Egalizare tensiune pe acumulatori inseriati

[pisica matache]

Am doi acumulatori auto, 12V/150Ah, pe care vreau sa-i folosesc inseriati la o eoliana. Acumulatorii avand cativa ani, nu mai au capacitati egale. Asa ca tensiunea nu va fi egal distribuita. M-am gandit ca cea mai simpla solutie de a avea tensiuni egale, e cate un regulator paralel, dar asta inseamna putere disipata, deci pierduta. A doua varianta, cate o sursa in comutatie, pe fiecare acumulator. Cate o sursa forward, cu traf separator, ridicator raport 1 la 2... Sursa comandata de UC3843,care sa fie inactiv la o tensiune pe acumulator sub 14,5V. Daca tensiunea ar tinde sa creasca, ar creste umplerea, respectiv curentul consumat din acumulator, pastrandu-se astfel tensiunea constanta pe acumulatorul respectiv. Iesirile celor doua surse , puse in paralel cu cei doi acumulatori. Astfel, acumulatorul cu capacitate mai mica s-ar incarca primul, iar la 14,5V surplusul de curent ar fi folosit pentru incarcarea celui cu capacitate mai mare.

Acum nu stiu daca solutia ar fi functionala, n-am testat inca nimic, asa ca astept eventuale pareri.

[prog]

Dar care este diferenta de tensiune dintre cei doi acumulatori? Daca nu este o diferenta mare, poti sa-i folosesti inseriati, mai nasol o sa fie la incarcare cand dupa cateva cicluri de incarcare vei ajunge sa-i schimbi. Deci, nu vad rostul complicari situatiei cu o alta schema sau scheme care sa preia tensiunea si sa incarce fiecare acumulator.

Pe de alta parte, nu vad rostul acelor circuite de care spui, pentru ca numai timpul pierdut pentru realizarea lor si costul componentelor face cat un acumulator nou. Asa ca, mi se pare o complicatie fara sens.

[roadrunner]

nu trebuie inventat nimic, exista asa ceva la nivel de circuit integrat (cell balancing) e folosit pentru baterii de acumulatori LiIon (si LiPo) in industria automobilelor electrice (un exemplu aici http://www.linear.com/products/battery_cell_balancers)

RR

[smilex]

Pot sa vad concret sute de utilaje la 28V cu acumulatori plumb inseriati. Vechi, noi, mai mult sau mai putin pretentioase. Nicaieri nu exista o egalizare. Din constatari personale, nici nu e necesar. Acumulatorii au tendinta de a-si gasi singuri echilibrul. Pe masura ce tensiunea la incarcare este fortata sa creasca, acumulatorul mai incarcat isi scade rezistenta interna permitand celui mai putin incarcat sa se incarce avand pe el o tensiune mai mare. Atunci cand nu se mai echilibreaza, e deja prea tarziu pentru unul dintre acumulatori sau chiar ambii. Chiar daca nu sunt identici initial, au tendinta de a deveni. Evident ca trebuie sa fie la fel: capacitate, producator, etc.

Cred ca se poate gasi insa si o solutie de echilibrare. Dar ce te faci cu celulele acumulatorului? Si ele sunt inseriate la randul lor. Poti inseria 6 celule (un acumulator) sau 12 celule (2 acumulatori). Cum te ajuta echilibrarea la 6+6? Mult mai des am vazut doar unul sau doua elemente moarte intr-un acumulator decat toate odata.

Sfatul meu este sa folosesti acumulatori identici, preferabili noi (daca diferentele nu se mai compenseaza), si sa nu folosesti sub nici o forma tensiunea de 12V de pe suntul dintre ei.

Editat Mai 11, 2014 de smilex

[pisica matache]

nu trebuie inventat nimic, exista asa ceva la nivel de circuit integrat (cell balancing) e folosit pentru baterii de acumulatori LiIon (si LiPo) in industria automobilelor electrice (un exemplu aici http://www.linear.co..._cell_balancers)

RR

Integratul e interesant, din pacate nu e pentru plumb. Si chiar de-ar fi, nu cred ca-l gasesc in tara.

Smilex, am folosit acumulatori inseriati, cu ceva ani in urma. Patru bucati, Yuasa, de 24Ah, la un scuter electric. Din ce-mi amintesc, tensiunea nu era niciodata egala pe cei patru acumulatori. E drept ca acumulatorii nu i-am avut de noi. De la alti utilizatori , de eoliene sau fotovoltaice, stiu ca problema e destul de frecventa. Din cate stiu, in telecomunicatii, cand pica un acumulator, se schimba tot lotul, tocmai pentru a avea capacitati egale.

Cum spuneam in primul post, acumulatorii nu sunt noi, iar noi deocamdata nu cumpar altii . Pe de de alta parte, nu ma costa nimic sa incerc egalizarea la acestia. Iar daca stau bine sa ma gandesc, fiind doar doi inseriati, e suficienta monitorizarea doar a celui mai slab ca si capacitate.

[smilex]

Tocmai ca nu sunt doi inseriati. Sunt 12. Dar 6 dintre ei se afla in aceiasi cutie si tu ii consideri un intreg. Egalizand la 6+6 rezolvi doar 8% din problema dorita. Ar trebui sa ai 12 egalizari, dar nu o poti face.

 

Pune o schema de principiu cu ce-ai gandit. Ce anume vrei de la "egalizator"? Doresti limitarea tensiunii pe fiecare acumulator asemeni unui zener de putere dar fara pierderi?

[pisica matache]

Asta e schema...Daca tensiunea pe acumulator e sub 14,5V, TL431 e blocat, in pinul 2 avem peste 2,5V iar umplerea e zero. Cand tensiunea tinde sa creasca peste 14,5V se deschide TL431, scade tensiunea in pin 2, creste umplerea, se consuma din curentul de incarcare, care e insa transferat in cel de-al doilea acumulator. Sau cel putin asta ar trebui sa faca schema....

[smilex]

De fapt, doresti limitarea tensiunii maxime. E functional ca principiu, dar nu stiu daca merge fara inductanta serie, redresare corespunzatoare si un raport mai mic de 1/2. E interesant ce se petrece cand ambii acumulatori ajung la tensiunea care initiaza forward-urile. Fara inductanta serie (schema ta) ar fi ok, umplerea ar fi maxima pentru ca nu se atinge curentul (nu livreaza nimic in secundar la raport 1/2 si egalitate acumulatori) indiferent de valoarea tensiunilor egale, cu inductanta ar functiona la acel curent iar randamentul surselor ar determina existenta unui consumator corespondent. Dar fara inductanta si cu dezechilibru este posibil ca in sursa care porneste, momentul off sa vina prea repede (va depinde de scapari) si sa nu existe o medie suficienta de curent extras, dar ai avea avantajul tensiunilor mici vehiculate deci posibilitatea folosirii unor MOS de curent foarte mare.

E definitiva sau discutabila?

[pisica matache]

La o eoliana, cand ambii acumulatori sunt incarcati, printr-un regulator se alimenteaza o rezistenta de sarcina, capabila sa disipe puterea maxima a generatorului. Exact aceeasi schema, doar rezistenta in locul primarului. Nu se lasa generatorul in gol, altfel s-ar supratura si eventual distruge palele. In cazul de fata, daca reglez regulatorul putin sub 29V, nu se vor putea activa simultan ambele surse. Va functiona doar sursa corespunzatoare acumulatorului cu capacitate mai mica, cealalta putand lipsi. Inductanta serie va exista, cu schema pusa am incercat sa expun principiul. Desigur ca schema e discutabila, altfel nu postam aici. Orice imbunatatire e bine venita.

[puriu]

Acumulatorii cu plumb au elemente cu diferite caracteristici. La incarcare si descarcare normala elementele au tendinta de a capata grade de incarcare si tensiuni diferite. Elementele acumulatorului cu plumb nu suporta descarcarea sub o anumita tensiune, dar suporta la nesfarsit supraincarcarea cu un curent decent (fac electroliza apei din electrolit). Este foarte utila egalizarea gradului de incarcare si a tensiunilor printr-o supraincarcare cu un curent mai mic (C/20 - C/40) pana ce toate elementele "fierb". La o instalatie de incarcare automata tensiunea maxima ar tebui sa fie reglata la 28V pentru incarcare normala (C/10), la 29V pentru o usoara supraincarcare (C/20) si la 30-31V cu curent C/40 pentru egalizarea profunda a elementelor. Daca se foloseste permanent regimul de supraincarcare usoara, ca la autovehicule, totul e OK. Pentru reducerea curentului de incarcare, la o anumita tensiune la bornele bateriei, se poate folosi o baterie de becuri cu incandescenta (de far) in paralel ce se inseriaza printr-un releu cu sursa de incarcare.

[smilex]

Cred ca ar fi mult mai bine daca fiecare secundar ar debita doar pe celalalt acumulator, nu pe intregul 28V.

Se poate o simplificare:

Conform configuratiei interne, umplerea este zero la 1,2V in pinul 1 si maxima la 4,2V. Avantajul solutiei nu e doar simplitatea, ci si faptul ca egalizarea are loc si pe parcursul incarcarii, incepand cu 11,2V. Pentru un zener de 10V, de la 14,2 se ofera maxim, daca se doreste atingerea a 14,4 ar merge 2x5V1, este si recomandarea mea, nu datorita tensiunii de 14,4 ci pentru ca 5V1 este mult mai stabil termic.

Solutia presupune ca ambele functioneaza, dar cel cu tensiune mai mare extrage mai mult curent si-l daruieste celui cu tensiune mai mica. Daca valoarea curentului este suficienta, tensiunile se vor egaliza in intervalul 11,4-14,4 (pentru 2x5V1).

Se poate si ceva de genul:

Asta presupune o singura inductanta, atacata in forta cu MOS mai ?tare? si o umplere de exact 50%. Deadtime-ul (absolut necesar) poate fi un procent mic, procent care este si permisiunea diferentei intre acumulatori. Dezavantajul este ca daca ambele baterii sunt foarte bune dar exista 2V diferenta intre ele (una e mai descarcata) curentul ce apare e destul de consistent daca se forteaza egalizarea astfel, va fi limitat de pierderi, deci tranzistoarele vor fi solicitate, dar cred ca ar tine. Este si posibila inserierea inductantei cu un 0,1 ohm (sa zicem) care pentru 2V diferenta si baterii bune, ar limita la 20A. Sau 0,05 ohmi. Nu vad cum ar apare o diferenta mai mare de 2V cu ambele baterii bune. Daca una e mai slaba, curentul se va limita singur.

Asta forteaza egalarea (in limita deadtime) la orice tensiune.

Editat Mai 13, 2014 de smilex

[pisica matache]

M-am gandit si la varianta ca sursa acumulatorului mai slab sa debiteze direct pe celalalt.Probabil insa, in timp, o sa trec pe 48V, sau chiar mai mult. Dupa mine, ideal ar fi inserierea pentru a ajunge la 300V, sa pot alimenta direct consumatori in comutatie, sau o punte H, pentru restul. Generatorul pe care il folosesc, provenit din modificarea unui motor asincron trifazat, chiar scoate vreo 300V, la cca 750 RPM. De aceea debitarea pe tensiunea totala a acumulatorilor, parca ar fi mai avantajoasa.

E interesanta ideea cu zener in pinul 1.Cred ca ar merge si un TL431, in loc de zener, existand astfel posibilitatea de reglare a tensiunii maxime pe acumulator. Dar pe de alta parte, nu stiu daca ajuta cu ceva, fortarea echilibrarii, sub tensiunea maxima, sa zicem 14,5V. E de testat, sa vad ce si cum...

Nu am inteles cum functioneaza varianta a doua, cu inductanta comuna. Poti detalia te rog, sau pune o schema mai ampla ?

Editat Mai 14, 2014 de pisica matache

[smilex]

Debitarea pe toata tensiunea inseamna ca exista in sursa de pe acumulatorul cu tensiune mai mare, o parte de curent care parcurge permanent sursa absolut inutil, provocand doar pierderi, nu efecte. E drept insa ca pierderile nu sunt mari si e doar o parte din curent. Adica daca extrag o medie de 10A de pe acumulatorul cu tensiune mai mare, pot introduce 5A in toata tensiunea (randament 100%), dar cei 5A parcurg din nou si sursa. Deci de fapt extrag doar 5A din acumulatorul cu tensiune mare, sursa functionand la 10A. Daca debitez numai pe celalalt acumulator, il incarc cu 10A, extrag real 10A din bateria cu tensiune mare, iar sursa tot la 10A functioneaza. Aceleasi pierderi pentru un efect dublu.

La schema ta initiala si cea cu modificarea (zener) nu exista ?fortarea? egalizarii tensiunilor si nici limitarea maximei. Se extrage/introduce curent suplimentar si se tinde astfel spre egalizare, care se poate produce sau nu, in timp. Reglajul tensiunii maxime este inutil, nu se limiteaza tensiunea maxima decat daca media curentului vehiculat de sursa e mai mare decat cel oferit de eoliana. Eventual un reglaj de curent pentru simetria surselor...

Ultima varianta este un buck, care intradevar forteaza tensiunea la iesire in functie de umplere. Inductanta si frecventa determina o variatie de curent, variatie suprapusa peste un anume curent continuu. Valoarea acestui curent continuu este echivalentul a ceea ce s-ar obtine la punerea in paralel a doua acumulatoare de diferite tensiuni apropiate totusi. Mai bine zis, asta ar fi idealul daca n-ar exista deadtime-ul si rezistenta ohmica a bobinei si a MOS-ului, iar limitarea e destul de serioasa cu astea. Dar aceasta varianta forteaza rapid egalarea tensiunilor, nu controleaza nici un curent. Cealalta nu egaleaza, ci doar incearca asta prin controlul curentului. Simplitatea ultimei m-ar determina pe mine. Umplerea poate fi si de alta valoare. 4 acumulatori inseriati ar putea fi ?egalizati? cu 3 buck-uri la 25%, 50% si 75% umplere.

[pisica matache]

Spuneam ca debitarea pe toata tensiunea, ar fi avantajoasa la un nr mare de acumulatori. Daca am zece de exemplu, si se consuma 10A din acumulatorul mai slab, adica 145W, aceasta putere se repartizeaza in mod egal celorlalti noua acumulatori. Adica acestia se vor incarca cu cca 11A.

Nu inteleg de ce la schema initiala nu exista limitarea tensiunii maxime. Daca umplerea e maxima sa zicem, si traful corect dimensionat, ar trebui sa pot extrage tot curentul de incarcare, sa zicem 10A, sau chiar mai mult. Sa zicem 10A..care se transfera in celalalt acumulator, pana cand si acesta se va incarca. In acest moment intervine regulatorul paralel, care alimenteaza rezistenta de sarcina si nu permite cresterea tensiunii peste 29V. Sau gresesc eu undeva ?

[smilex]

Da, daca folosesti mai multi acumulatori, mai bine debitezi pe toata tensiunea.

Daca sursa extrage un curent mediu mai mare decat ceea ce da eoliana+secundarul sursei (debitata pe toata tensiunea), limitarea tensiunii exista.