電池平衡在電動汽車 （EV） 的電池管理系統(tǒng)中非常重要，因為它有助于延長車輛行駛里程并確保電動汽車電池的安全運行。為了糾正電池本身的不平衡，還需要電池平衡。所有電池，包括電動汽車中的電池，都會因制造過程中的不匹配或操作條件下的不匹配而隨著時間的推移而失去平衡，從而導(dǎo)致電池之間的不平等老化。

電池只能在其最弱的電池完全放電之前提供電荷，即使其他電池可能還剩下大量電量。因此，平衡電池通過最大化電池組的容量并確保其所有能量可用來延長電池壽命，這在電動汽車電池的情況下延長了行駛里程。除了最大化電池容量外，電池平衡還通過防止電池過度充電和過度放電來確保電池的安全運行，這兩者都可能導(dǎo)致電池加速退化并產(chǎn)生潛在的危險操作場景。

細(xì)胞平衡的工作原理

細(xì)胞平衡有兩種常見的方法：主動電池平衡和被動電池平衡。主動電池平衡使用DC/DC轉(zhuǎn)換器為容量較低的電池提供更高的容量，從而重新分配電池的電荷。如今，電池制造和分選已得到顯著改進(jìn)，可為電池組內(nèi)的電池提供非常低的不匹配。因此，可以避免在工作開始時用大電池平衡電流平衡電池中的大失配。以較小的平衡電流進(jìn)行頻繁的電池平衡可以管理在運行過程中逐漸出現(xiàn)的任何不匹配。

被動平衡通常通過散熱從容量更大的電池中去除電荷，直到所有電池具有相同的電荷量。被動平衡和主動平衡之間的主要區(qū)別在于，被動平衡不分配能量，而是耗散能量，直到所有具有較高初始電荷的電池最終匹配具有最低電荷的電池。被動平衡是一種更流行的方法，因為它簡單且成本較低。

電池容量通常用充電狀態(tài)表示，以解釋電池相對于其容量的充電水平。圖1說明了電池平衡類型的差異。

圖 1：各種平衡模式下的電池充電狀態(tài)

電動汽車電池中的被動電池平衡

被動平衡通過切換與電池并聯(lián)的電阻器并將能量耗散到該電阻器中來消除過充電電池的電荷。這種能量耗散導(dǎo)致電池以及用于耗散的開關(guān)和電阻器中的熱量。保持鋰電池溫度盡可能接近室溫至關(guān)重要。如果不這樣做，當(dāng)內(nèi)部熱量產(chǎn)生速率超過熱量釋放速率時，可能會導(dǎo)致熱失控。

鋰電池在高溫下以更快的速度降解，這是由結(jié)構(gòu)變化和電極表面膜形成引起的。此外，過多的熱量積聚可能會損壞電池平衡開關(guān)和電阻器。典型的電動汽車具有大量電池和電池平衡開關(guān)和電阻器，這些開關(guān)和電阻器通常封裝得很近，這使得在被動平衡期間管理電池及其電池管理系統(tǒng)的散熱成為必要。

通過 TI 電池監(jiān)視器和平衡器提高 EV 電池安全性

TI 的 BQ79616-Q1 通過使用器件內(nèi)部的開關(guān)來執(zhí)行被動單元平衡。由于這些開關(guān)，在電池平衡期間，BQ79616-Q1 內(nèi)部存在散熱。熱點位于器件的印刷電路板 （PCB） 和平衡電阻上。BQ79616-Q1 提供兩種熱管理功能，以避免芯片過熱并監(jiān)控 PCB 溫度。

一個熱管理功能監(jiān)視管芯溫度，另一個監(jiān)視熱敏電阻溫度。高芯片溫度會觸發(fā)微控制器（MCU）故障，從而暫停電池平衡，以使集成電路（IC）溫度下降。一旦 IC 溫度下降且故障清除，MCU 即可命令 BQ79616-Q1 恢復(fù)電池平衡。

通過熱敏電阻監(jiān)控，如果溫度超過暫停閾值，BQ79616-Q1 會自動暫停平衡。當(dāng)溫度降至恢復(fù)閾值以下時，平衡將自動恢復(fù)。在這種情況下，BQ79616-Q1 會暫停并恢復(fù)電池平衡，無需 MCU 的任何干預(yù)。圖2顯示了器件和熱敏電阻的溫度監(jiān)控。

圖 2：PCB 上的 BQ79616-Q1 溫度監(jiān)控位置

單元平衡暫停狀態(tài)還會凍結(jié)所有平衡計時器和設(shè)置，一旦設(shè)備退出暫停狀態(tài)，這些計時器和設(shè)置就會恢復(fù)。為了管理由外部平衡電阻引起的熱增加，如果連接到通用輸入/輸出的任何有源熱敏電阻檢測到溫度高于設(shè)定的過熱電池平衡閾值，BQ79616-Q1 可以暫停所有通道上的電池平衡。一旦觸發(fā)過熱電池平衡檢測，一旦所有有源熱敏電阻檢測到溫度低于既定的恢復(fù)閾值，所有使能通道上的平衡將恢復(fù)。

自主電池平衡有助于最大限度地延長電池壽命，這是電動汽車電池的關(guān)鍵優(yōu)勢。BQ79616-Q1 為 MCU 增加了增強(qiáng)的 IC 熱管理和故障指示功能，能夠以成本優(yōu)化的方式實現(xiàn)快速安全的電池平衡，從而延長充電器之間的電池工作時間，并延長電動汽車電池的使用壽命。

審核編輯黃宇