Μαθήματα:
- Εισαγωγή
- Υλικά και προδιαγραφές διαφορετικών μπαταριών
- Μπαταρία μολύβδου οξέος
- Νικέλιο-κάδμιο (Ni-Cd)
- Υδρίδιο μετάλλου νικελίου (Ni-MH)
- Ιόν λιθίου (ιόν λιθίου)
- Super capacitor (supercap)
- Εξισορρόπηση κυψέλης μπαταρίας
Εισαγωγή:
Το υβριδικό ή πλήρως ηλεκτρικό αυτοκίνητο έχει μεγαλύτερες, βαρύτερες μπαταρίες από τα αυτοκίνητα με μόνο κινητήρα εσωτερικής καύσης. Τα υβριδικά αυτοκίνητα χρησιμοποιούν υψηλές τάσεις, οι οποίες μπορεί να είναι απειλητικές για τη ζωή εάν οι επισκευές πραγματοποιηθούν από άτομα χωρίς εξειδίκευση. Ως παράδειγμα:
- Ένας κινητήρας εκκίνησης σε λειτουργία χρησιμοποιεί περίπου 1,2 kW (1200 Watt)
- Ένα υβριδικό αυτοκίνητο που λειτουργεί αποκλειστικά με ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιεί περίπου 60 kW (60.000 Watt)
Τα υβριδικά αυτοκίνητα επιτρέπεται να εργάζονται μόνο από άτομα που έχουν υποβληθεί σε ειδική εκπαίδευση. Υπάρχει ένα ενσωματωμένο δίκτυο 12 volt για την τροφοδοσία αξεσουάρ (όπως ραδιόφωνο κ.λπ.) με τη δική του μικρή μπαταρία και υπάρχει ένα ενσωματωμένο δίκτυο υψηλής τάσης που λειτουργεί στα 400 volt (ανάλογα με τη μάρκα ). Η τάση 400 V μετατρέπεται σε 12 V από ειδικό μετατροπέα DC/DC και φορτίζει τη σχετική μπαταρία.
Υψηλές απαιτήσεις τίθενται σε μπαταρίες υβριδικής μετάδοσης κίνησης. Πρέπει να είναι πολύ μεγάλα χωρητικότητα αποθήκευσης να έχω. Αποθηκεύονται μεγάλα αποθέματα ενέργειας και αντλούνται πολύ υψηλές τάσεις κατά την υποστήριξη του κινητήρα εσωτερικής καύσης (υβριδικό) ή κατά την παροχή ενέργειας για την πλήρη πρόωση (BEV).
Η παρακάτω εικόνα δείχνει μια μπαταρία από ένα Toyota Prius. Αυτή η μπαταρία Nickel Metal Hydride (NiMH) περιέχει 28 μονάδες, η καθεμία αποτελούμενη από 6 κελιά. Κάθε στοιχείο έχει τάση 1,2 βολτ. Η συνολική τάση αυτής της μπαταρίας είναι 201,6 βολτ.
Υλικά και προδιαγραφές διαφόρων τύπων μπαταριών:
Κατά την ανάπτυξη του ηλεκτρικού συστήματος μετάδοσης κίνησης, γίνεται επιλογή μεταξύ διαφορετικών τύπων μπαταριών. Οι ιδιότητες, οι επιδόσεις, οι επιλογές κατασκευής και το κόστος παίζουν σημαντικό ρόλο. Οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενοι τύποι μπαταριών σε υβριδικά και πλήρως ηλεκτρικά οχήματα είναι οι μπαταρίες Ni-MH (υδρίδιο μετάλλου νικελίου) και μπαταρίες ιόντων λιθίου (ιόντων λιθίου).
Εκτός από τους τύπους Ni-MH και Li-ion, υπάρχει μια ανάπτυξη ηλεκτρολυτικών πυκνωτών, τους οποίους τοποθετούμε με την ονομασία «super capacitor» ή «supercaps».
Ο πίνακας δείχνει τα υλικά των διαφόρων μπαταριών με τις προδιαγραφές τους.
Μπαταρία μολύβδου:
Ο πίνακας αναφέρει επίσης την μπαταρία μολύβδου-οξέος (δεν λαμβάνονται υπόψη οι εκδόσεις gel και AGM). Επειδή η μπαταρία μολύβδου-οξέος έχει τη μεγαλύτερη διάρκεια ζωής με μέγιστη εκφόρτιση 20%, υποφέρει από θείωση καθώς γερνάει και έχει χαμηλή ενεργειακή πυκνότητα και περιεκτικότητα, δεν είναι κατάλληλη για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα. Βρίσκουμε την μπαταρία μολύβδου ως αξεσουάρ. Οι καταναλωτές χαμηλής τάσης όπως ο φωτισμός, τα συστήματα άνεσης (αμάξωμα) και το σύστημα ενημέρωσης και ψυχαγωγίας λειτουργούν με τάση περίπου 14 βολτ.
Νικέλιο-κάδμιο (Ni-Cd):
Στο παρελθόν, Ni-Cd Οι μπαταρίες υποφέρουν από φαινόμενο μνήμης και επομένως είναι ακατάλληλες για χρήση στην ηλεκτρική πρόωση: μερική φόρτιση και εκφόρτιση συμβαίνουν συνεχώς. Οι σύγχρονες μπαταρίες Ni-Cd ουσιαστικά δεν επηρεάζονται πλέον από το φαινόμενο μνήμης. Το μεγαλύτερο μειονέκτημα αυτού του τύπου μπαταρίας είναι η παρουσία της τοξικής ουσίας κάδμιο. Αυτό καθιστά την μπαταρία Ni-Cd εξαιρετικά μη φιλική προς το περιβάλλον. Επομένως, η χρήση αυτής της μπαταρίας απαγορεύεται από το νόμο.
Υδρίδιο μετάλλου νικελίου (Ni-MH):
Η μπαταρία Ni-MH μπορεί να φορτιστεί πιο γρήγορα από μια μπαταρία μολύβδου-οξέος. Κατά τη φόρτιση δημιουργείται τόσο θερμότητα όσο και αέριο, τα οποία πρέπει να αφαιρεθούν. Οι μπαταρίες είναι εξοπλισμένες με σύστημα ψύξης και βαλβίδα εξαερισμού. Χάρη στη μεγάλη διάρκεια ζωής και την υψηλή πυκνότητα ενέργειας και ισχύος, η μπαταρία Ni-MH είναι κατάλληλη για χρήση σε ηλεκτρικά οχήματα. Ωστόσο, αυτός ο τύπος μπαταρίας είναι ευαίσθητος σε υπερφόρτιση, υπερβολικές αποφορτίσεις, υψηλές θερμοκρασίες και γρήγορες αλλαγές θερμοκρασίας.
Η παρακάτω εικόνα δείχνει τη μπαταρία Ni-MH ενός Toyota Prius. Αυτή η μπαταρία βρίσκεται στο πορτμπαγκάζ, πίσω από την πλάτη του πίσω καθίσματος. Όταν οι αισθητήρες θερμοκρασίας καταγράφουν υψηλή θερμοκρασία, ενεργοποιείται ο ανεμιστήρας ψύξης (φαίνεται στη φωτογραφία στα δεξιά από το λευκό περίβλημα). Ο ανεμιστήρας αναρροφά τον αέρα από το εσωτερικό και τον φυσά μέσω των αεραγωγών της μπαταρίας για να κρυώσει τα κύτταρα.
Ιόν λιθίου (ιόν λιθίου):
Λόγω της υψηλής ενέργειας και πυκνότητας ισχύος της μπαταρίας ιόντων λιθίου (σε σύγκριση με το Ni-MH), μια μπαταρία ιόντων λιθίου χρησιμοποιείται συνήθως σε plug-in υβριδικά και πλήρως ηλεκτρικά οχήματα. Η μπαταρία ιόντων λιθίου αποδίδει καλά σε χαμηλές θερμοκρασίες και έχει μεγάλη διάρκεια ζωής. Αναμένεται ότι τα ακίνητα θα βελτιωθούν τα επόμενα χρόνια λόγω περαιτέρω ανάπτυξης.
Στην επόμενη εικόνα βλέπουμε την μπαταρία (li-ion) ενός BMW i3. Το καπάκι έχει ξεβιδωθεί και βρίσκεται πίσω του. Όταν τοποθετηθεί, το καπάκι κλείνει αεροστεγώς.
Η μπαταρία του i3 είναι τοποθετημένη κάτω από το όχημα. Ο χώρος στο χώρο του δαπέδου μεταξύ του μπροστινού και του πίσω άξονα έχει χρησιμοποιηθεί όσο το δυνατόν περισσότερο για να παρέχεται όσο το δυνατόν περισσότερος χώρος για το πακέτο μπαταριών.
Στην εικόνα βλέπουμε τα οκτώ ξεχωριστά μπλοκ με δώδεκα κελιά το καθένα. Κάθε μπλοκ έχει χωρητικότητα 2,6 kWh, δηλαδή συνολικά 22 kWh. Για σύγκριση: η τρέχουσα γενιά i3 (2020) διαθέτει μπαταρία χωρητικότητας 94 Ah και ισχύος 22 kWh. Το μέγεθος της μπαταρίας παρέμεινε το ίδιο από την εισαγωγή της το 2013, αλλά η απόδοσή της (και επομένως η γκάμα της) έχει βελτιωθεί σημαντικά.
Η Tesla χρησιμοποιεί μικρές μπαταρίες στα μοντέλα από το 2013 και μετά (Model S και Model X) που είναι ελαφρώς μεγαλύτερες από τις τυπικές μπαταρίες AA που γνωρίζουμε από το τηλεχειριστήριο της τηλεόρασης. Οι μπαταρίες (18650 από την Panasonic) έχουν μήκος 65 mm και διάμετρο 18 mm. Τα πιο εκτεταμένα πακέτα μπαταριών περιέχουν όχι λιγότερα από 7104 από αυτά τα στοιχεία.
Στις παρακάτω εικόνες βλέπουμε τις μεμονωμένες μπαταρίες στα αριστερά και μια μπαταρία που περιέχει τα 7104 κύτταρα στα δεξιά.
Η μπαταρία ιόντων λιθίου αποτελείται από τέσσερα κύρια εξαρτήματα:
- η κάθοδος (+) που αποτελείται από ένα κράμα λιθίου
- η άνοδος (-) που αποτελείται από γραφίτη ή άνθρακα
- το πορώδες διαχωριστικό
- τον ηλεκτρολύτη
Κατά την εκφόρτιση, τα ιόντα λιθίου μετακινούνται μέσω του ηλεκτρολύτη από την άνοδο (-) στην κάθοδο (+), στον καταναλωτή και πίσω στην άνοδο. Κατά τη διάρκεια της φόρτισης, τα ιόντα κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις και μετά πηγαίνουν από την κάθοδο (+) στην άνοδο (-).
Ο ηλεκτρολύτης περιέχει άλατα λιθίου για τη μεταφορά των ιόντων. Ο διαχωριστής διασφαλίζει ότι τα ιόντα λιθίου μπορούν να περάσουν, ενώ η άνοδος και η κάθοδος παραμένουν διαχωρισμένες.
Οι κυψέλες της μπαταρίας στεγάζονται σε μονάδες, οι οποίες συνδέονται σε σειρά. Η παρακάτω σχηματική αναπαράσταση παρακάτω δείχνει μια μπαταρία που έχει ισχυρές ομοιότητες με αυτή ενός Volkswagen E-UP! και Renault Zoe. Μόνο ο αριθμός των κυψελών διαφέρει: η μπαταρία του E-UP! έχει 204 κυψέλες και αυτό του Renault Zoë 192.
Σε αυτό το παράδειγμα, η μπαταρία αποτελείται από δύο πακέτα των έξι μονάδων. Κάθε ενότητα περιέχει δύο ομάδες των 10 κυψελών που συνδέονται σε σειρά παράλληλα.
- Σύνδεση σειράς: η τάση της μπαταρίας αυξάνεται. Σε τάση κυψέλης (ιόν λιθίου) 3,2 βολτ, μία μονάδα μπαταρίας τροφοδοτεί (3,2 * 10) = 32 βολτ.
Το μειονέκτημα μιας σύνδεσης σειράς είναι ότι με μια κακή κυψέλη η χωρητικότητα ολόκληρης της σύνδεσης σειράς γίνεται χαμηλότερη. - Παράλληλη σύνδεση: η τάση παραμένει ίδια, αλλά το ρεύμα και η χωρητικότητα αυξάνονται. Μια κακή κυψέλη δεν επηρεάζει τις κυψέλες στο κύκλωμα που είναι συνδεδεμένο μαζί της παράλληλα.
Οι κατασκευαστές μπορούν επομένως να επιλέξουν να χρησιμοποιήσουν πολλαπλά παράλληλα κυκλώματα ανά μονάδα. Στις μονάδες του Volkswagen E-Golf, επομένως, όχι (δύο σε αυτό το παράδειγμα), αλλά τρεις ομάδες κυψελών συνδέονται παράλληλα.
Τα κύτταρα ιόντων λιθίου έχουν διάρκεια ζωής περίπου 2000 κύκλους εκφόρτισης και φόρτισης προτού η χωρητικότητά τους μειωθεί στο 80% περίπου της αρχικής χωρητικότητας φόρτισης.
Οι τάσεις μιας κυψέλης ιόντων λιθίου είναι οι εξής:
- Ονομαστική τάση: 3,6 βολτ.
- Όριο εκφόρτισης: 2,5 βολτ.
- μέγιστη τάση φόρτισης: 4,2 βολτ.
Τα περισσότερα Συστήματα Διαχείρισης Μπαταριών (BMS) χρησιμοποιούν κατώτερο όριο 2,8 βολτ. Εάν η κυψέλη αποφορτιστεί πέραν των 2,5 βολτ, η κυψέλη θα καταστραφεί. Η διάρκεια ζωής του κυττάρου μειώνεται. Η υπερφόρτιση της κυψέλης ιόντων λιθίου μειώνει επίσης τη διάρκεια ζωής της, αλλά είναι επίσης επικίνδυνη. Η υπερφόρτιση της κυψέλης μπορεί να την κάνει εύφλεκτη. Η θερμοκρασία των κυψελών επηρεάζει επίσης τη διάρκεια ζωής τους: σε θερμοκρασία μικρότερη από 0°C, τα κύτταρα ενδέχεται να μην φορτίζονται πλέον. Μια λειτουργία θέρμανσης προσφέρει μια λύση σε αυτή την περίπτωση.
Πυκνωτής υπερκωδικού (supercap):
Στις προηγούμενες παραγράφους αναφέρονται διαφορετικοί τύποι μπαταριών, ο καθένας με τις εφαρμογές, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά του. Ένα μειονέκτημα που αντιμετωπίζουν όλοι με τέτοια μπαταρία είναι ο χρόνος φόρτισης. Η φόρτιση μιας μπαταρίας μπορεί να διαρκέσει αρκετές ώρες. Η γρήγορη φόρτιση είναι μια επιλογή, αλλά αυτό σχετίζεται με περισσότερη θερμότητα και πιθανώς επίσης ταχύτερη γήρανση (και ζημιά) της μπαταρίας.
Επί του παρόντος πραγματοποιείται πολλή έρευνα και ανάπτυξη σε υπερπυκνωτές. Αυτά τα ονομάζουμε επίσης «σούπερ καπάκια» ή «υπερπυκνωτές». Η χρήση supercaps θα μπορούσε να δώσει μια λύση για αυτό:
- Η φόρτιση είναι πολύ γρήγορη.
- Μπορούν να απελευθερώσουν ενέργεια (εκφόρτιση) πολύ γρήγορα, επομένως είναι δυνατή μια σημαντική αύξηση της ισχύος.
- Πιο ανθεκτική από μια μπαταρία ιόντων λιθίου χάρη σε απεριόριστο αριθμό κύκλων φόρτισης (τουλάχιστον 1 εκατομμύριο) επειδή δεν συμβαίνουν ηλεκτροχημικές αντιδράσεις.
- Εν μέρει σε σχέση με το προηγούμενο σημείο, ένα υπερκάλυμμα μπορεί να αποφορτιστεί πλήρως χωρίς αυτό να έχει επιβλαβείς συνέπειες για τη διάρκεια ζωής του.
Τα supercaps είναι πυκνωτές με χωρητικότητα και ενεργειακή πυκνότητα χιλιάδες φορές υψηλότερη από τους τυπικούς ηλεκτρολυτικούς πυκνωτές. Η χωρητικότητα αυξάνεται με τη χρήση ειδικού ηλεκτρολύτη (μονωτικό υλικό) που περιέχει ιόντα και επομένως έχει πολύ υψηλή διηλεκτρική σταθερά μεταξύ των πλακών. Ένας διαχωριστής (ένα λεπτό φύλλο) εμποτίζεται σε διαλύτη με ιόντα και τοποθετείται μεταξύ των πλακών. Οι πλάκες είναι συνήθως κατασκευασμένες από άνθρακα.
Η χωρητικότητα του πυκνωτή που εμφανίζεται είναι 5000 F.
Τα supercaps μπορούν να συνδυαστούν με μπαταρία ιόντων λιθίου HV. Κατά τη σύντομη επιτάχυνση, η ενέργεια από τους πυκνωτές μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί για την ενέργεια από την μπαταρία HV. Με το αναγεννητικό φρενάρισμα, οι πυκνωτές φορτίζονται πλήρως μέσα σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου. Οι μελλοντικές εξελίξεις ενδέχεται επίσης να καταστήσουν δυνατή την αντικατάσταση της μπαταρίας ιόντων λιθίου με ένα πακέτο supercap. Δυστυχώς, με την τρέχουσα τεχνολογία, η χωρητικότητα και επομένως η πυκνότητα ισχύος είναι πολύ χαμηλή σε σύγκριση με μια μπαταρία ιόντων λιθίου. Οι επιστήμονες αναζητούν τρόπους για να αυξήσουν τη χωρητικότητα και την πυκνότητα ισχύος.
Εξισορρόπηση κυψέλης μπαταρίας:
Μέσω της παθητικής και ενεργητικής εξισορρόπησης κυψελών μπαταρίας, κάθε στοιχείο παρακολουθείται από την ECU για να διατηρείται μια υγιής κατάσταση της μπαταρίας. Αυτό παρατείνει τη διάρκεια ζωής των κυττάρων αποτρέποντας τη βαθιά εκφόρτιση ή την υπερφόρτιση. Ειδικά τα κύτταρα ιόντων λιθίου πρέπει να παραμένουν εντός αυστηρών ορίων. Η τάση των στοιχείων είναι ανάλογη με την κατάσταση του φορτίου. Τα φορτία των κυψελών πρέπει να διατηρούνται σε ισορροπία μεταξύ τους όσο το δυνατόν περισσότερο. Με την εξισορρόπηση κυψέλης είναι δυνατός ο ακριβής έλεγχος της κατάστασης φόρτισης εντός 1 mV (0,001 volt).
- Η παθητική εξισορρόπηση εξασφαλίζει μια ισορροπία στην κατάσταση φόρτισης όλων των στοιχείων της μπαταρίας αποφορτίζοντας εν μέρει τις κυψέλες με πολύ υψηλή κατάσταση φόρτισης (θα επανέλθουμε σε αυτό αργότερα στην ενότητα).
- Η ενεργή εξισορρόπηση είναι μια πιο περίπλοκη τεχνική εξισορρόπησης που μπορεί να ελέγξει τα κύτταρα μεμονωμένα κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση. Ο χρόνος φόρτισης με την ενεργή ζυγοστάθμιση είναι μικρότερος από ό,τι με την παθητική ζυγοστάθμιση.
Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε μια μονάδα μπαταρίας με οκτώ κελιά.
Τα οκτώ κελιά φορτίζονται στο 90%. Η διάρκεια ζωής ενός στοιχείου μειώνεται εάν φορτίζεται συνεχώς στο 100%. Αντίστροφα, η διάρκεια ζωής μειώνεται επίσης εάν η μπαταρία αποφορτιστεί πάνω από 30%: σε κατάσταση φόρτισης <30% η κυψέλη είναι βαθιά αποφορτισμένη.
Επομένως, η κατάσταση φόρτισης των κυψελών θα είναι πάντα μεταξύ 30% και 90%. Αυτό παρακολουθείται από τα ηλεκτρονικά, αλλά δεν φαίνεται από τον οδηγό του οχήματος.
Η ψηφιακή οθόνη στο ταμπλό δείχνει 0% ή 100% όταν φτάσει το 30% ή το 90%.
Λόγω της μεγάλης ηλικίας, ορισμένα κύτταρα μπορεί να γίνουν πιο αδύναμα από τα άλλα. Αυτό έχει μεγάλη επίδραση στην κατάσταση φόρτισης της μονάδας μπαταρίας. Στις επόμενες δύο εικόνες βλέπουμε την κατάσταση φόρτισης όταν δύο κυψέλες έχουν μικρότερη χωρητικότητα λόγω ηλικίας. Τα στοιχεία της μπαταρίας δεν είναι ισορροπημένα σε αυτές τις περιπτώσεις.
- Ταχύτερη εκφόρτιση λόγω κακών κυττάρων: τα δύο μεσαία κύτταρα εκφορτίζονται πιο γρήγορα λόγω της μικρότερης χωρητικότητάς τους. Για να αποφευχθεί η βαθιά εκφόρτιση, οι άλλες έξι κυψέλες στη μονάδα δεν μπορούν πλέον να απελευθερώσουν ενέργεια και επομένως δεν μπορούν πλέον να χρησιμοποιηθούν.
- Δεν φορτίζει πλήρως λόγω κακών κυψελών: λόγω της χαμηλής χωρητικότητας των δύο μεσαίων κυψελών, φορτίζονται πιο γρήγορα. Επειδή φτάνουν κατά 90% γρηγορότερα από τις άλλες έξι κυψέλες, δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί περαιτέρω φόρτιση.
Είναι σαφές ότι οι κυψέλες χαμηλότερης χωρητικότητας είναι ο περιοριστικός παράγοντας τόσο κατά την αποφόρτιση (κατά την οδήγηση) όσο και κατά τη φόρτιση. Για να αξιοποιήσετε βέλτιστα την πλήρη χωρητικότητα της μπαταρίας και να εξασφαλίσετε μεγάλη διάρκεια ζωής.
Υπάρχουν δύο μέθοδοι εξισορρόπησης της μπαταρίας: παθητική και ενεργή.
- Χωρίς εξισορρόπηση: τέσσερα κελιά έχουν όλα διαφορετική κατάσταση φόρτισης. Το κελί 2 είναι σχεδόν άδειο και το κελί 4 είναι πλήρως φορτισμένο.
- Παθητικό: τα κελιά με τη μεγαλύτερη χωρητικότητα αποφορτίζονται μέχρι να επιτευχθεί η κατάσταση φόρτισης του ασθενέστερου στοιχείου (κελί 2 στο παράδειγμα). Η εκκένωση των κυττάρων 1, 3 και 4 είναι απώλεια.
Στο παράδειγμα βλέπουμε ότι τα ποτήρια ζέσεως αποφορτίζονται μέχρι να φτάσουν στην κατάσταση φόρτισης του κελιού 2. - Ενεργό: η ενέργεια από τα πλήρη κελιά χρησιμοποιείται για να γεμίσει τα κενά κελιά. Δεν υπάρχει πλέον απώλεια, αλλά μεταφορά ενέργειας από το ένα κύτταρο στο άλλο.
Η αρχή λειτουργίας της παθητικής και ενεργητικής εξισορρόπησης κυττάρων εξηγείται παρακάτω.
Παθητική εξισορρόπηση κυττάρων:
Στο παράδειγμα βλέπουμε τέσσερις κυψέλες μπαταρίας συνδεδεμένες σε σειρά με μια εναλλασσόμενη αντίσταση (R) παράλληλα. Σε αυτό το παράδειγμα, η αντίσταση συνδέεται στη γείωση με το διακόπτη. Στην πραγματικότητα αυτό είναι ένα τρανζίστορ ή FET.
Στο παράδειγμα βλέπουμε ότι το κελί 3 είναι 100% φορτωμένο. Από τις προηγούμενες παραγράφους γνωρίζουμε ότι αυτό το κελί φορτίζει πιο γρήγορα επειδή είναι πιο αδύναμο από τα άλλα τρία. Επειδή η κατάσταση φόρτισης του κελιού 3 είναι 100%, τα άλλα τρία κελιά δεν φορτίζονται πλέον.
Η αντίσταση που βρίσκεται παράλληλα στο κελί 3 περιλαμβάνεται στο κύκλωμα ρεύματος από τον διακόπτη. Η κυψέλη 3 αποφορτίζεται επειδή η αντίσταση απορροφά την τάση αμέσως μόλις το ρεύμα ρέει μέσα από αυτό. Η εκκένωση συνεχίζεται έως ότου το κύτταρο βρίσκεται στο επίπεδο των άλλων κυττάρων. σε αυτή την περίπτωση 90%.
Όταν και οι τέσσερις κυψέλες αυτής της μονάδας έχουν την ίδια κατάσταση φόρτισης, μπορούν να φορτιστούν περαιτέρω.
Με την παθητική εξισορρόπηση κυψελών, χάνεται ενέργεια: η τάση που απορροφάται από τις παράλληλα συνδεδεμένες αντιστάσεις έχει χαθεί. Ωστόσο, πολλοί κατασκευαστές εξακολουθούν να χρησιμοποιούν αυτήν τη μέθοδο εξισορρόπησης μέχρι σήμερα.
Ενεργή εξισορρόπηση κυττάρων:
Πολύ πιο αποτελεσματική είναι φυσικά η ενεργή εξισορρόπηση των κυττάρων. Η ενέργεια από την υπερπλήρη κυψέλη χρησιμοποιείται για τη φόρτιση της άδειας κυψέλης. Βλέπουμε ένα παράδειγμα ενεργού εξισορρόπησης κυττάρων παρακάτω.
Στο παράδειγμα βλέπουμε δύο κελιά συνδεδεμένα σε σειρά (3 και 4) με τις τάσεις τους πάνω από αυτά (4 και 3,9 βολτ αντίστοιχα). Το κελί 3 αποφορτίζεται μέσω του μετασχηματιστή. Το FET στην κύρια πλευρά επιτρέπει την εκκένωση. Το πρωτεύον πηνίο στον μετασχηματιστή φορτίζεται με αυτό. Το FET στη δευτερεύουσα πλευρά ενεργοποιεί το δευτερεύον πηνίο του μετασχηματιστή. Το λαμβανόμενο ρεύμα φόρτισης χρησιμοποιείται για την ενεργοποίηση του μετασχηματιστή κάτω από μια άλλη κυψέλη. Ο μετασχηματιστής κάτω από το κελί 4 ενεργοποιείται και απενεργοποιείται επίσης από FET.
