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電池單元主動均衡

2076820 2021-01-20 | pdf | 381.59KB | 次下載 | 5積分

資料介紹

Kevin Scott 和 Sam Nork ADI 公司

通過被動和主動電池均衡，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度充電/深度放電而產(chǎn)生損壞。被動均衡通過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)，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，從而延長了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。與被動均衡相比，主動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時(shí)間將電池保持在 (或接近) 100% 的容量位置會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，并會因?yàn)殡姵仡l繁更換而產(chǎn)生更高的成本。

通過主動均衡，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. 通過主動平衡完全耗盡能量。

主動電池均衡充電期間：

如果對電池組充電時(shí)不進(jìn)行均衡，弱電池單元會比強(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。

主動均衡通過在充電期間對電荷進(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，雖然本文沒有討論均衡所需的時(shí)間占比和均衡電流對時(shí)間的影響等因素，但它們?nèi)孕枰恢攸c(diǎn)考慮。

圖 5. 采用主動均衡的 12串電池組模塊。

ADI 公司主動電池均衡控制器

ADI 公司擁有一系列主動電池均衡控制器，分別針對不同的系統(tǒng)要求。LT8584 是一款具有 2.5 A 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。

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) 10 A 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。它通過不斷的將第五個(gè)存儲電池單元 (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

主動電池均衡和被動電池均衡通過監(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。與被動電池均衡只在充電期間消耗多余電荷不同，主動電池平衡能夠在充電和放電期間對電荷進(jìn)行重新分配。因此，主動電池均衡能夠延長系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，還能夠提高充電效率。主動電池均衡需要的解決方案往往更復(fù)雜，尺寸也更大，而被動電池均衡則更具成本效益。無論哪種方式更符合您的應(yīng)用需求，ADI 公司都能夠提供相應(yīng)的解決方案，并通過與我們的電池管理 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)。