作者：Kevin Scott and Sam Nork

通過被動和主動電池平衡，電池組中的每個(gè)電池都受到監(jiān)控，以保持健康的電池充電狀態(tài) （SoC）。這延長了電池循環(huán)壽命，并通過防止由于過度充電而深度放電而損壞電池單元來提供額外的保護(hù)層。被動平衡通過簡單地在泄放電阻器中耗散多余的電荷，使所有電池單元都具有相似的SoC;但是，它不會延長系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。主動電池平衡是一種更復(fù)雜的平衡技術(shù)，它在充電和放電周期期間在電池單元之間重新分配電荷，從而通過增加電池組中的總可用電荷來增加系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，與被動平衡相比減少充電時(shí)間，并減少平衡時(shí)產(chǎn)生的熱量。

放電期間的主動電池平衡

下圖表示了一個(gè)典型的電池組，所有電池組都以滿容量啟動。在此示例中，滿容量顯示為電量的 90%，因?yàn)殚L時(shí)間將電池保持在或接近其 100% 容量點(diǎn)會更快地縮短使用壽命。30%表示完全放電，以防止電池深度放電。

圖1.滿負(fù)荷。

隨著時(shí)間的推移，一些電池會變得比其他電池弱，導(dǎo)致下圖所示的放電曲線。

圖2.放電不匹配。

可以看出，即使幾個(gè)電池可能還剩下相當(dāng)多的容量，但弱電池限制了系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。5% 的電池不匹配會導(dǎo)致 5% 的容量未使用。對于大型電池，這可能是未使用的能量過多。這在遠(yuǎn)程系統(tǒng)和難以訪問的系統(tǒng)中變得至關(guān)重要，因?yàn)樗鼤?dǎo)致電池充電和放電循環(huán)次數(shù)的增加，從而縮短電池的使用壽命，從而導(dǎo)致與更頻繁的電池更換相關(guān)的更高成本。

通過主動平衡，電荷從較強(qiáng)的電池重新分配到較弱的電池，導(dǎo)致電池組曲線完全耗盡。

圖3.通過主動平衡完全耗盡。

充電時(shí)主動電池平衡

在沒有平衡的情況下為電池組充電時(shí)，弱電池在強(qiáng)電池之前達(dá)到滿容量。同樣，弱細(xì)胞是限制因素;在這種情況下，它們限制了我們的系統(tǒng)可以容納的總電量。下圖說明了使用此限制的充電。

圖4.充電無需平衡。

通過在充電周期內(nèi)主動平衡電荷重新分配，堆棧可以達(dá)到其全部容量。請注意，此處不討論分配用于平衡的時(shí)間百分比以及所選平衡電流對平衡時(shí)間的影響等因素，但這些都是重要的考慮因素。

有源電池平衡器

ADI公司擁有一系列有源電池平衡器，每種器件針對不同的系統(tǒng)要求。LT?8584 是一款 2.5A 放電電流、單片式反激式轉(zhuǎn)換器，與 LTC680x 系列多化學(xué)電池監(jiān)視器配合使用;電荷可以從一個(gè)電池單元重新分配到電池組的頂部，也可以重新分配到另一個(gè)電池單元或電池組內(nèi)的電池組合。每個(gè)電池單元使用一個(gè)LT8584。

圖5.12節(jié)電池組模塊，具有主動平衡功能。

LTC?3300 是一款用于鋰電池和 LiFePO4 電池的獨(dú)立雙向反激式控制器，可提供高達(dá) 10A 的平衡電流;由于它是雙向的，因此來自任何選定電池的電荷可以高效地轉(zhuǎn)移到 12 個(gè)或更多相鄰電池之間或從 12 個(gè)或更多相鄰電池轉(zhuǎn)移。單個(gè) LTC3300 可平衡多達(dá) 6 節(jié)電池。

圖6.高效雙向平衡。

LTC?3305 是一款獨(dú)立的鉛酸電池平衡器，用于多達(dá) 4 節(jié)電池;它使用第五個(gè)蓄電池單元（AUX），并連續(xù)將其與其他每個(gè)電池并聯(lián)放置（一次一個(gè)）以平衡所有電池單元（鉛酸電池堅(jiān)固耐用，可以處理此問題）。

圖7.四個(gè)電池平衡器，具有編程的高低電池電壓前端。

總結(jié)

主動和被動單元平衡都是通過監(jiān)控和匹配每個(gè)單元的SoC來改善系統(tǒng)運(yùn)行狀況的有效方法。主動電池平衡在充電和放電周期中重新分配電荷，這與被動電池平衡不同，被動電池平衡只是在充電周期中耗散電荷。因此，主動電池平衡增加了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，并可以提高充電效率。主動平衡需要更復(fù)雜、占地面積更大的解決方案;被動平衡更具成本效益。無論哪種方法最適合您的應(yīng)用，ADI公司都能提供適用于這兩種方法的解決方案，這些解決方案集成在我們的電池管理IC（如LTC6803和LTC6804）中，以及與這些IC配合使用的互補(bǔ)器件中，以提供精確、可靠的電池管理系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷