Методология выбора тока резистивной балансировки ионисторов в модулях и накопителях АО «Элеконд» при заряде стабилизированным током

Тимофей Георгиевич Чикуров; Сергей Леонидович Широких

doi:10.22213/2413-1172-2025-1-79-89

Авторы

Т. Г. Чикуров АО «Элеконд»
С. Л. Широких АО «Элеконд»

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2025-1-79-89

Ключевые слова:

резистивная шунтирующая цепь, перенапряжение, ячейка активной балансировки, накопитель электрической энергии, балансировка, ионистор

Аннотация

В рамках методологии представлены технические, технологические и методические решения для обеспечения балансировки и защиты от перенапряжения ионисторов в модулях с резистивной балансировкой с током намного меньшим стабилизированного зарядного тока. Для защиты от перенапряжения обосновано применение в модуле ионисторов с недозарядом до номинального напряжения. Показана взаимосвязь между напряжением недозаряда ионисторов и допустимым конечным уровнем девиации их емкости относительно средней емкости по модулю, при котором перенапряжение ионисторов не наступает. Предложена методика выбора напряжения недозаряда ионисторов в модуле и предельного начального разброса емкости ионисторов в модуле, основанная на статистической оценке результатов испытаний ионисторов на безотказность. Определено оптимальное напряжение недозаряда 0,2 В и максимальное начальное технологическое отклонение емкости ионисторов в модуле ±2,5 %, обеспечивающие конечный разброс их емкости относительно средней по модулю не выше ±(6,5…7,0) % и, как результат, защиту от перенапряжения при любых токах балансировки в течение всей наработки. Ток балансировки в этом случае предложено рассчитывать исходя из требуемого времени снижения напряжения на ионисторах только для обеспечения равенства их наработки. Установлена функциональная зависимость, обеспечивающая расчет тока и коэффициента балансировки для случая превышения 7,0 % барьера отклонения емкости ионисторов в модуле при наработке. Представленные в рамках методологии технические, технологические и методические решения, обеспечивающие в совокупности выбор тока балансировки, апробированы при разработке модулей ионисторных промышленных многофункциональных измерительных преобразователей АО «Элеконд», которые показали удовлетворительную стойкость и прочность параметров к воздействию климатических и механических факторов, а также при испытаниях на сохраняемость и безотказность. Методология выбора тока и коэффициента балансировки распространена на разработку высоковольтных ионисторных блоков в составе высоковольтных ионисторных накопителей.

Биографии авторов

Т. Г. Чикуров, АО «Элеконд»

кандидат технических наук, доцент, ведущий инженер-конструктор

С. Л. Широких, АО «Элеконд»

главный конструктор - начальник производства электротехнической продукции

Библиографические ссылки

Изучение ресурсной стабильности углей в составе электродов суперконденсаторов с органическим электролитом / Е. А. Киселева, И. В. Янилкин, А. В. Григоренко [и др.] // Электрохимия. 2017. Т. 53, № 11. С. 1403-1410. DOI: 10.7868/S0424857017110019. EDN UODMQX.

Подкин Ю. Г., Чикуров Т. Г. Диэлькометрия нестационарных дисперсных систем. Часть 1. Информационные аспекты // Аналитика и контроль. 2000. Т. 4, № 1. С. 31-36. EDN KYPRUN.

Вольфкович Ю. М. Электрохимические суперконденсаторы (обзор) // Электрохимия. 2021. Т. 57, № 4. С. 197-238. DOI: 10.31857/S0424857021040101. EDN AWUGYP.

Чикуров Т. Г., Кибардин М. В., Широких С. Л. Особенности организации и применения ячеек активной балансировки с расширенным диапазоном срабатывания ключей шунтирующих цепей в ионисторных модулях и накопителях акционерного общества «Элеконд» // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2021. Т. 24, № 3. С. 68-77. DOI: 10.22213/2413-1172-2021-3-68-77. EDN RJLOZA.

Стародубцева В. А., Шкляев М. О. Активная балансировка суперконденсаторов // Интеллектуальные системы в производстве. 2017. Т. 15, № 1. С. 41-46. DOI: 10.22213/2410-9304-2017-1-41-46

Li H., Peng J., He J., Huang Z., Pan J. and Wang J. (2018) Synchronized Cell-Balancing Charging of Supercapacitors: A Consensus-Based Approach: IEEE Trans Industrial Electron, vol. 65, no. 10, pp. 8030-8040.

Prashant Singh B.T., Phaneendra Babu Bobba, Suresh K. (2019) Extensive review on Supercapacitor cell voltage balancing: E3S Web Conference, vol. 87, pp. 1-7.

Fan S., Duan J., Sun L. and Han Y. (2017) The balancing system of super capacitor based on active clamped forward converter: International Conf. on Circuits, Devices and Systems, pp. 29-33.

Keshmiri V., Westerberg D., Andersson Ersman P. (2017) A Silicon-Organic Hybrid Voltage Equalizer for Supercapacitor Balancing: IEEE J. Emerg. Sel. Top. Circuits Syst., vol. 7, no. 1, pp. 114-122.

Shili S., Hijazi A., Sari A., Lin-Shi X. and Venet P. (2017) Balancing Circuit New Control for Supercapacitor Storage System Lifetime Maximization: IEEE Trans. Power Electron, vol. 32, no. 6, pp. 4939-4948. DOI: 10.1109/TPEL.2016.2602393

Особенности и применение ионисторов в электротехнике / С. Б. Бибиков, А. А. Мальцев, Б. В. Кошелев, А. В. Гелиев // Практическая силовая электроника. 2016. № 3 (63). С. 44-55.

Акулинин С. А., Наролина Т. С., Проскурина И. С. Вопросы надежности систем аккумуляции и хранения энергии на основе модулей суперконденсаторов // Энергия - ХХI век. 2018. № 2 (102). С. 17-32.

История и разработки ВСКБ «Рикон» / В. К. Агупов, В. В. Агупов, Ю. М. Денисов, С. А. Акулинин // Энергия - ХХI век. 2017. № 1 (97). С. 84-100.

Lashina E.N., Kozlov A.A. (2022) Ionistor as an alternative to the battery // Оригинальные исследования. 2022. Т. 12, №. 5. С. 267-273. EDN UBUTSP.

Гусев Ю. П., Смотров Н. Н., Чо Г. Ч. Применение ионисторов в системах оперативного постоянного тока для сглаживания провалов напряжения // Электротехника. 2017. № 10. С. 65-69. EDN ZNAAMT.

Шахтанов С. В., Сбитнев Е. А., Семенов Д. А. Применение ионисторов в устройствах бесперебойного питания // Вестник связи. 2022. № 11. С. 24-31. EDN ZMLGBZ.

Степаненко В. П., Мальшаков И. Н. Перспективы применения в горной промышленности суперконденсаторных накопителей и возобновляемых источников энергии // Горный информационно-аналитический бюллетень (Научно-технический журнал). 2017. № 6. С. 153-163.

Parvini Y., Siegel J.B., Stefanopoulou A.G. and Vahidi A. (2016) Supercapacitor electrical and thermal modeling identification and validation for a wide range of temperature and power applications: IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 63, no. 3, pp. 1574-1585. DOI: 10.1109/TIE.2015.2494868

Матвеев А. И., Андреев С. А. Динамическая коммутация ионисторов в источниках питания элементов телеметрических систем // Аграрный научный журнал. 2019. № 1. С. 76-81.

Zheng Z., Wang K., Li Y., Liu H. and Chang F. (2018) A Modular-Cascaded Active-Balanced Storage System for Electric Transportation: IEEE Transportation Electrification Conf., pp. 1-6.

Ibanez F.M. (2018) Analyzing the Need for a Balancing System in Supercapacitor Energy Storage Systems: IEEE Trans Power Electron, vol. 33, no. 3, pp. 2162-2171. DOI: 10.1109/TPEL.2017.2697406

Горбачев В., Кочемасов В., Хорев С. Ионисторы // Компоненты и технологии. 2020. № 7 (228). С. 10-15. EDN HOTGOU.