[drum1987 0]

Собственно проблема похожа на проблему человека в топике: http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=84805 с той разницей, что мониторинг и управление я буду делать на кортекс м3 (а в перспективе мне вообще все равно) и ток заряда 10 А. Запостить решил тут ибо там движухи так и не наступило.

 

Суть такова: есть батарея из LiFePo4 банок 3,3 В 2300 мА*ч. В каждом этаже по 3 банки в параллель и всего 9 этажей. Итого 27 банок, напряжение батареи 29,7 В, емкость 6900 мА*ч. Появилась проблема ее зарядки, точнее не зарядки а балансировки этажей. Пассивную балансировку отсекли сразу ибо это огромные потери энергии, активные балансиры на переключаемых конденсаторах тоже не подходят в силу малого тока балансировки и экспоненциальной его зависимости от разности напряжений на банках.

 

Пока единственное что пришло в голову это преобразователь DC-DC с каждого этажа по отдельности на всю батарею:

это по прямоходовой схеме, либо тоже самое по обратноходовой. Еще как вариант приходит 9 отдельных бустов, тогда проблема трансформатора решается сама собой.

 

На данном этапе реализовал макет прямохода для одного этажа, но КПД получить выше 50% не могу (пока не предмет обсуждения). Да и както плохо представляю себе трансформатор с 9ью первичками каждая из которых на 10 А расчитана(это по прикидкам не меньше 10 жил по 0,5 мм).

 

Посему хочу спросить уважаемых форумчан какова может быть концепция балансира(преобразователя) для наилучшего решения поставленной задачи.

 

Буду очень благодарен за любые ответы. Если чтото не дописал, то спрашивайте - всегда отвечу.

[Microwatt 2]

Тема интересная.

А так ли уж велики потери энергии при пассивной балансировке?

Кажется, при активной они у Вас намного больше получаются.

Может, стоит нам уточнить саму картину, сам процесс балансировки? Теоретически при пассивной балансировке мы потеряем энергии ровно в избыток емкостей самых больших батарей. т.е, если соединить последовательно 9Ач и 10Ач, то рассеять в тепло нужно 1Ач.

Причем, не обязательно это делать немедля, током в 100% зарядного. Это может занимать достаточно длительное время и производиться током в несколько процентов от зарядного, если суммарное напряжение зарядки поддерживается строго. Постепенно заряд выровняется.

 

Активный баланс.

Можно просто тупо синхронно коммутировать пушпул возле каждой банки , пусть работает на повышающую обмотку. Другие топологии очень критичны к коэффициенту заполнения, разбросу индуктивностей и так просто их не объединить.

Эти обмотки соединяются параллельно после выпрямителя по или и тот, у кого напряжение выше будет питать вспомогательный выход. Что с ним далее делать - отдельный разговор. Но трансформаторы получаются более-менее подъемные, технологичные. Мешать может только разброс диодов в выпрямителе и падений на ключах. Опять же, не нужно прогонять через балансировочный узел всю мощность зарядного тока. 10-15% вполне достаточно, если батарея не разбалансирована более этого.

 

Балансировщик на конденсаторах. Самое удачное, что может быть. Избавляет от необходимости что-то точно измерять. Но схема управления, обилие ключей.... Для 2-3 банок еще смотрится, больше... как-то кудряво слишком. Но никаких проблем с динамикой, моточными. Просто много компонентов. А где много - обязательно что-то отвалится :)

 

Есть, конечно, другие попытки активной балансировки. Даже микросхемы выпущены, но все это достаточно сложно и дорого. К тому же, не у всех произвольное количество банок последовательно.

[W^W 0]

А так ли уж велики потери энергии при пассивной балансировке?

Кажется, при активной они у Вас намного больше получаются.

Может, стоит нам уточнить саму картину, сам процесс балансировки? Теоретически при пассивной балансировке мы потеряем энергии ровно в избыток емкостей самых больших батарей. т.е, если соединить последовательно 9Ач и 10Ач, то рассеять в тепло нужно 1Ач.

Причем, не обязательно это делать немедля, током в 100% зарядного. Это может занимать достаточно длительное время и производиться током в несколько процентов от зарядного, если суммарное напряжение зарядки поддерживается строго. Постепенно заряд выровняется.

 

Верно сказано!

Чем больше последовательных банок, тем бОльшие потери будут как раз в активном хозяйстве.

А пассивная балансировка мало тепла сеет, ток не более 10% от зарядного, а если больше и долго, так надо разбирать батарею и заменить севшие ячейки, а не греть тупо балансир и придумывать огород с активным балансом... :rolleyes:

[drum1987 0]

Спасибо за ответы, я, честно говоря, про пассивную балансировку както не задумывался даже, просто раз уж встал такой вопрос, то хочу немного пояснить поставленную задачу: заказчик в идеале хочет заряжать аккумы за 20-30 минут, что фактически накладывает высокие требования на балансир(при наличии разбалансированных банок скорость разряда более заряженной будет довольно велика, и следовательно мощность рассеяния будет тоже большой...может я и не прав). Предполагается что балансир будет находиться в герметичном корпусе аккумулятора, а это накладывает ограничение на рассеиваемую мощность.

 

С учетом вышеозвученных требований чтото поменяется, или всеже проще и лучше сделать пассив?

 

Кажется, при активной они у Вас намного больше получаются.

если учесть что средний КПД прямохода 80%, то может оказаться наоборот...просто на макете я пока получил 50...

 

Причем, не обязательно это делать немедля, током в 100% зарядного. Это может занимать достаточно длительное время и производиться током в несколько процентов от зарядного, если суммарное напряжение зарядки поддерживается строго. Постепенно заряд выровняется.

вот тут то и всплывает вся специфика задачи: заряжается быстро - следовательно времени балансировать нет...рассчитываю на худший случай: 1 этаж нормально заряжен остальные все на 0,2в меньше, тогда аккумы заряженного этажа просто взрываются. Поэтому и заложил так, что через заряженную банку ток не должен течь вообще пока другие не зарядятся.

 

Поправьте конечно если порю чушь, но мне в итоге придется обосновать начальству почему я сделал именно так а не так, а про применение пассива я пока ничего хорошего сказать не могу

Изменено 19 февраля, 2012 пользователем drum1987

[Microwatt 2]

Если хочется здесь и сейчас луну с неба, то пожалуйста, но нужно за это заплатить.

Да, если заряд идет "быстро, как только возможно", то энергетика балансировщика резко возрастает. Пассивом и простыми схемами тут не обойтись.

 

При столь малых напряжениях (2.7-3 вольта) никакой альтернативы пушпулу быть не может. 10 ампер принудительно ( от общего ШИМ) скоммутировать можно и повышающая обмотка раз в 10. Далее - повышающие обмотки объединить по диодному ИЛИ и решать что с полученным избытком от отдельных банок делать. Балансировка будет на уровне 20-30 милливольт.

При достаточно большом сечении магнитопровода трансформаторы могут получиться маловитковыми, технологичными. Вот с управляющим трансформатором некоторые проблемы... Ключи с рабочим напряжением на затворе вольта 2-2.5 вряд ли найти. Хотя, и тут могут быть маленькие схемотехнические хитрости, но до них нужно с самим принципом определится.

 

Были бы аппетиты поменее - можно автогенераторные пушпулы на биполярниках. Схема проста. Но более 0.5 ампера там не снять простыми способами да и из-за разброса прямых сопротивлений ключей балансировка будет хуже.

 

Городить прямоход на 3 вольта или, не дай бог, МК сюда впутывать - гиблая затея...

Сдается мне. что отдельные контроллеры на каждый преобразователь просто исключат саму балансировку. Они принципиально разбалансированы и постоянно будут "разъезжаться" со временем, как их не подстраивай.

[Plain 161]

Самое эффективное и дешёвое — поставить по флайбэку на банку. При заряде отсасывать лишнее от дохлых банок, при разряде отсасывать больше от банок покрепче.

 

И насчёт скоростей. Если электрохимия в принципе не даёт возможностей для балансировки, то тогда нет смысла о ней говорить вообще — просто расписать в бумагах, что ёмкость батареи определяет самая дохлая банка.

[SmartRed 0]

вот тут то и всплывает вся специфика задачи: заряжается быстро - следовательно времени балансировать нет...рассчитываю на худший случай: 1 этаж нормально заряжен остальные все на 0,2в меньше, тогда аккумы заряженного этажа просто взрываются. Поэтому и заложил так, что через заряженную банку ток не должен течь вообще пока другие не зарядятся.

 

В таком случае надо делать независимую зарядку каждой банки, а не балансировку.

[drum1987 0]

Вот с управляющим трансформатором некоторые проблемы... Ключи с рабочим напряжением на затворе вольта 2-2.5 вряд ли найти. Хотя, и тут могут быть маленькие схемотехнические хитрости, но до них нужно с самим принципом определится.

Схему формирования ШИМ, драйверы полевиков предполагается питать от напряжения зарядки это 30 В.

 

Городить прямоход на 3 вольта или, не дай бог, МК сюда впутывать - гиблая затея...

На счет прямохода соглашусь, а вот чем микроконтроллер не угодил я хз....12 ШИМов там есть, АЦП там есть...обработку полученных напряжений вести можно и соответственно регулировать ШИМ для каждой банки в зависимости от напряжений на них тоже можно. В чем проблема то?

 

В таком случае надо делать независимую зарядку каждой банки, а не балансировку.

Мысль хорошая, тогда надо выбрать топологию для DC-DC 30 В входа и ток заряда 10А для 3,6 В банки.

[Microwatt 2]

Схему формирования ШИМ, драйверы полевиков предполагается питать от напряжения зарядки это 30 В.

На счет прямохода соглашусь, а вот чем микроконтроллер не угодил . В чем проблема то?

Мысль хорошая, тогда надо выбрать топологию для DC-DC 30 В входа и ток заряда 10А для 3,6 В банки.

Прорисуйте схему драйвера какой-нибудь средней банки. Потом умножайте на 10 и оценивайте сложность, технологичность.

Проблемы увидите когда вплотную займетесь схемой. А так - действительно, есть куча АЦП, ЦАП, вроде и тему снимает.

10 шт автономных, гальваноразвязанных 3-вольтовых зарядников? Это, пожалуй, похлеще 100-выводного МК будет.

Искать нужно решение полаконичнее. Чтобы нечему ломаться было.

[drum1987 0]

Прорисуйте схему драйвера какой-нибудь средней банки. Потом умножайте на 10 и оценивайте сложность, технологичность.

Проблемы увидите когда вплотную займетесь схемой. А так - действительно, есть куча АЦП, ЦАП, вроде и тему снимает.

накидал модельку по случаю:

в моем случае облегчает ситуацию то, что все истоки транзисторов сидят на земле по переменному току...поэтому изврат с кондерами (C10, C12, C14) и диодами (D11, D14, D17) реально работает:

при этом можно применить любые желаемые драйвера которые по честному будут сидеть на земле и управляться 3,3 В...

 

По модельке(в аттаче) извиняюсь за отсутствие RDC цепочек и паразитных параметров, просто делал нахрапом...

 

Такой вариант имеет право на жизнь?

forward1.rar

[Prowler 0]

Есть готовые микросхемы с активной балансировкой, типа bq78pl116, также все необходимые защиты и алгоритмы уже имеются внутри.

[Microwatt 2]

накидал модельку по случаю:

Такой вариант имеет право на жизнь?

Включил. Как ни странно, затворы работают... Накачку-то их наверное делать можно от одного источника? Тогда картина упрощается.

А сами прямоходы... там индуктивности порядка на два занижены. Не прямоход, а ошметки какие-то от фронтов. Диоды параллельно ключу зачем-то. Да и размагничивающая обмотка на таких напряжениях - предрассудок.

Ну. это дело поправимое. Помоделируйте еще, уточняя параметры.

[drum1987 0]

Включил. Как ни странно, затворы работают... Накачку-то их наверное делать можно от одного источника? Тогда картина упрощается.

Рад, что теперь вы мне поверили:). Накачка будет отдельная, так как каждый этаж индивидуален и требует своего тока балансировки(ктото не будет требовать вообще, а ктото по максимуму), но эта проблема не такая большая ибо я уже нашел дешевые 2 А сдвоенные драйверы в SOIC8...

 

А сами прямоходы... там индуктивности порядка на два занижены. Не прямоход, а ошметки какие-то от фронтов.

Хм...беглый расчет делал по программе Владимира Денисенко - по его расчетам получилось 4 витка и 94мкГн, у меня же 4 витка и 63 мкГн. Согласен что меньше, но не на порядок...

И поясните пожалуйста что значит: ошметки от фронтов...

 

Диоды параллельно ключу зачем-то. Да и размагничивающая обмотка на таких напряжениях - предрассудок.

тоесть ни диодов ни размагничивающих обмоток не надо?Поясните тоже пожалуйста

 

А я пока модель эту изменю и накидаю модельку и макет пуш пула...

 

P.S. убрал размагничивающую обмотку: выброс увеличился с 42 В до 50 В...вроде не так много?или нет?

P.P.S. Microwatt признаю я идиот :smile3046: затупил с индуктивностью... точнее с приставко1 микро в кэпе...поправил спасибо что ткнули

Изменено 21 февраля, 2012 пользователем drum1987

[drum1987 0]

Переделал модель + поставил те паразитные параметры которые получились в макете(сопротивления обмоток например)...Ключ поставил тот. что стоит сейчас irf1324...

 

КПД при выходной мощности 8 Вт =57% :crying: с увеличением мощности падает ниже 20%...

 

И еще один вопрос: в макете страшно греются входные конденсаторы которые параллельно банке аккумулятора, а судя по кэпу на них сеется не более 100 мВт такое может быть?...

 

forward в аттаче, сейчас делаю пуш пулл...

forward2.rar

Изменено 21 февраля, 2012 пользователем drum1987

[Microwatt 2]

КПД при выходной мощности 8 Вт =57% :crying: с увеличением мощности падает ниже 20%...

 

И еще один вопрос: в макете страшно греются входные конденсаторы которые параллельно банке аккумулятора, а судя по кэпу на них сеется не более 100 мВт такое может быть?...

 

forward в аттаче, сейчас делаю пуш пулл...

Давайте не упускать конечную цель. При таком КПД резисторный балласт по теплу то же самое, а по хлопотам и стоимости в 10 раз меньше. не так ли?

50% явно мало. Можно ждать где-то 75-80. Но прямоход тут надо делать достаточно аккуратно.

 

Попробуйте все-таки пуш-пул. Если удастся вот так , через конденсаторы, управлять затворами, схема намного проще, технологичнее.

Вы тогда можете рассчитывать на маловитковые первички и печатный трансформатор. (ELP). КПД схемы в данном случае будет явно выше.

Конденсаторы греются.. реактивная мощность, возможно, превышена. Однотактная схема преобразователя потребляет большие импульсные токи.

Посмотрите в даташите на конденсатор "токовые пульсации". Электролиты не очень любят. нужно параллельно еще и керамику ставить. Хорошо, что тут напряжение небольшое.

 

http://www.wseas.us/e-library/conferences/...ers/561-267.pdf

Гляньте еще . не все там 1 к 1 стоит копировать. но некоторые конструктивные идеи можно позаимствовать.