Aktif Dengeleme Tekniği

 

Aktif dengeleme tekniği, bir batarya sisteminde fazla enerjiye sahip olan bataryanın

enerjisinin diğer bataryalara dağıtılması mantığına dayanmaktadır. Pasif dengelemeye göre

verimi daha fazladır. Fakat pasif dengeleme tekniğine göre daha fazla eleman ve daha

karmaşık bir algoritma gerektirir.

Enerjinin bir bataryadan diğer bataryalara dağıtılması işlemi, anahtarlamalı

kondansatör tekniği (Şekil-4.5) gibi bir bataryanın örneklenmesi mantığına dayanan

tekniklerle yapılabileceği gibi, dengeleme işleminin daha hızlı olmasını sağlayan gerilim

yükseltici teknikleri kullanılarak da yapılabilir.

Anahtarlamalı kondansatör tekniğinde kondansatörün bacaklarının bağlı olduğu

anahtarlar, bataryalardan enerjisi yüksek olan bataryanın enerjisini kondansatörün üzerine

depolayacak şekilde sola ya da sağa çekilir. Mesela özdeş iki batarya olan Pil-1 ve Pil-2

bataryalarıyla oluşturulmuş bir sistemde, Pil-2 bataryasının enerjisinin Pil-1 bataryasından

yüksek olduğunu farz edelim. Bu durumda Pil-2’nin enerjisinin bir kısmını Pil-1’e

aktarmamız gerekecektir. Bunun için önce kondansatör sağa doğru hareket ettirilir ve Pil2’deki enerjinin bir kısmı kondansatöre aktarılarak kondansatör geriliminin Pil-2’nin

gerilimine eşit olması sağlanır. Daha sonra kondansatör sola doğru hareket ettirilerek gerilimi

yüksek olan kondansatörden Pil-1 bataryasına enerjinin bir miktarının transfer edilmesi

sağlanır. Kondansatörden Pil-1 bataryasına enerjinin transferi işlemi tamamlandıktan sonra

bu işlem döngüsü iki özdeş bataryanın enerjileri (eğer bataryalar özdeş değilse sadece

gerilimleri) eşit olana kadar devam eder.

Harcamasız topolojiler şarjı batarya hücreleri arasında taşır. Tipik olarak aktif

çalışırlar, linklerdeki dengeleme akımını belirlemek için bir kontrol stratejisi kullanırlar.

Hücreden hücreye, hücreden yığına ve yığından hücreye topolojileri olarak

sınıflandırılabilirler. Güç elektroniği dönüştürücüleri yığın boyunca şarjı taşımak için ve

dengeleme linklerini gerçekleştirmek için kullanılır. Şekil-4.3’te örnekleri gösterilmektedir.

SOC dengeleme donanımının performansı dengelemede geçen zamana ve enerji

kaybına göre değerlendirilebilir [160]. Dengelemede geçen zaman, verilen en kötü başlangıç

link akımı ve dengesizlik durumu için dengelenmiş bir SOC oluşturmak üzere dengeleme

topolojisinin gerektirdiği zaman olarak tanımlanır. Dengeleme işleminin enerji kaybı ise, en

kötü başlangıç dengesizlik durumunu, dengelerken ne kadar enerjinin ısı olarak

kaybolduğunu tanımlar. Bir topolojinin en kötü başlangıç dengesizlik durumu maksimum

yüzdelik dengesizlik olarak tanımlanan kabul edilebilir başlangıç dengesizliklerinin tümü

üzerinde yinelenir [160]. Karşılaştırma yapılırsa, aktif harcamalı dengeleme her iki

performans ölçeğine göre pasif dengelemeden daha fazla iyileştirme yapar, çünkü enerji

harcaması seçicidir ve sadece aşırı şarja sahip hücrelere uygulanır. Bunun gibi aktif harcamalı

dengeleme tüm kabul edilebilir başlangıç dengesizlikleri için sabit bir zaman gerektirmesi

nedeniyle t2b’ye göre bir kıyaslama referansı olarak görülebilir. Bazı harcamasız topolojiler

bu t2b kıyaslama testini karşılar ve e2b’yi anlamlı şekilde düşürür[160]. Bunun örnekleri

kapasitif depolama elemanı topolojisi ve genellikle büyük batarya yığınları için uygun olan

çoklu indiktör topolojisidir.

Aktif harcamalı dengeleme HEV ve EV gibi uygulamalarda popülerdir. Çünkü

grupların hücre gerilimleri, sıcaklıkları vb. parametrelerin izlenmesi gerekir. Bu yüzden SOC

tahmini ve dengeleme algoritmalarının altyapısı mevcuttur. Harcamalı dengeleme genel

olarak harcamasız dengelemeden daha uygun maliyetli olarak görülür. Çünkü alternatifi olan

harcamasız yöntemler, DA/DA dönüştürücüler anlamında daha fazla elemanlı linkler

gerektirir[78]. Ancak harcamasız topolojiler batarya grubunda ortaya çıkan atık ısıyı

düşürdükleri için batarya grubunun soğutmasını kolaylaştırır. Bunun yanında yeniden

dağıtma fonksiyonunun uygulanma yeteneği bir batarya grubunun dengesiz enerjisini

kullanmaya imkan tanır, bu da bazı hücreler kapasitesini kaybettiği zaman batarya ömrünü

artırır.

 

Kaynaklar: https://openaccess.firat.edu.tr/xmlui/bitstream/handle/11508/18216/479147.pdf?sequence=1