作者：Kevin Scott and Sam Nork

通過(guò)被動(dòng)和主動(dòng)電池平衡，電池組中的每個(gè)電池都受到監(jiān)控，以保持健康的電池充電狀態(tài) （SoC）。這延長(zhǎng)了電池循環(huán)壽命，并通過(guò)防止由于過(guò)度充電而深度放電而損壞電池單元來(lái)提供額外的保護(hù)層。被動(dòng)平衡通過(guò)簡(jiǎn)單地在泄放電阻器中耗散多余的電荷，使所有電池單元都具有相似的SoC;但是，它不會(huì)延長(zhǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。主動(dòng)電池平衡是一種更復(fù)雜的平衡技術(shù)，它在充電和放電周期期間在電池單元之間重新分配電荷，從而通過(guò)增加電池組中的總可用電荷來(lái)增加系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，與被動(dòng)平衡相比減少充電時(shí)間，并減少平衡時(shí)產(chǎn)生的熱量。

放電期間的主動(dòng)電池平衡

下圖表示了一個(gè)典型的電池組，所有電池組都以滿容量啟動(dòng)。在此示例中，滿容量顯示為電量的 90%，因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間將電池保持在或接近其 100% 容量點(diǎn)會(huì)更快地縮短使用壽命。30%表示完全放電，以防止電池深度放電。

圖1.滿負(fù)荷。

隨著時(shí)間的推移，一些電池會(huì)變得比其他電池弱，導(dǎo)致下圖所示的放電曲線。

圖2.放電不匹配。

可以看出，即使幾個(gè)電池可能還剩下相當(dāng)多的容量，但弱電池限制了系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。5% 的電池不匹配會(huì)導(dǎo)致 5% 的容量未使用。對(duì)于大型電池，這可能是未使用的能量過(guò)多。這在遠(yuǎn)程系統(tǒng)和難以訪問(wèn)的系統(tǒng)中變得至關(guān)重要，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致電池充電和放電循環(huán)次數(shù)的增加，從而縮短電池的使用壽命，從而導(dǎo)致與更頻繁的電池更換相關(guān)的更高成本。

通過(guò)主動(dòng)平衡，電荷從較強(qiáng)的電池重新分配到較弱的電池，導(dǎo)致電池組曲線完全耗盡。

圖3.通過(guò)主動(dòng)平衡完全耗盡。

充電時(shí)主動(dòng)電池平衡

在沒(méi)有平衡的情況下為電池組充電時(shí)，弱電池在強(qiáng)電池之前達(dá)到滿容量。同樣，弱細(xì)胞是限制因素;在這種情況下，它們限制了我們的系統(tǒng)可以容納的總電量。下圖說(shuō)明了使用此限制的充電。

圖4.充電無(wú)需平衡。

通過(guò)在充電周期內(nèi)主動(dòng)平衡電荷重新分配，堆棧可以達(dá)到其全部容量。請(qǐng)注意，此處不討論分配用于平衡的時(shí)間百分比以及所選平衡電流對(duì)平衡時(shí)間的影響等因素，但這些都是重要的考慮因素。

有源電池平衡器

ADI公司擁有一系列有源電池平衡器，每種器件針對(duì)不同的系統(tǒng)要求。LT?8584 是一款 2.5A 放電電流、單片式反激式轉(zhuǎn)換器，與 LTC680x 系列多化學(xué)電池監(jiān)視器配合使用;電荷可以從一個(gè)電池單元重新分配到電池組的頂部，也可以重新分配到另一個(gè)電池單元或電池組內(nèi)的電池組合。每個(gè)電池單元使用一個(gè)LT8584。

圖5.12節(jié)電池組模塊，具有主動(dòng)平衡功能。

LTC?3300 是一款用于鋰電池和 LiFePO4 電池的獨(dú)立雙向反激式控制器，可提供高達(dá) 10A 的平衡電流;由于它是雙向的，因此來(lái)自任何選定電池的電荷可以高效地轉(zhuǎn)移到 12 個(gè)或更多相鄰電池之間或從 12 個(gè)或更多相鄰電池轉(zhuǎn)移。單個(gè) LTC3300 可平衡多達(dá) 6 節(jié)電池。

圖6.高效雙向平衡。

LTC?3305 是一款獨(dú)立的鉛酸電池平衡器，用于多達(dá) 4 節(jié)電池;它使用第五個(gè)蓄電池單元（AUX），并連續(xù)將其與其他每個(gè)電池并聯(lián)放置（一次一個(gè)）以平衡所有電池單元（鉛酸電池堅(jiān)固耐用，可以處理此問(wèn)題）。

圖7.四個(gè)電池平衡器，具有編程的高低電池電壓前端。

總結(jié)

主動(dòng)和被動(dòng)單元平衡都是通過(guò)監(jiān)控和匹配每個(gè)單元的SoC來(lái)改善系統(tǒng)運(yùn)行狀況的有效方法。主動(dòng)電池平衡在充電和放電周期中重新分配電荷，這與被動(dòng)電池平衡不同，被動(dòng)電池平衡只是在充電周期中耗散電荷。因此，主動(dòng)電池平衡增加了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間，并可以提高充電效率。主動(dòng)平衡需要更復(fù)雜、占地面積更大的解決方案;被動(dòng)平衡更具成本效益。無(wú)論哪種方法最適合您的應(yīng)用，ADI公司都能提供適用于這兩種方法的解決方案，這些解決方案集成在我們的電池管理IC（如LTC6803和LTC6804）中，以及與這些IC配合使用的互補(bǔ)器件中，以提供精確、可靠的電池管理系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷