Užduotis:

Suprojektuoti Natrio Jonų Baterijos (NJB) įkrovimo ir iškrovimo valdiklio elektroniką

• Parengti baterijos įkrovimo/iškrovimo ir apsaugos nuo neleistinų veikimo režimų (perkrovos, gilaus iškrovimo, perkaitimo) bei celių aktyvaus balansavimo algoritmus ir nustatyti reikalavimus aktyvaus balansavimo grandinei. Kadangi numatomas aktyvus celių įtampos balansavimas tiek įkrovimo, tiek iškrovimo metu, atsižvelgiant į numatomą celių talpų ir vidinių varžų kitimą eksploatacijos metu, reikia apsibrėžti sistemos savikainą ženkliai įtakojančią optimalią balansavimo grandinės galią. Pagal nustatytus reikalavimus suprojektuoti ir pagaminti NJB monitoringo (stebėsenos) ir aktyvaus balansavimo valdiklį. 
• Sąsajos tarp NJB valdymo sistemos ir hibridinio inverterio parengimas. Šiai užduočiai įgyvendinti reikia išanalizuoti hibridinių inverterių, skirtų valdyti energijos kaupimo įrenginius, taikomas sąsajas (nuoseklios sąsajos RS485, CAN) ir parengti signalų ir registrų duomenų aprašą. Pasinaudojant esama hibridinio inverterio komandų sistema, pagal išmatuotus ir išvestinius NJB parametrus reikia atlikti optimalų baterijos galios grandinės valdymą taikant pradiniame etape nustatytą algoritmą. Pagal nustatytus reikalavimus suprojektuoti, pagaminti ir užprogramuoti sąsajos valdiklį.

Neapibrėžtumai:

Baterijos celių įkrovimo/iškrovimo valdymas ir balansavimas reikalauja išsamios jų savybių stebėsenos. Be įprastų celių įtampos ir temperatūros matavimų bei visos baterijos srovės stebėjimo, planuojama naudoti ir išvestinius parametrus: celių vidaus varžas (Ω), įkrovimo/iškrovimo trukmes, ciklų skaičių bei jų charakteristikas.
Aktyvus balansavimas suteikia papildomų galimybių, neprieinamų pasyvioms sistemoms – pvz., disbalanso tarp celių talpų koregavimą, užtikrinantį optimalų kiekvienos celės naudojimą ir teigiamą įtaką bendram kaupimo įrenginio našumui. Taip pat aktyvus balansavimas prisitaiko prie ilgainiui kintančių celių parametrų, tokių kaip senėjimas ar gamintojo deklaruotų savybių netikslumai.
Tinkamai išnaudojus aktyvaus balansavimo galimybes, galima ženkliai prailginti baterijos eksploatacijos trukmę. Tačiau šiuo metu nėra tiksliai nustatyta, kokia aktyvaus balansavimo topologija būtų tinkamiausia NJB celių sistemoms. Pagrindinės topologijos išvardytos Comparative Analysis of Cell Balancing Topologies in Battery Management System straipsnyje ir pavaizduotos paveikslėlyje.

Išanalizuota papildoma medžiaga, susijusi su celių balansavimu:

Straipsnyje Comparative Analysis of Cell Balancing Topologies in Battery Management System pagrindinis dėmesys skiriamas pasyvių ir aktyvių kondensatorinių balansavimo technologijų palyginimui. Kitos perspektyvios aktyvaus balansavimo technologijos išsamiau aprašytos šiuose šaltiniuose:

Active Battery Cell Balancing– labai perspektyvi technologija, pagrįsta „flyback“ keitikliais, taip pat pristatomas originalus metodas, kai balansavimui vietoj kondensatorių naudojama papildoma baterija.

Active Cell Balancing in Battery Packs– aprašoma „buck-boost“ technologija, kurios savikaina mažesnė nei „flyback“, tačiau jai būdingas sudėtingesnis valdymas ir jautrumas netolygiam celių talpų pasiskirstymui.

Renkantis technologiją, be kainos ir efektyvumo kriterijų, labai svarbu įvertinti, kokias pasekmes gali sukelti atskirų komponentų gedimai. Kadangi sistema yra galinga, gedimai neturi sukelti kritinių, nepataisomų padarinių. Literatūroje trūksta informacijos apie skirtingų aktyvaus balansavimo technologijų patikimumą šiuo aspektu – šią analizę teks atlikti patiems.

Taip pat svarbu pažymėti, kad visos literatūroje aprašytos technologijos buvo kuriamos Li-ion, švino, nikelio arba sidabro-cinko baterijoms, todėl jų adaptacija Na-ion technologijai reikalauja papildomų tyrimų. Galiausiai, kadangi projektuojami įrenginiai turės būti naudojami ilgą laiką, būtina užtikrinti jų techninę priežiūrą viso eksploatacijos laikotarpio metu. Tai reiškia, kad kuriant elektronines schemas būtina atsižvelgti į komponentų gamybos ciklų trukmę bei alternatyvų prieinamumą.

Hibridiniai inverteriai

Šiuo metu rinkoje esantys hibridiniai inverteriai daugiausia skirti Li-ion baterijoms. Kadangi Na-ion ir Li-ion baterijų parametrai skiriasi, reikės sukurti optimalią konversijos sistemą tarp šių tipų baterijų parametrų. Kai kuriais atvejais gali prireikti taikyti tiesioginio valdymo komandas.