անկախ DC/DC փոխարկիչի և կոաքսիալ կծիկի տրանսֆորմատորի միջոցով՝ ավելացնելով նույնական երկրորդական ոլորուն: Սա ապահովում է, որ ավելի բարձր լարման բջիջները ստանում են ավելի քիչ էներգիա օժանդակ լիցքավորման միացումից, մինչդեռ ավելի ցածր լարման բջիջները ստանում են ավելի շատ էներգիա՝ այդպիսով հասնելով հավասարակշռության: Այս մեթոդի խնդիրն այն է, որ երկրորդական ոլորման հետևողականությունը վերահսկելը դժվար է: Նույնիսկ միանման պտույտների դեպքում, հաշվի առնելով տրանսֆորմատորի արտահոսքի ինդուկտիվությունը և փոխադարձ ինդուկտիվությունը երկրորդական ոլորունների միջև, առանձին բջիջները կարող են չստանալ նույն լիցքավորման լարումը: Ավելին, կոաքսիալ կծիկը նույնպես զգում է էներգիայի որոշակի ցրում, և այս հավասարակշռման մեթոդը լուծում է միայն լիցքավորման անհավասարակշռությունը՝ չհասցնելով լուծել անհավասարակշռությունը լիցքաթափման վիճակում:

Figure 8-13 Individual Cell Voltage to Total Voltage Conversion Method

Figure8-14SupplementaryBalanceSchematicDiagram

Էներգիայի փոխանցման հավասարակշռումը օգտագործում է էներգիայի պահեստավորման տարրեր, ինչպիսիք են ինդուկտորները կամ կոնդենսատորները՝ բարձր{0}}տարողունակությամբ առանձին բջիջներից լիցք փոխանցելու համար ավելի ցածր-հզորության բջիջներ մարտկոցի փաթեթում, ինչպես ցույց է տրված Նկար 8-ում-15: Այս շղթան էներգիա է փոխանցում հարակից բջիջների միջև՝ միացնելով կոնդենսատորները՝ տեղափոխելով լիցքավորումը բարձր-լարումից ցածր-լարման բջիջներ՝ հավասարակշռության հասնելու համար: Որպես այլընտրանք, երկկողմանի էներգիայի փոխանցում հարակից բջիջների միջև կարող է իրականացվել ինդուկտիվ էներգիայի պահպանման միջոցով: Այս միացումն ունի էներգիայի շատ ցածր կորուստ, սակայն հավասարակշռման ընթացքում պահանջում է բազմաթիվ փոխանցումներ, ինչը հանգեցնում է երկար հավասարակշռման ժամանակի և այն դարձնում է ոչ պիտանի բազմա-բջջային մարտկոցների համար: Բարելավված կոնդենսատորի{10}}անջատման հավասարակշռման մեթոդը կարող է մեծացնել հավասարակշռման արագությունը՝ ընտրելով ամենաբարձր-լարման և ամենացածր լարման առանձին բջիջները էներգիայի փոխանցման համար: Այնուամենայնիվ, էներգիայի որոշումը և անջատիչ սխեմայի իրականացումը էներգիայի փոխանցման հավասարակշռման մեջ համեմատաբար դժվար է:

Figure 8-15 Switched Capacitor Balancing Schematic Diagram

Բացի վերը նշված հավասարակշռման մեթոդներից, կաթիլային լիցքավորումը կարող է օգտագործվել նաև լիցքավորման ժամանակ մարտկոցի հավասարակշռման հասնելու համար: Սա ամենապարզ մեթոդն է և չի պահանջում արտաքին օժանդակ սխեմաներ: Այն ներառում է սերիայի-միացված մարտկոցի փաթեթի անընդհատ լիցքավորումը փոքր հոսանքով: Քանի որ լիցքավորման հոսանքը շատ փոքր է, գերլիցքավորումը քիչ ազդեցություն ունի լիովին լիցքավորված մարտկոցի վրա: Քանի որ լիովին լիցքավորված մարտկոցը չի կարող ավելի շատ էլեկտրական էներգիա վերածել քիմիական էներգիայի, ավելցուկային էներգիան կվերածվի ջերմության: Այն մարտկոցները, որոնք ամբողջությամբ լիցքավորված չեն, սակայն, կարող են շարունակել ստանալ էլեկտրական էներգիա, մինչև հասնեն լրիվ լիցքավորման: Այսպիսով, համեմատաբար երկար ժամանակ անց բոլոր մարտկոցները կհասնեն լրիվ լիցքավորման՝ դրանով իսկ հասնելով հզորության հավասարեցման։ Այնուամենայնիվ, այս մեթոդը պահանջում է հավասարեցման լիցքավորման շատ երկար ժամանակ և սպառում է զգալի քանակությամբ էներգիա հավասարեցման հասնելու համար: Ավելին, այս մեթոդն անարդյունավետ է լիցքաթափման հավասարեցման կառավարման համար:

Մարտկոցի հավասարակշռման գոյություն ունեցող լուծումները հիմնականում որոշում են մարտկոցի հզորությունը՝ հիմնվելով մարտկոցի փաթեթի լարման-լարման-հավասարակշռման վրա հիմնված մեթոդի վրա: Մարտկոցի փաթեթի հավասարակշռման հասնելու համար կարևոր է լարման հայտնաբերման բարձր ճշգրտությունն ու ճշգրտությունը: Լարման հայտնաբերման շղթայում արտահոսքի հոսանքն ուղղակիորեն ազդում է մարտկոցի փաթեթի հետևողականության վրա: Հետևաբար, լարման հայտնաբերման պարզ և արդյունավետ շղթայի նախագծումը հիմնական մարտահրավեր է սխեմաների հավասարակշռման համար: Ավելին, լարումը մարտկոցի հզորության միակ չափանիշը չէ: Ներքին դիմադրությունը և միացման մեթոդի շփման դիմադրությունը նույնպես առաջացնում են լարման տատանումներ: Հետևաբար, հավասարակշռման համար բացառապես հենվելով լարման վրա, կարող է հանգեցնել չափազանց-հավասարակշռման և էներգիայի վատնման: Ծայրահեղ դեպքերում դա կարող է նույնիսկ անհավասարակշռություն առաջացնել մարտկոցի փաթեթում՝ չնայած նախնական հզորության հավասարակշռմանը:

Էներգիայի ցրման սխեմաները կառուցվածքով պարզ են, սակայն հավասարակշռող ռեզիստորները էներգիա են սպառում ընթացիկ շունտավորման ժամանակ և առաջացնում ջերմություն՝ առաջացնելով ջերմային կառավարման խնդիրներ: Քանի որ դրանք էապես սահմանափակում են չափազանց բարձր կամ ցածր տերմինալային լարումները առանձին բջիջներում էներգիայի ցրման միջոցով, դրանք հարմար են միայն ստատիկ հավասարակշռման համար: Նրանց բարձր-ջերմաստիճանի բարձրացումը նվազեցնում է համակարգի հուսալիությունը՝ դարձնելով դրանք ոչ պիտանի դինամիկ հավասարակշռման համար: Այս մեթոդը հարմար է միայն փոքր կամ ցածր{4}}մարտկոցների համար:

Էներգիայի փոխանցման սխեմաները մարտկոցի հզորության փոխհատուցման մեթոդ են, որտեղ ավելի բարձր-հզորության մարտկոցը որոշակի էներգիա է տրամադրում ավելի ցածր-հզորության մարտկոցը փոխհատուցելու համար: Թեև հնարավոր է, այս մեթոդը բարդ է, ծավալուն և ծախսատար, քանի որ անհրաժեշտ է առանձին բջիջների լարման մոնիտորինգ իրական շղթայում: Ավելին, էներգիայի փոխանցումն իրականացվում է էներգիայի կուտակման միջավայրի միջոցով, որը ներկայացնում է էներգիայի սպառման և վերահսկման խնդիրները: Հավասարակշռման այս մեթոդը սովորաբար օգտագործվում է միջին և մեծ մարտկոցների փաթեթներում:

Էներգիայի փոխակերպման սխեմաները, մյուս կողմից, օգտագործում են անջատիչ էներգիայի մատակարարում էներգիայի փոխակերպման հասնելու համար: Էներգիայի փոխանցման սխեմաների համեմատ, դրանք զգալիորեն ավելի քիչ բարդ են և ավելի քիչ ծախսատար: Այնուամենայնիվ, կոաքսիալ պարույրների համար ոլորունները յուրաքանչյուր բջիջին միացնող լարերի տարբեր երկարություններն ու ձևերը հանգեցնում են փոխակերպման տարբեր գործակիցների, ինչը հանգեցնում է յուրաքանչյուր բջիջի անհամապատասխան հավասարակշռման և հանգեցնում հավասարակշռման սխալների: Բացի այդ, կոաքսիալ կծիկը ինքնին էներգիա է սպառում էլեկտրամագնիսական արտահոսքի և այլ խնդիրների պատճառով:

Energy Management