Сколько можно греть воздух? Или как запросто балансировать элементы.

Делаем энергоэффективная балансирующее устройство для литиевых батарей

Администратор
Cover Image

Скажите, сколько можно тратить энергию впустую, грея резисторы в балансировочном устройстве? Хватит этим заниматься, практичное, простое и экономное решение есть. Если интересно, читайте дальше.

Для нормальной работы последовательно соединенных элементов питания требуется их балансировка.

Для чего? Тут всё просто.

Представим что наши батарейки при полностью заряженном состоянии имеют напряжение 5 вольт. А полностью разряженный элемент имеет напряжение 3 вольта. Всего у нас таких элементов 3.

Значит когда емкость батареи равно 100% напряжение будет 15 Вольт. А теперь представьте, что вы заряжаете батарею, но вот проблема, на элементах разное напряжение. На одной 3 Вольта, а на остальных по 5. В итоге получается 13 Вольт - батарея ещё не заряжена. Соответственно зарядное устройство будет продолжать подавать ток, пытаясь дотянуть ёмкость до сотни. И вот что выйдет, наш разряженный элемент чуть-чуть подзарядиться, а вот остальные два поднимутся выше 5 Вольт, что приведет к порче элементов.

Что бы этого не произошло применяются схемы балансировке - выравнивания напряжений на элементах батареи, что позволяет и заряжать элементы равномерно и разряжать.

Простейший способ выровнять элементы - разрядить те, которые заряжены больше остальных. Вот одна из простых и популярных схем.

Всё бы хорошо, но энергия расходуется впустую, прогревая воздух на резисторах нагрузки.

Может всё таких хватит заниматься растратами драгоценной энергии?

Для меня в этой теме всё началось с того, что нужно было сделать для одной военной батареи схему управления с максимально эффективной зарядкой и балансировкой и просто так греть воздух было весьма сомнительное занятие. Батарея должна использоваться в таком месте, где нет ни людей, ни постоянного источника энергии, где нужно экономить каждый Ватт.

В процессе работы, благодаря нашему главному конструктору, родилось простое и весьма эффективное решение.

Принцип работы схемы в следующем. Генератор качает транзисторы VT9 и VT10 в противофазе - это обычный пуш-пул. Далее сигнал с обмоток 9 и 10 трансформатора Т1 поступает на обмотки 1-8, которые в свою очередь открывают и закрывают транзисторы VT1-VT8. Здесь транзисторы VT1 и VT5 (рассмотрим на этих двух) так же работают в противофазе, тем самым раскачивая трансформатор Т2, и если элемент G1 заряжен сильнее остальных, то он будет через трансформатор Т2 передавать энергию в более разряженные элементы.

Конечно вся система не эффективна на 100%, есть свои потери - это провода и сопротивление силовых транзисторов (современные транзисторы имеют сопротивление открытого канала в несколько мОм, что примерно будет равно проводу). Имеет смысл выбрать провода с большим сечением (но без фанатизма) и меньшей длиной. Аналогично нужно поступить и с силовым трансформатором (Т2), у меня он намотан на сердечнике КВ6 (иностранное название RM6) каждая обмотка намотана 4-мя проводами 0,38 мм, и содержит 5 витков. Особое внимание стоит уделить тому, что все обмотки мотаются одновременно одним жгутом.

Батарея для которой я делал плату управления включает в себя 14 элементов, которые удалось отбалансировать до разницы в 4 миливольта, при изначальной в 0,2 Вольта.

К сожалению чем больше первоначальная разница напряжений тем больше будет ток и тем сильнее будут потери, вплоть до насыщения трансформатора. Поэтому не следует пускать всё на самотёк и заняться балансировкой.

А вот и макет платы управления батареей.