【導(dǎo)讀】通過(guò)被動(dòng)和主動(dòng)電池均衡，電池組中的每個(gè)單元都得以被有效監(jiān)控并保持健康的荷電狀態(tài)(SoC)。這樣不僅可以增加電池循環(huán)工作次數(shù)，還能夠提供額外的保護(hù)，防止電池單元由于過(guò)度充電/深度放電而產(chǎn)生損壞。
被動(dòng)均衡通過(guò)泄放電阻消耗多余的電荷，使所有電池單元都具有大致相當(dāng)?shù)?SoC，但是它并不能延長(zhǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。
主動(dòng)電池平衡是一種更復(fù)雜的平衡技術(shù)，由于在充電和放電循環(huán)期間，電池單元內(nèi)的電荷得到重新分配，因此電池組中總的可用電荷也得到增加，從而延長(zhǎng)了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。與被動(dòng)均衡相比，主動(dòng)平衡能夠縮短充電時(shí)間，并減少均衡時(shí)產(chǎn)生的熱量。
主動(dòng)電池均衡放電期間
圖1表示的是一個(gè)典型的處于滿容量狀態(tài)的電池組。在此示例中，滿容量指的是充電量達(dá)到90%，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間將電池保持在(或接近)100%的容量位置會(huì)使其使用壽命下降得很快。而完全放電指的是放電至30%，這樣可以防止電池進(jìn)入深度放電狀態(tài)。
圖1. 滿容量。
隨著時(shí)間的推移，一些電池的特性會(huì)變得比其他電池差，從而導(dǎo)致電池組放電特性如圖2 所示。
圖 2. 不匹配放電。
可以看到，即使有些電池單元仍然殘留了很大的能量，但弱電池單元限制了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。5%的電池容量不匹配將導(dǎo)致5%的能量不能發(fā)揮作用。對(duì)于大容量電池而言，就意味著有大量的能量被浪費(fèi)掉，這種情況對(duì)于遠(yuǎn)程系統(tǒng)和不易維護(hù)的系統(tǒng)顯得尤為關(guān)鍵。有一部分能量未被使用，還會(huì)導(dǎo)致電池充電和放電循環(huán)次數(shù)增加，降低了電池壽命，并會(huì)因?yàn)殡姵仡l繁更換而產(chǎn)生更高的成本。
通過(guò)主動(dòng)均衡，電荷從強(qiáng)電池單元重新分配到弱電池單元，可以將電池組中的能量完全耗盡。
圖 3.通過(guò)主動(dòng)平衡完全耗盡能量。
主動(dòng)電池均衡充電期間
如果對(duì)電池組充電時(shí)不進(jìn)行均衡，弱電池單元會(huì)比強(qiáng)電池單元先達(dá)到滿容量。弱電池單元再一次成為限制因素；此時(shí)，它們限制了系統(tǒng)中可容納的總能量。圖4演示了充電時(shí)的這種限制。
圖 4. 不進(jìn)行均衡時(shí)的充電
主動(dòng)均衡通過(guò)在充電期間對(duì)電荷進(jìn)行再分配，能夠使電池組達(dá)到滿容量狀態(tài)。需要注意的是，雖然本文沒(méi)有討論均衡所需的時(shí)間占比和均衡電流對(duì)時(shí)間的影響等因素，但它們?nèi)孕枰恢攸c(diǎn)考慮。
ADI 主動(dòng)電池均衡控制器
ADI擁有一系列主動(dòng)電池均衡控制器，分別針對(duì)不同的系統(tǒng)要求。LT8584是一款具有 2.5A放電電流的單片反激式變換器，與LTC680x系列多元化合物電池單元監(jiān)測(cè)器配合使用；它可以將電荷從一個(gè)電池單元重新分配到整個(gè)電池組，也可以分配到電池組中的另一個(gè)電池單元或幾個(gè)電池單元的組合。每個(gè)電池單元需要配備一顆LT8584。
圖 5. 采用主動(dòng)均衡的 12串電池組模塊
LTC3300是一款獨(dú)立的雙向反激式控制器，適用于鋰電池和LiFePO4電池，可提供高達(dá)10A的均衡電流。由于控制是雙向的，任意電池單元中的電荷都能高效率的與12節(jié)甚至更多串聯(lián)電池單元進(jìn)行來(lái)回傳輸。單個(gè)LTC3300最多可以均衡六個(gè)電池單元。
圖6. 高效雙向均衡。
LTC3305是一款獨(dú)立的鉛酸電池均衡控制器，可同時(shí)均衡多達(dá)四個(gè)電池單元。它通過(guò)不斷的將第五個(gè)存儲(chǔ)電池單元(Aux)，與其他每個(gè)電池單元(一次一個(gè))并聯(lián)最終達(dá)到均衡所有電池單元的目的(鉛酸電池很耐用，因此可以采取這個(gè)方式)。
圖7. 帶有可編程電池高低壓故障門限的四節(jié)電池均衡控制器。
結(jié)論
主動(dòng)電池均衡和被動(dòng)電池均衡通過(guò)監(jiān)控和匹配每個(gè)電池單元的SoC，都能有效的促進(jìn)電池系統(tǒng)健康。與被動(dòng)電池均衡只在充電期間消耗多余電荷不同，主動(dòng)電池平衡能夠在充電和放電期間對(duì)電荷進(jìn)行重新分配。因此，主動(dòng)電池均衡能夠延長(zhǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，還能夠提高充電效率。主動(dòng)電池均衡需要的解決方案往往更復(fù)雜，尺寸也更大，而被動(dòng)電池均衡則更具成本效益。
無(wú)論哪種方式更符合您的應(yīng)用需求，ADI都能夠提供相應(yīng)的解決方案，并通過(guò)與我們的電池管理IC(如LTC6803和LTC6804)以及其他外圍器件配合，為您提供精確、穩(wěn)健的電池管理系統(tǒng)。
推薦閱讀：
