有源電池平衡技術(shù)幫助增加大型鋰離子電池組供電能力

解決方案：電池平衡技術(shù)

由于對能量供給的影響，以及串聯(lián)電池應用中存在鋰離子電池過(guò)充電的危險性，必須使用電池平衡技術(shù)來(lái)對失衡進(jìn)行校正。共有兩類(lèi)電池平衡技術(shù)：無(wú)源電池平衡技術(shù)和有源電池平衡技術(shù)。

無(wú)源電池平衡技術(shù)

被稱(chēng)為“電阻泄漏”平衡的無(wú)源電池平衡方法使用一條簡(jiǎn)單的電池放電路徑，在所有電池電壓相等以前一直為高壓電池放電。除其他電池管理功能以外，許多器件都具有電池平衡功能。

諸如bq77PL900等鋰離子電池組保護器主要用于許多無(wú)繩電池供電設備、助力自行車(chē)和輕便摩托車(chē)、不間斷電源以及醫療設備。其電路主要起到一個(gè)獨立電池保護系統的作用，使用5～10節串聯(lián)電池。除通過(guò)I2C端口控制的許多電池管理功能以外，還可將電池電壓同可編程閾值對比以便決定是否需要進(jìn)行電池平衡。如果任何特定電池達到該閾值，則充電停止，并激活一條內部旁路。當高壓電池降至恢復極限值時(shí)，電池平衡停止，而繼續充電。

圖3

圖4

電池平衡算法只使用電壓發(fā)散作為平衡標準，具有過(guò)平衡(或欠平衡)的缺點(diǎn)，這是由于存在阻抗失衡影響(請參見(jiàn)圖3和圖4)。問(wèn)題是，電池阻抗還會(huì )在充電期間引起電壓差異(VDiff_Start和VDiff_End)。簡(jiǎn)單的電壓電池平衡并未區分是電量失衡還是阻抗失衡。因此，這種平衡不能保證完全充電后所有電池均獲得100%的電量。

一種解決方案是使用電池電量監測計，例如：bq2084等。它們都擁有改進(jìn)的電壓平衡技術(shù)。由于電池間的阻抗差異會(huì )誤導算法，因此它只在充電周期末端附近進(jìn)行平衡。這種方法最小化了阻抗差異的影響，這是因為當充電電流逐漸減弱至終止閾值時(shí)IRBAT壓降也變得更小。另外，這種IC還使平衡判斷基于所有電池電壓，所以它是一種更加高效的實(shí)施方法。盡管有了許多改進(jìn)，但是單獨依靠電壓電平的這種需求將平衡操作限制在高充電狀態(tài)(SOC)區域，并且僅在充電時(shí)工作。

另一個(gè)例子是bq20zxx電池電量監測計產(chǎn)品系列，其使用阻抗追蹤平衡方法。這種電量計不再?lài)L試最小化電壓差異錯誤的影響，而是計算每節電池達到完全充電狀態(tài)所需要的電荷 (QNEED)，見(jiàn)圖5。這種平衡算法，在充電期間開(kāi)啟電池平衡FET，以提供要求的QNEED。這類(lèi)電池電量監測計可輕松地實(shí)施基于QNEED的電池平衡方案，這是由于總電量和SOC在監測功能中均較穩定地處于可用狀態(tài)。因為電池平衡并未讓電池阻抗差異失真，所以它可以獨立于電池充電、放電甚至閑置狀態(tài)工作。更為重要的是，它獲得了最佳的平衡精度。

圖5：基于QNEED的電池平衡。

由于使用集成FET解決方案的無(wú)源電池平衡技術(shù)的平衡能力有限，因此電池差異或失衡率可能超過(guò)電池平衡。另外，由于存在低旁路電流，它可能會(huì )占用幾個(gè)周期來(lái)對一般失衡進(jìn)行校正。利用現有組件設計一些外部旁路電路可以增強電池平衡(請參見(jiàn)圖6和圖7)。在圖6中，當決定對某節電池進(jìn)行平衡時(shí)內部平衡MOSFET首先開(kāi)啟。這便形成一條低電流通路，其通過(guò)連接電池端(電池1和電池2)及IC引腳的外部濾波器電阻。當內部FET柵-源電壓在電阻中形成，該外部MOSFET便被開(kāi)啟。其缺點(diǎn)是，鄰近電池無(wú)法快速、同時(shí)獲得平衡。例如，如果鄰近內部FET被開(kāi)啟，則Q2不能被開(kāi)啟，因為沒(méi)有通過(guò)R2的電流。