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

除了這些明顯的優(yōu)點(diǎn)以外，PowerPump電池平衡技術(shù)的好處是平衡可能忽略單個(gè)電池電壓。這意味著(zhù)，如果你決定在兩節電池之間轉移電荷，它可以在任何電池工作模式序列(充電、放電和重置)期間進(jìn)行。即使提供電荷的電池電壓比接收電荷的電池電壓低(例如，充電或放電時(shí)較低的電池電阻引起的低電壓)也可以完成轉移。相比“電阻泄漏”平衡，能量的熱損耗較小。

下列為三種可選平衡算法：

* 端壓(TV)抽取

* 開(kāi)路電壓(OCV)抽取

* 充電狀態(tài)(SOC)抽取(預平衡)

TV抽取就像前面介紹的電壓無(wú)源電池平衡。正如圖4所示，充電期間的TV平衡并不總是產(chǎn)生一種趨向放電結束的平衡電量。這是由于我們前面提到過(guò)的電池阻抗不匹配。OCV抽取根據電池組電流和電池阻抗測量結果，通過(guò)估計OCV來(lái)補償阻抗差異。

圖9

圖10

SOC抽取以一種同阻抗追蹤器件類(lèi)似的方式工作，它計算出每一節電池的精確電荷電平，并在電池之間轉移能量，這樣電池電量在充電結束時(shí)(EOC)就實(shí)現了平衡(請參見(jiàn)圖9*)。觀(guān)察放電OCV圖(見(jiàn)圖10*)，我們將每一節電池預平衡到一個(gè)反映其電量的失調電壓。幾個(gè)百分點(diǎn)的電量差異會(huì )使該放電曲線(xiàn)中下方出現巨大差異。如果我們已知1%到2%的電量，我們便可以在放電結束時(shí)擁有極為接近的匹配性。這就是在充電完成和放電結束時(shí)，你想要利用有源平衡技術(shù)有效地讓電池獲得最佳平衡的區域。

相比傳統的無(wú)源平衡技術(shù)，PowerPump技術(shù)可以更好地校正電池失衡，這是由于可以通過(guò)改變組件值來(lái)控制更高的平衡電流。

筆記本電腦中，有效的平衡電流通常為25到50mA，其為內部旁路平衡的12到20倍。利用這個(gè)優(yōu)勢，有源電池平衡可以在一個(gè)周期(95%時(shí)間)內對電量失衡進(jìn)行校正。

在更大的電容式電池中，PowerPump技術(shù)的結果差異甚至更大。需要考慮到使用電壓無(wú)源平衡時(shí)一個(gè)電池組能夠獲得平衡的時(shí)間長(cháng)短。唯一的電池能量電平即為一個(gè)充電周期放出部分中出現的正平衡。因此，大容量電池組整個(gè)壽命中，只有百分之幾的時(shí)間允許平衡。所以，許多電池組設計人員都選擇1安培電流平衡，甚至是10安培以上的電流。這就產(chǎn)生許多散熱問(wèn)題，以及大型FET的成本問(wèn)題。倘若利用PowerPump可獲得真正的不間斷平衡可能性，那么就可以最小化這些設計障礙。

外部組件的選擇決定你平衡電流的多少。峰值電感電流由電池電壓、電感和接通時(shí)間決定。整個(gè)周期來(lái)自電源電池的平均電流等于0.5x(峰值電流)×占空比。在正常抽取模式下，占空比為33%。例如：使用一個(gè)15uH的建議電感，并假設峰值電流約為460mA，則我們得到來(lái)自電源電池的平均電流為75mA。這個(gè)75mA的電流可長(cháng)時(shí)間出現。這便讓整個(gè)系統維持在平衡狀態(tài)下，因此在充電完成和放電結束時(shí)我們交換了最多的能量。

問(wèn)題不斷出現，“那么我需要多少平衡電流呢？”沒(méi)有人喜歡聽(tīng)這個(gè)問(wèn)題的答案，“這取決于幾方面！”首先，要知道一定時(shí)間下你期望的失衡漏電量。如果你的系統1小時(shí)20Ahr電池組放電后出現5%的失衡，則你就需要轉移大量的能量。PowerPump FET和電感需要相應地安排大小尺寸。另外，也可以使用最新固件的SuperPump選項。它讓你能夠擁有更大的占空比，以便在正常模式期間當某些測量暫停時(shí)移動(dòng)能量。如前所述，在確定可以獲得多少平衡時(shí)，電池質(zhì)量和散熱控制是重要的前提因素。

有源電池平衡的一個(gè)安全方面好處是，我們可以跟蹤一節電池使用的時(shí)間。我們可以跟蹤每節電池的凈抽取值，該凈值定義為抽入電池的正數值，以及從電池抽取的負數值。如果一節電池的凈值過(guò)高，那么就會(huì )導致從其他電池接收太多的能量，則表明這是一塊壞電池。這是 SOH計算的一個(gè)組成部分，同其他參數類(lèi)似，例如：電池阻抗和完全充電電量等。

本文小結

側重于安全性和使用壽命的一些新興電池技術(shù)，通常都擁有先進(jìn)的電池平衡和有效的散熱管理。由于新的電池平衡技術(shù)可跟蹤單個(gè)電池需要的平衡，因此電池組的使用壽命和總體安全性都已提高。在每個(gè)周期都對電池進(jìn)行平衡，可避免電池的不當使用，而它通常是導致更多失衡和早期電池老化的原因。電池化學(xué)成份、結構和應用越來(lái)越多樣化，要求電池組設計人員也要技術(shù)升級。