Эффективная балансировка ионисторов

[Тянигран]

Доброго времени.
Изначально планировал использовать ионисторы в качестве буфера для рекуперативного торможения. Использовал простое последовательное соединение, и вроде как все идеально, но некоторые товарищи утверждают, что без балансировки это дело ненадежно. Замерил разброс, на каждой банке 1.5-1.6 вольта, т.е не велик разброс, но не знаю, как это изменится в дальнейшем.
Поэтому интересуюсь эффективными схемами балансировки ионисторов, ибо большинство даже заводских каскадов - липа с плохим КПД, большими утечками и малой отдачей по току. Микроконтроллер и его питание - не проблема. Сам на скорую руку сварганил вот такую вот схему, где разряд-заряд балансируется переключением групп а-б (в реале будут полевики), но она не идеал. Что скажете?

[RadioHAM-433]

Оно не то что не идеал это только с перепоя такое можно придумать (хотя я не знаю что там с перепоя можно придумать я спиртное не пробовал). Но вот так такой принцип балансера. Это очень старые схемы из тестовых что рисовалось когда разрабатывалось и тестировалось. Но в любом случае используется везде где больше 1 банки.
Да сейчас это всё в составе больших схем. На любое количество банок так можно сделать, единственное что лучше использовать более точные резюки, хотя иногда замена 2-3 вполне даёт хорошую точность.
Можно взять мощный ОУ (усилитель НЧ куча обычный ОУ) и 2-х канальный ОУ для 3-х банок будет миним компонентов.
Где то видел микру балансера для Li-Ion небольшой ёмкости тот же самый ОУ только с отключателем и внутренними делателями, эмитерными повторителями можно мощность любую обеспечить.
Хотя в твоём случае можно обойтись шунтами это не АКБ, хотя вон и АКБ шунтами балансируют. Я буферную батарею для БП на ионистрах обычными стабилитронами шунтировал, с небольшим протеканием тока 2-3мА. Но в моём случае имело место быть стабильное напряжение с БП и возможность настройки, задачи ионистров была продержать нагрузку 3-5сек в случае глюков с UPS, это конечно всё давно убрано в дальний ящик. Хз что там было в момент старта но напряжение везде было одинаковым, не чего не вздулось всё отлично работало и будет работать еще. Стабилитроны на 2.4В при 2.5В как раз ток получался 2-3мА, ионистры на 2.7В. С более низким напряжением может быть геморнее, хотя можно диодами так же набрать.

[Тянигран]

Как бы резисторы и стабилитроны не есть гуд для токов заряда-разряда под 10 ампер, но сам посыл вроде понял, так что наверное поверю на слово и временно ограничусь примитивной защитой от перенапряжения. Хотя почему-то кажется, что ситуация, когда один ионистор зарядится до 0.1 вольта, а второй до 2.5, вполне вероятна

[musor]

динамически нужно обязателное равенство емкостей не боле 5% тоесть подбор
статически годны даже мегаомные резисторы чтото сложне возможно но это наработки для лития

[Тянигран]

С подбором вроде как и делают заводские батареи на 5 вольт, но за надежность их все же волнуюсь, ибо полагаю, что со временем разница емкостей может заметно возрасти. Режим довольно жесткий - заряд разряд по 5-10 секунд (емкость 10 фарад). По количеству могу поставить избыточно, чтобы максимальное напряжение на батарее было до 60% от предельного.

[dummynull]

Тянигран
На всякий случай прикиньте, не будет ли проще технически вместо ионисторов заряжать конденсатор вольт на 450 в пару тысяч микрофарад через преобразователь и потом обратно преобразователем до нужного низкого напряжения опустить. J(дж)=U*U*C/2 - по этой формуле. Конечно смотря где применять, в моделизме тяжеловато наверно, может и не оправдает себя. Вообще ионисторы все равно рано или поздно изменят емкость и esr, а самое главное, что чем больше последовательно соединено, тем проблема актуальнее. Зарядить то их относительно просто, а разрядить балансируя - проблема. Мне кажется, что если у вас трудности с размером и весом, то оптимальное решение это сделать параллельно-последовательно много ионисторов, притом последовательно как можно меньше (2, ну 3), тогда шансы заиметь проблемы из-за разброса характеристик, снизятся значительно и останется только сделать какую-то простенькую схему чисто контроля напряжения на каждом при зарядке, наплевав на разряд.

[Тянигран]

Я рассматривал и такой вариант, с конденсаторами. Дело в том, что мне нужна предельно эффективная буферизация энергии, с двумя преобразователями вряд ли может быть эффективность, а с простыми электролитами - еще и значительный вес. Был бы в природе эффективный стабилизатор, который мог бы выпивать ионистор хотя бы до 0.5 вольт, выдавая напряжение в 24 и обеспечивая выходной ток 1 - 10 ампер, применил бы его.
В прочем, согласен с советом про последовательное соединение, оно будет работоспособным, даже если ионисторы в шахматном порядке испортятся

[musor]

тут смотря как испортятся теория отказоф это лживая лженаука...но без нее не было бы кетайской империи
хитромудрые кетаюзы научились чситать ресурс на 90%достоверно

[dummynull]

Тянигран
Имхо мосфет справится и с 0.5 вольтами (разумеется драйвер отдельно запитывать), но 24 вольта и 10 ампер получить с 0.5 вольт это точно не для RC моделек, ибо размеры трансформатора, толщина провода первички и радиаторы нескольких транзисторов... лучше еще ионисторов купить. Но если речь о кпд, то забейте на эти 0.5 воль, ионисторы зарядятся и так и будут на этом значении, если не разряжать до конца, на кпд не повлияет. Потом, если вы тормозите двигатель, то там могут быть напряжения выше, чем у ионисторов, значит все равно нужно преобразователь ставить, ибо просто ограничить напряжение это кпд в топку. Надо больше деталей задачи, чтоб что-то оптимальное подобрать.

[Николай_С]

Так и быть, Тянигран, подарю одну идейку. КПД её на современных деталях приближается к 100%. Только учтите, что эта идея защищена патентом и требует обязательной переработки.
Тем не менее, вот исходная схема и симуляция с описанием (смотреть в Хроме):

Спойлер

[RadioHAM-433]

Как бы резисторы и стабилитроны не есть гуд для токов заряда-разряда под 10 ампер

У меня стабилитронами балансировались ток заряда точно выше 10А БП на 250Вт 12.5В сколько он там даёт точно хз но 20А даёт.

Так это для модели? А за каким чёртом там это нужно? А не в падлу ли заряд тогда уж обратно на АКБ пустить через преобразователь? И что эт за модель где такие токи 10А 1/16?

Ладно вижу что человек нубяра полный фантазирует сам непонимает что! Замечу я обозвал нубом после того как автор игнорирует решения и факты. Стабилитрон на 10А в чём проблема да хоть на 100! А динамическая балансировка тебя от перезаярда не защитит уважаемый тебе в любом случае нужен будет шунт на те же 10А!!!

Только вот оно не надо на 10А в любом случае но вот хоть тресни! Базовая разница в ёмкости не приводит к значительному разовому (заряд с 0 без балансировки) дизбалансу не зависимо от тока, можно зарядить 1А и замерить сколько будет разбаланс! Потому важна балансировка постоянно и мощность там большая не нужна. Дисбаланс накапливается с циклированием скорее у АКБ чем инонистров. Если ты не собираешься заряжать на 100% чего я тебе не советую при любом раскладе то можно и резисторами балансировать но это тупо, тогда лучше активный на ОУ.
Учти что при при прямом переливании заряда от ёмкости к ёмкости половина будет теряться, нужна индуктивность.
Зы кстати АКБ много где заряжаются без балансера правда там заряд идёт по максимальному напряжению а разряд по минимальному. У меня с балансировкой кстати тоже так.
По поводу преобразователя но собственно КПД будет зависеть от перепада чем он меньше тем выше КПД. Количество элементов выбирают такое что бы максимизировать КПД, и если надо 24В то надо поставить 10 элементов по 1Ф чем 1 на 10!
Особо низкие напряжения не есть ГУД потому токи особо большие не стараются разгонять, от больших потерь в проводах, разъёмах вплоть до ключей которым надо будет работать на большом тока и высокой напруге. 10А желаемых при 24В это 240Вт, при 0.5В это почти полкиампера тебе провода в палец на 20см потеряют сотни мв, 4кв 16мв на 2м при 1А, то есть это 1 метр провода. Кстати заряд ёмкости напрямую от мотора без преобразователя КПД будет низким, вдобавок потери на диодах при таких напряжених будут оочень большими тут только ключи уже но это если ты хочешь с 1 банкой работать на заряд. Потому непонятно если в приоритете КПД то без преобразователя никак и точка!!!

Мы в относительно реальном мире тут достигнуть одинакового результата можно разными средствами а не только вдолбиться в 0.5В. Можно соединить последовательно и балансировать отлично. А для начала бы надо было бы провести тесты, симуляцию работы посмотреть каким будет дисбаланс при слабеньком балансере. Повышением эффективности такой системы является подбор банок.
В конечном итоге в реальном мире что бы чего то достичь придётся что то сделать, затратить энергию что бы совершить работу надо затратить энергию.
Для начала бы автору надо было бы сказать где это будет применяться. А то похоже что это не имеет практического применения а ради тестов всё делается. На малых мощностях такого не делают как затрат энергии на то что бы возить с собой средства рекуперативного торможения будет больше чем можно получить обратно, проще слить в тепло. А судя по мощностям это маломощная система.

[As]

А что, разве ионисторы не могут самобалансироваться? У них же ток утечки растёт с ростом напряжения на обкладках! Если нет значительного разброса ёмкости последовательно соединённых ячеек - недолжно и возникнуть критичного разбаланса...

[Тянигран]

Окей, выкладываю все на чистоту. Что за модель и какие габариты? Прототип лифта! Уменьшенная (на стадии прототипа) модель с грузом весом около 50 кг, bldc движок мощностью 250 ватт, перемещается на зубчатой рейке. Причем тут 0.5 вольт? Да это при торможении при спуске пустого лифта, остальные 0.7 вольт теряются на трехфазном выпрямителе.
Собственно, задача на то, чтобы по максимуму повторно задействовать энергию.
RadioHAM-433, где это нашел такие ионисторы, которые при такой емкости способны выдать ток в 10 ампер, да еще и при последовательном включении?

[RadioHAM-433]

да еще и при последовательном включении?

maxwell ионистры есть оочень мощные, при 3кФ помоему выдают 9кА в КЗ и 1кА норма.
А почему у тебя стоят ограничения на ёмкость какие то в 10Ф а не 100? Нет денег на тесты? Кстати ты знаешь что ионистры имеют большой саморазряд так что хранить ты в них долго не сможешь. Сделать использование ионистров в стационаре тут без проблем.
А как по мне это распил бабла если быбло пилишь не ты то втюхах чё нить и получи свой кусок и не занимайся тут хернёй!

Но вот лифт, стационар тогда размер и вес не в тему! Тогда сделать всё на преобразователях. Отказ от противовеса в пользу электроники?

[dummynull]

Тянигран
Ищите ультраконденсаторы или суперконденсаторы, есть вроде даже местного производства (а может перемаркированные), встречал 500 фарад за 900 рублей примерно, на 2.7 вольта.
Насчет 0.7 вольт потерь это если с диодов, то выкидываете их и ставите взамен на мосфетах синхронный выпрямитель.
Еще крайне рекомендую сперва провести эксперименты с эффективностью бесколлекторника, потому что хоть и хвалятся размером и эффективностью, она полностью берется из использования мощных магнитов, а не хорошо продуманной конструкции. Не знаю, какой вы мотор используете, но чисто по своему опыту модельных моторчиков скажу, что когда коротишь выводы такого мотора и пытаешься прокруть вал, силу надо во много раз меньше прикладывать, чем при закорачивании простенького шагового двигателя (но шаговики генераторы так себе). Попробуйте дрелью или шуруповертом раскрутить движок и померить получаемую мощность, потому что огромные шансы сэкономить электричество даже без рекуперации, поставив более толковый движок. Еще не факт, что удастся не потерять дико кпд на редукторах, чтоб движок раскрутить в лифте до таких оборотов, когда он становится достаточно эффективным. Если у вас уже все продумано в этом плане, то не обращайте внимания на мою писанину.

[As]

Для лифта важнее безопасность, чем экономичность... Для малоэтажного дома делают гидравлику, она получается проще и безопаснее...

[RadioHAM-433]

Зачем лифт для малоэтажного? Грузовой если. Или у вас там перевозка грузов? Если грузы то да, но тут всё серьёзней и такие вещи Вам поручать не должны даже во сне. Я лично когда жил в на 9 этаже в Мск не пользовался лифтом, обгонял лифт вверх без напряга. И вообще лифтами не пользуюсь даже 50 этажей это не подов для лифта на холостом.
Да и кстати на таких оборотах на каких там мотор будет работать там генерация вообще будет из ряда какого то бреда если лифт не будет вниз падать на скорости почти свободного падения. А КПП ставят для таких вещей постоянные переключения будет зае надёжность, легкая ремонтируемость и низкая стоимость! Видимо для усложнения удорожания уменьшают количество механики, отказ от редукторов и всё такое.
Проверенные решения не про Вас так? Но еще бы нормальный бы такую задачу и не поставил бы или бы решил всё если уж ставит такую задачу. Иначе как для кухарки ускоритель частиц строить начиная хоть с того что нах он ей?
То случаем не лифт для Чака Нориса?

[Тянигран]

Лол, RadioHAM-433, что хочу, то и делаю. Хочу пилю бабло, хочу - изобретаю машину времени или лечу на луну и перекрашиваю её в голубой цвет. Еды не дам.

dummynull, это верная заметка, так что по возможности поищу движок с более пригодными характеристиками и режимом. Но речь как бы про балансировку ионисторов. Про местных слышал - <Феникс>, у них и вовсе все модули без балансировки, что приводит в недоумение.

[RadioHAM-433]

у них и вовсе все модули без балансировки, что приводит в недоумение.

Это от незнаия всё и не более. Потому что балансировка там имеет весьма относительное значение и если не заряжать на полную то даже без подбора напряжение не выйдет за пределы. И подстраховки в виде стабилитронов хватит вполне что уж точно всё было зае. Правильно у ионитсров большой саморазряд они балансируются потихоньку сами даже.
Точнее всё определяется разбросом и уровнем заряда грубо говоря при разбросе в 10% недозаряд в 20% даст 10% запас . На АКБ немного сложнее хотя Li-Ion и до 4.05 заряжать можно без заметной потери ёмкости да и на АКБ имеет значение минимального разряда а ионистры может разряжаться до 0 так что это не актуально уже так, переполюсовать банку даже без подборов будет очень сложно в небольшой батареи.

Резисторы не самый лучший метод, стабилитроны тоже не балансер, решением если надо может быть активная о которой я говорил выше. Для начала бы надо выяснить необходимую мощность для подобного.

Просто ты так сказать опозорился даже не проведя тесты что бы придти с какими то данными стал решать несуществующую задачу. Я видел таких не раз, всё же у нас тут не детсад.
Одним из методов эффективной балансировки является заряд каждой банки независимо, простое решение которое может сделать любой кто собирал ИИП.
Тупо долбить могут только дялеты.
В серьёзных решения банки подбирают по параметрам как такая возможность есть почти без лишних затрат. В мелкое что то оно того и не стоит да и там всё и так зае. Кстати может даже кто то продаёт партии ионистров подобранных по параметрам для сборки батарей. Подбор по параметрам даёт на порядок лучший результат упрощает балансер и повышает КПД и надёжность. Не всё масштабируется, решения для мелких и маломощных систем не всегда применимы для больших огромной мощности, так же для мелких они могут оказаться неоправданно дорогими и просто быть лишним грузом в силу в отсутствии надобности в них.

Да и вообще не проще ли вернуть энергию обратно в сеть? Может стоит на счёт этого потолковать с энергокомпанией которые поставят счётчик который может возврат считать? Да и просто верерняка вся энергию уйдёт на ближних потребителей просто тормозя счётчик, любой асинхронник работает в режиме генератора при наличии реактивной мощности, то есть если подключенный к сети асинхронник крутить быстрее он начнёт энергию возвращать.

[Тянигран]

Итак, ты озвучил 3 решения:
1) Тупо набрать с запасом по напряжению. А что? Удобно, просто. Меньше саморазряд, больше внутреннее сопротивление (из-за избыточного числа банок). Пока мне этот вариант больше симпатичен.
2) Заряжать каждую банку независимо через ИИП. Тоже круто. Только сложно. Можно попробовать.
3) Вернуть энергию обратно в сеть. В некотором смысле так и планирую сделать, чтобы ионисторы по мере заряда брали на себя нагрузку с основной батареи.

Ну и варварское решение чисто от себя - набрать аналогичные емкости обычных электролитических конденсаторов и радоваться жизни. Только по цене и габаритам будет как в раз для лифта Чака Нориса