作者：Kevin Scott and Sam Nork

在汽車和運(yùn)輸市場(chǎng)中，大型電池組提供高輸出功率，而不會(huì)產(chǎn)生與汽油動(dòng)力內(nèi)燃機(jī)相關(guān)的有害排放物（即一氧化碳和碳?xì)浠衔铮＠硐肭闆r下，堆棧中的每個(gè)電池對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)相同。但是，當(dāng)涉及到電池時(shí)，并非所有電池都是平等的。即使是具有相同物理尺寸和形狀的相同化學(xué)成分的電池也可能具有不同的總?cè)萘俊⒉煌膬?nèi)阻、不同的自放電率等。此外，它們的老化方式可能不同，在電池壽命方程中添加另一個(gè)變量。

電池組的性能受到電池組中最低容量電池的限制;一旦最弱的單元耗盡，整個(gè)堆棧就會(huì)有效地耗盡。堆棧中每個(gè)單獨(dú)電池單元的運(yùn)行狀況根據(jù)其充電狀態(tài) （SoC） 測(cè)量值確定，該測(cè)量值測(cè)量其剩余電量與其電池容量的比率。SoC 使用電池測(cè)量值（如電壓、集成充電和放電電流以及溫度）來(lái)確定電池中的剩余電量。精密單芯片和多芯片電池管理系統(tǒng) （BMS） 將電池監(jiān)控（包括 SoC 測(cè)量）與被動(dòng)或主動(dòng)電池平衡相結(jié)合，以提高電池組性能。這些測(cè)量結(jié)果為：

健康的電池充電狀態(tài)與電池容量無(wú)關(guān)

最小化電池間電荷狀態(tài)失配

將電池老化的影響降至最低（老化導(dǎo)致容量損失）

被動(dòng)和主動(dòng)電池平衡為電池組提供了不同的優(yōu)勢(shì)，ADI公司的電池管理產(chǎn)品組合中為這兩種方法提供了解決方案。讓我們首先研究被動(dòng)平衡。

被動(dòng)平衡允許所有電池看起來(lái)具有相同的容量

最初，電池組可能具有相當(dāng)匹配的電池。但隨著時(shí)間的推移，由于充電/放電循環(huán)、高溫和一般老化，電池匹配會(huì)降低。弱電池的充電和放電速度比更強(qiáng)或更高容量的電池快，因此它成為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的限制因素。被動(dòng)平衡使堆棧看起來(lái)像每個(gè)單元都具有與最弱單元相同的容量。它使用相對(duì)較低的電流，在充電周期中從高SoC電池中消耗少量能量，以便所有電池充電至最大SoC。這是通過(guò)使用與每個(gè)電池單元并聯(lián)的開關(guān)和泄放電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖1.帶泄放電阻的無(wú)源電池平衡器。

高 SoC 電池被放出（功率在電阻中耗散），以便可以繼續(xù)充電，直到所有電池都充滿電。

被動(dòng)平衡允許所有電池具有相同的SoC，但它不會(huì)改善電池供電系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。它提供了一種相當(dāng)?shù)统杀镜碾姵仄胶夥椒ǎ捎诜烹婋娮瑁诖诉^(guò)程中浪費(fèi)了能量。被動(dòng)平衡還可以糾正電池與電池之間自放電電流的長(zhǎng)期不匹配。

帶被動(dòng)平衡的多節(jié)電池監(jiān)控器

ADI公司擁有一系列多節(jié)電池監(jiān)控器，包括無(wú)源電池平衡。這些器件采用可堆疊架構(gòu)，可監(jiān)控?cái)?shù)百個(gè)電池。每個(gè)器件可測(cè)量多達(dá) 12 個(gè)串聯(lián)的電池單元，總測(cè)量誤差小于 1.2 mV。每節(jié)電池0 V至5 V的測(cè)量范圍使其適用于大多數(shù)電池化學(xué)成分。LTC6804如圖2所示。

圖2.LTC6804 應(yīng)用電路，具有外部無(wú)源平衡功能。

LTC6804 具有內(nèi)部被動(dòng)平衡功能（圖 3），如果需要，還可配置外部 MOSFET （圖 4）。它還具有可選的可編程被動(dòng)平衡放電定時(shí)器，為用戶提供了更大的系統(tǒng)配置靈活性。

圖3.帶內(nèi)部放電開關(guān)的被動(dòng)平衡。

圖4.帶外部放電開關(guān)的被動(dòng)平衡。

對(duì)于希望最大限度地延長(zhǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間并提高充電效率的客戶，主動(dòng)平衡是最佳選擇。通過(guò)主動(dòng)電池平衡，能量不會(huì)浪費(fèi)，而是在充電和放電時(shí)重新分配到電池組中的其他電池。放電時(shí)，較弱的電池由較強(qiáng)的電池補(bǔ)充，從而延長(zhǎng)電池達(dá)到完全耗盡狀態(tài)的時(shí)間。

審核編輯：郭婷