Pasivní balancování vede ke všem bateriovým článkům s podobným stavem nabití a přebytečný náboj se odvádí ve formě tepla. Tím ale není prodloužena doba běhu systému. Aktivní balancování článků je mnohem složitější technika, která přerozděluje náboj mezi jednotlivými články akumulátoru během cyklu nabíjení a vybíjení, čímž se zvyšuje doba běhu systému zvýšením celkového využitelného náboje uloženého v baterii. Touto metodou se zároveň sníží potřebná doba pro nabíjení ve srovnání s pasivním balancováním a snížení tepelných ztrát při balancování.

Aktivní balancování v průběhu vybíjení

Schéma na obrázku č.1 představuje typickou akumulátorovou baterii se všemi články, které začínají s plnou kapacitou. V tomto příkladu je plná kapacita označena jako 90% nabití, protože udržování akumulátorové baterie na 100% kapacity nebo těsně pod touto kapacitou po dlouhou dobu vede k jejímu rychlejšímu stárnutí. Vybití na 30% představuje úplné vybití, aby se zabránilo hlubokému vybití jednotlivých článků baterie.

Obrázek č.1 – plná kapacita.

V průběhu času se stávají některé články slabší, než ostatní což je znázorněno na obrázku č.2

Obrázek č.2 – nesprávné (nerovnoměrné) vybití akumulátorové baterie.

Je zřejmé, že i presto, že některé články baterie mají dostatečnou zbývající kapacitu, tak slabé články omezují funkčnost celé akumulátorové baterie a degradují tak celý systém. Neshodná kapacita 5% jednotlivých článků má tedy za následek, že nejméně 5% kapacity baterie nebude využito. U velkých baterií, tak může být velmi značné množství energie, která se nevyužívá což má samozřejmě ekonomické dopady. To se stává kritické ve vzdálených systémech a obtížně přístupných systémech. Výsledkem je část energie, kterou nelze použit, což vede ke zvýšení počtu nabíjecích cyklů, zkrácení životnosti akumulátorové baterie I častějším servisem a v důsledku značné ekonomické vícenáklady.

Při aktivním balancování je náboj v jednotlivých článcích baterie přerozdělován od silnějších článků ke slabším což má za následek úplné vyčerpání energie ze všech článků baterie.

Obrázek č. 3. – úplné vyčerpání náboje akumulátorové baterie aktivním balancováním.

Aktivní balancování v průběhu nabíjení

Při nabíjení akumulátorové baterie bez balancování jsou slabší články nabity na plnou kapacitu mnohem rychleji než silnější články. Opět jsou to slabší články, které jsou omezujícím faktorem, který limituje celkový maximální náboj celé akumulátorové baterie. Schéma na obrázku č.4 představuje nabití s tímto omezením.

Obrázek č. 4 – nabití akumulátorové baterie bez balancování.

Při použití aktivního balancování je náboj přerozdělován v průběhu nabíjení a všechny články akumulátorové baterie tak mohou dosáhnout plné kapacity. Všimněte si, že faktory jako procentní podíl času přiděleného pro balancování a účinek vybraného vyrovnávacího proud na vyvažovací dobu zde nejsou diskutovány, ale jsou to důležité aspekty.

Obrázek č.5  12-ti článková baterie s aktivním balancováním.

Analog Devices – obvod pro aktivní balancování článků

Analog Devices má rodinu obvodů pro aktivní balancování, přičemž každý z obvodů je zaměřen na jiný segment použití. Obvod  LT8584 obsahuje část pro vybíjení proudem až 2,5A, monolitický Fly-Back měnič použitý ve spojení s řadou LTC680x (multi-chemický monitor baterií); náboj může být přerozdělován z jednoho článku na kladný pól přívodu nabíjení baterie nebo na jiný článek baterie nebo kombinaci článků. Jeden obvod LT8584 se vždy používá na jeden článek baterie.

Obvod LTC3300 je samostatný obousměrný Fly-Back kontrolér pro lithiové a LiFePO4 akumulátorové baterie poskytující až 10A vyrovnávacího proudu. Vzhledem k tomu že je obousměrný tak může být náboj z libovolného článku převeden s vysokou účinností do nebo z 12 nebo vice sousedních článků. Jediný LTC3300 může balancovat až 6 článků.

Obrázek č.6 – obousměrný balancer s vysokou účinností.

Obvod LTC3305 je samostatný balancer olověných akumulátorů až pro 4 články. Obvod dále využívá pátou baterii (Aux) a nepřetržitě ji připojuje paralelně s každou ze čtyř baterií, v jeden okamžik vždy jen s jednou. Aby se rovnoměrně vyvažovaly všechny články baterie. Olověné baterie jsou robustnější a dokáží to zvládnout.

Obrázek č.7 – balancer pro 4 baterie.

Závěr

Aktivní a pasivní balancování akumulátorových baterií jsou efektivní způsoby jak zlepšit využitelnou energii každého článku baterie. Aktivní balancování přerozděluje energii během nabíjení a vybíjení na rozdíl od pasivního balancování, kde se část energie mění na teplo. Aktivní balancování tak zvyšuje čas běhu systému a může zvýšit účinnost nabíjení. Aktivní balancování vyžaduje vice komplexnější návrh řešení, které je rozměrnější, pasivní balancování je nákladově efektivnější (pořizovací cena). Ať je to metoda, která nejvíce vyhovuje Vaší aplikaci, Analog Devices nabízí řešení pro obě varianty, které jsou integrovány do obvodů pro bateriového  řízení (jako třeba LTC6803 a LTC6804) a doplňkovými obvody které spolupracují s těmito integrovanými obvody a poskytují tak přesný a robustní systém pro správu akumulátorových baterií.

V případě zájmu kontaktujte prosím distributora Arrow electronics www.arrow.com, e-mail  jfrode@arroweurope.com. Zde můžete také směřovat veškeré své dotazy na produkty Analog Devices.