Re: Aktivní balancery v koloběžkách?

Pavel Hudeček edizon na seznam.cz
Neděle Duben 2 17:15:23 CEST 2023


L1 a diodu u ní vynechat nelze. Ta slouží k vracení energie uložené v 
indukčnosti. Ale pozor, vinutí L1 musí být pólováno obráceně.

Provozujeme trafo v propustném režimu, tedy přenos energie nastává v 
sepnutém stavu. Aktivními vinutími prochází 2 složky proudu:
1. Pracovní proud, v našem případě náhodným směrem. Velikost proudu je 
dána rozdílem napětí, velikostmi všech odporů v cestě a rychlost jeho 
růstu je omezena rozptyplovou indukčností trafa a všemi dalšími 
parazitními indukčnostmi v cestě (to je zároveň k otázve 2).
2. Magnetizační proud, daný indukčností vinutí, ten se vždy nabíjí s 
polaritou od + k -. Velikost volíme při návrhu trafa počtem závitů 
primáru tak, aby konečná hodnota byla přiměřeně pod hranicí nasycení 
jádra. Snaha o velké snížení vede k velkému počtu závitů a tedy velkému 
odporu drátu, k velkému trafu,nebo obojí najednou. Běžně bývá 10 % 
pracovního proudu. V propustném režimu nutné zlo, tedy energii nepřenáší 
užitečným způsobem, jen hromadí, ale její přenos někam zajistit musíme, 
jinak bude ohřívat spínací prvky. Tzn. po vypnutí musíme zařídit, aby 
proud mohl někde procházet původním směrem, dokud nezanikne, aby to 
trvalo přijatelnou dobu a aby ta energie pokud možno nebyla ztracena. 
Procházení původním směrem znamená, že vinutí se po rozepnutí stává 
proudovým zdrojem s polaritou napětí obrácenou proti nabíjecímu U.

Poznámka: Magnetizační proud je jeden pro celé trafo, takže když vyjde 
třeba 10 A, neznamená to, že půjde 10 A z každého článku, ale bude 
společný pro všechny a taky se nějak rozdělí podle napětí a odporů.

Příklady:
a) Rekuperační vinutí bude mít pro N článků Nkrát víc závitů: Doba 
rekuperace magnetizačního proudu se shoduje s dobou sepnutí. Doba 
sepnutí musí být pod 50 %. Indukované napětí je shodné s budícím, 
spínací prvky tedy rozpínají dvojnásobky.
b) N/2: Doba rekuperace je poloviční, doba sepnutí musí být pod 2/3. Ale 
po rozepnutí bude na všech vinutích dvojnásobné obrácené napětí, spínací 
prvky rozpínají trojnásobky.

Takže k otázce 1: Velikost trafa vyjde z rozumné magnetizace a 
magnetizačních ztrát v jádře. Jde tedy o to, aby jádro nebylo přebuzeno 
a nepřehřívalo se prostě jen kvůli vysoké frekvenci. Takže např. na 10 
článků, když chcete proud do 30 A, tak předpokládám, že nejvyšší výkon 
bude přenos z 5 článků na druhých 5, tedy 18V*30A = 540W. je tedy 
potřeba trafo parametrama vhodné pro 540 W v jednočinném propustném režimu.

Poznámka: Transferovaný výkon můžete řídit dřívějším vypínáním všech, 
nebo některých tranzistorů, ale asi z toho poplynou nějaké složitosti, 
nebo ho řídit nemusíte a pak prostě ňákej bude a ňák to bude fingovat:-)

Při návrhu trafa je pak užitečné, kromě textu o mag. proudu:
B = L*I / N*S
L = √(L/Al)
A datasheet od jádra, kde je S, Al, max.f a pod.

PH

Dne 02.04.2023 v 13:23 Martin Záruba napsal(a):
>
> Takže když vynecháte všechny D vpravo a také T1 L1 a diodu vlevo, 
> uzavře se proud, vzniklý z energie nahromaděné v jádře, při rozepnutí 
> přes substrátovou diodu toho tranzistoru, kde je článek s nejmenším 
> napětím. Je to tak?
>
> 1) Proč ale musí být trafo velké (při dostatečně vysoké frekvenci jsem 
> si to představoval jako toroid s pár závity pro každý článek)
>
> 2) Jak spočítat jak velký proud poteče mezi články, když jsou jakoby 
> paralelně? Zde asi bude zásadní zdánlivý odpor způsobený rozptylovými 
> indukčnostmi. Ale jak jej spočítat?
>
> Martin Záruba
> Dne 2.4.2023 v 13:11 Pavel Hudeček napsal(a):
>> No to je ta klasická metoda s trafem, o které byla v tomhle tématu 
>> taky řeč, nebo možná v tom co mě k jeho zahájení inspirovalo. Jen je 
>> tam navíc ten T1. Když se sepnou všechny ostatní, začne se energie 
>> přenášet všemi směry, jako kdyby byly všechny články chvíli 
>> paralelně. To funguje při nabíjení i vybíjení.
>> Kdybych to dělal, vynechal bych T1 a všechny D vpravo. A asi bych ty 
>> T dával spíš dolů, ovládání bude jednodušší. Nebo pokud nahoru, tak P.
>>
>> Ale mě se na tom nelíbí potřeba relativně velkého trafa, ke kterému 
>> navíc povedou dráty ode všech článků. Já chci malé desky, které se 
>> dají přímo k článkům a mimo pack už nepovede nic, nebo jen 
>> komunikace. Tu bych vyved do místa skládání řídítek a tam bude držák 
>> s microSD, abych se pak mohl podívat, jak to v delším období pracovalo.
>>
>> PH
>>
>> Dne 02.04.2023 v 12:19 Martin Záruba napsal(a):
>>>
>>> No to asi bude fungovat a můžete přelévat cokoli kamkoli, ale je to 
>>> složité a na každý článek jsou potřeba dva mosfety. NApadlo mě toto 
>>> zapojení:
>>>
>>> Všechny cívky jsou na jednom jádře a cívka L1 má cca 80% závitů, 
>>> jako ostatní dohromady. Buzení je do všech mosfetů současně, mimo 
>>> T1. Vzhledem k magnetické vazbě poteče při sepnutí všech pravých 
>>> tranzistorů proud především z článku o nejvyšším napětí.
>>>
>>> Pak se všechny zavřou a  energie z jádra se přelije přes diodu do 
>>> celé baterie. Tak se balancuje při téměř úplném nabití, kdy hrozí 
>>> přebití jednoho článku. Při vybití naopak sepne tranzistor T1 a po 
>>> určité době rozepne a energie z jádra se přelije především do článku 
>>> s nejmenším napětím. Ještě je otázka, zda by tam ty diody vůbec 
>>> musely být, zda by stejnou službu nezajistila substrátová dioda v 
>>> mosfetu.
>>>
>>> Je to velký nesmysl?
>>>
>>> Martin Záruba
>>> Dne 2.4.2023 v 10:59 Pavel Hudeček napsal(a):
>>>> Trochu počítání:
>>>>
>>>> Q = C * dU
>>>> I = Q * f = C * dU * f
>>>> f = I/(C * dU)
>>>>
>>>> Takže když I bude 10 A, dU 100 mV a C 100 µF, aby se to poskládalo 
>>>> z rozumných keramik, f vyjde 1 MHz, nebo třeba 2 MHz pro 50 mV.
>>>>
>>>> To by mi přišlo celkem OK.
>>>> Jenže co když bude potřeba pomoct více článkům?
>>>> Na to mi ty kapacitní metody přijdou moc komplikovaný.
>>>>
>>>> Naproti tomu s indukčností stačí tahat výkon z článků co maj víc 
>>>> přímo ven a tím snižovat I přes celou sérii, přičemž tohle můžou 
>>>> jednotlivé sekce dělat zcela paralelně. Tedy je jedno, jestli se to 
>>>> děje s 1 nejsilnějším článkem, nebo 9 z 10. Při nabíjení zas 
>>>> obráceně, přebytečný náboj od nejslabších se tahá ven a zvyšuje 
>>>> celkový nabíjecí proud pro ostatní.
>>>>
>>>> Zatím uvažuju o tomhle:
>>>>
>>>> Řídit by to mělo ňáký ATtiny z novější řady co má DAC a CCL, aby to 
>>>> mohlo běžet jako step-up v proudovém režimu. Tedy timer nahodí 
>>>> výstup a po dosažení nastaveného napětí D-S dolního tranzistoru ho 
>>>> komparátor zas vypne.
>>>> Teda aspoň doufám že to tak půjde, s CCL/LUT jsem zatím nic nedělal.
>>>>
>>>> PH
>>>>
>>>> Dne 02.04.2023 v 8:41 Martin Záruba napsal(a):
>>>>>
>>>>> Máte pravdu. Takže jste toho názoru, že balancer bez indukčnosti 
>>>>> by šel udělat rozumně i kdyby balancoval proudy velikosti 10 - 30 A?
>>>>>
>>>>> Martin Záruba
>>>>> Dne 1.4.2023 v 18:11 Pavel Hudeček napsal(a):
>>>>>> Dejme tomu, že transfer je zahájen při překročení rozdílu 40 mV. 
>>>>>> Probíhá nabíjení, napětí se rozlejzají a náhodou zrovna při 4 V 
>>>>>> rozdíl překročí hranici. Jeden článek má 4,02 a jeden 3,98 V. 
>>>>>> Rozdíl tedy činí 1 %.
>>>>>> To znamená, že při přenosu se ztratí 1 % energie.
>>>>>> Účinnost je tedy 99 %.
>>>>>> A když se to stane při vybíjení a náhodou až při 3 V, 40 mV je 
>>>>>> 1,333 %, účinnost bude 98,666 %.
>>>>>> Kdyby došlo na extrém, že balancer těžce nebude stíhat a nejhorší 
>>>>>> článek bude mít už 3 a nejlepší ještě 4, účinnost bude 3/4, tedy 
>>>>>> 75 %.
>>>>>>
>>>>>> PH
>>>>>>
>>>>>>
>>>>>> Dne 01.04.2023 v 14:18 Martin Záruba napsal(a):
>>>>>>>
>>>>>>> Asi jsem natvrdlý, chápu princip s indukčností, ale pokud tam 
>>>>>>> není, tak jestliže chci z většího napětí, (třeba v tom 
>>>>>>> supercapu) dobít ten slabší článek, tak jediným, co omezuje 
>>>>>>> proud jsou odpory v celé cestě, ať jsou realizované čímkoli. No 
>>>>>>> a na těch se ten rozdíl musí přeměnit na teplo. Je to nevýznamné 
>>>>>>> nebo ta účinnost je pak bídná?
>>>>>>>
>>>>>>> Martin Záruba
>>>>>>> Dne 1.4.2023 v 13:15 Jaroslav Lukeš napsal(a):
>>>>>>>> Vydrží mnohem déle, ikdyž balancovací proud je 1% odběru. Ony 
>>>>>>>> ty aku mají rozptyl kapacit kolem 5%, velká zátěž taky není 
>>>>>>>> pořád, takže vydrží ne jen o rok, ale řádově déle.
>>>>>>>>
>>>>>>>> Ale je potřeba nikoli kýblovou brigádu a je jedno jestli do 
>>>>>>>> cívek nebo do kondů, to ale taky funguje, je to levný, malý, 
>>>>>>>> ale balancování trvá tak o 2 řády dýl (mimochodem - používám to 
>>>>>>>> taky, je to levný a dá se to dát všude, co je zapnutý je občas)
>>>>>>>> https://www.aliexpress.com/item/4000467536147.html
>>>>>>>> https://www.aliexpress.com/item/4001340590317.html
>>>>>>>>
>>>>>>>> ale co má velkou zátěž, nebo jede často, tak bude lepší ten s 
>>>>>>>> toroidem nebo supercapem, toroid už jsem sem dával tak 
>>>>>>>> supercap, ale ty hodně lezou do peněz
>>>>>>>> https://www.aliexpress.com/item/4000841655633.html
>>>>>>>> https://www.aliexpress.com/item/33036949073.html
>>>>>>>>
>>>>>>>>
>>>>>>>> Jan Kuba napsal(a):
>>>>>>>>> Slaboučký článek pak slouží jako propojka.  Kdyby se to 
>>>>>>>>> balancovalo i při tom odběru tak podle mě ta baterie vydrží 
>>>>>>>>> mnohem déle. 
------------- další část ---------------
HTML příloha byla odstraněna...
URL: <http://list.hw.cz/pipermail/hw-list/attachments/20230402/78924be9/attachment.htm>
------------- další část ---------------
A non-text attachment was scrubbed...
Name: 6meA5Yq7nW5TkYCz.png
Type: image/png
Size: 6507 bytes
Desc: [žádný popis není k dispozici]
URL: <http://list.hw.cz/pipermail/hw-list/attachments/20230402/78924be9/attachment.png>
------------- další část ---------------
A non-text attachment was scrubbed...
Name: v0EOaD5L47wbRNjE.png
Type: image/png
Size: 8827 bytes
Desc: [žádný popis není k dispozici]
URL: <http://list.hw.cz/pipermail/hw-list/attachments/20230402/78924be9/attachment-0001.png>


Další informace o konferenci Hw-list