Uniwersalny balanser aktywny

Przy budowie amatorskich pakietów akumulatorowych spotykamy się z problemem trudności doboru identycznych cel z powodu tolerancji ich pojemności. Aby pakiet nie miał parametrów najsłabszego ogniwa, stosuje się układy balanserów mających za zadanie wyrównanie ładunku ogniw składowych. Najpowszechniejsze balansery to układy pasywne, które po przekroczeniu sztywno ustalonego progu napięcia obciążają ogniwa o wyższym napięciu, umożliwiając przepływ prądu ładowania do ogniw o niższym napięciu i wyrównanie zgromadzonego ładunku. Niestety pomimo prostej realizacji balansery pasywne bezpowrotnie zamieniają nadmiar ładunku na ciepło, co oczywiście wpływa na sprawność ładowania. Ogranicza to ich zastosowanie do akumulatorów o niewielkiej pojemności lub znacząco wydłuża czas balansowania pakietu przy zachowaniu akceptowalnej mocy strat.

Budowa i działanie

Zaprezentowany balanser aktywny dzięki zastosowaniu cewki indukcyjnej przekazuje nadmiarowy ładunek z ogniwa o wyższym napięciu do ogniwa o napięciu niższym. Schemat układu został pokazany na rysunku 1.

Rysunek 1. Schemat układu balansera

Napięcie z pakietu doprowadzone jest do złącza BAT, biegun dodatni do wyprowadzenia VBAT-3, środek do VMID-3, a minus do masy GND-1. Za proces balansowania odpowiada specjalizowany układ ETA3000 (ETA Solutions). Układ co 2 sekundy mierzy napięcia cel pakietu VBAT-VMID, VMID-GND, jeżeli zmierzone napięcia różnią się o więcej niż 100 mV, a napięcie VBAT-GND jest większe od progu detektora ULVO=3,75 V rozpoczyna się proces balansowania, tj. przekazywania energii z celi o wyższym napięciu do celi o niższym napięciu. Maksymalną wartość prądu balansowania ustala R1, w modelu to ok. 1500 mA. Balansowanie zostaje zatrzymane, gdy napięcia na celach zostaną wyrównane, po czym układ przechodzi w stan SLEEP, pobierając nie więcej niż 2 μA, co zapewnia niskie samorozładowanie pakietu.

Ze względu na rezystancje wewnętrzne ogniw i doprowadzeń wpływające na dokładność pomiaru napięć, maksymalna różnica na ogniwach po balansowaniu nie przekracza ±30 mV. Ze względu na zasadę działania bazującą na wykrywaniu różnicy napięć, a nie ustalonego progu, układ jest uniwersalny i nadaje się do ogniw LiFEPo4 i Li-Ion, o ile napięcie pakietu nie przekracza 10 V. Warunek ten spełniają nawet nowoczesne ogniwa o podwyższonym do 4,35 V napięciu.

Montaż i uruchomienie

Układ wykonany jest dwustronnej płytce drukowanej, której schemat został pokazany na rysunku 2.

Rysunek 2. Schemat płytki PCB

Montaż układu nie wymaga dokładnego opisu. Układ nie wymaga uruchamiania, wartość elementów należy dopasować do pojemności akumulatora i ustalonego prądu balansowania zgodnie z kartą katalogową ETA3000.

Adam Tatuś, EP