Формування та дослідження низьковольтних модулів акумуляторних батарей та суперконденсаторів для автономних систем електричного живленнях

Abstract

У сучасних автономних системах електричного живлення, зокрема для електричних транспортних засобів, часто застосовують акумуляторні батареї (АБ) як джерела енергії та суперконденсаторні (СК) модулі як джерела потужності. Щоб забезпечити необхідний рівень бортової напруги, ці засоби містять велику кількість низьковольтних комірок, роботу яких супроводжують непрості електронні системи енергетичного менеджменту (СЕМ). Спрощення роботи таких систем, зниження їх вартості, а також забезпечення низки інших переваг енергетично-тягових систем транспортних засобів можна досягти, застосувавши модульний підхід як до побудови двигунів із відповідними системами керування, так і до їх електричного живлення. У статті викладено результати формування та дослідження низьковольтних (12–16 В) модулів Li-Ion АБ та СК-модулів для побудови модульних систем електричного живлення транспортних засобів. Роботу розпочато із вимірювання основних параметрів – ємності та внутрішнього опору – для достатньо великої кількості однотипних Li-Ion та СК-комірок. У результаті подальшого відбору (скринінгу) комірок із подібними параметрами створено відповідні низьковольтні модулі. Їх функціонування досліджували в зарядно-розрядних циклах зі сталими значеннями струму, порівнюючи напруги на послідовно ввімкнених елементах чи групах паралельно увімкнених елементів як із використанням спеціальних електронних плат СЕМ, так і без них, а також для випадків цілеспрямованого скринінгу комірок із подібними параметрами та довільного їх вибору. Дослідження низьковольтних модулів Li-Ion АБ показали, що у разі застосування спеціальної плати СЕМ підбирати параметри елементів для їх паралельно-послідовного з’єднання не потрібно. Проте скринінг Li-Ion комірок за схожими основними параметрами у низьковольтних модулях дає подібні результати навіть без застосування СЕМ. У СК-модулях функцію пасивного балансування зарядів СК-комірок добре виконує проста захисна електронна плата, проте лише за повного заряджання комірок. Для активного балансування необхідні складніші й дорожчі СЕМ. Однак у випадку низьковольтного СК-модуля із відібраними СК-комірками з подібними параметрами відбувається самовирівнювання напруг шести послідовно з’єднаних СК-груп із двома паралельно з’єднаними СК-комірками в кожній групі. Отже, скринінг енергетичних комірок є дієвим підходом для створення простіших та дешевших низьковольтних Li-Ion АБ та СК-модулів.