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(yīng)用中存在鋰離子電池過充電的危險性，必須使用電池平衡技術(shù)來對失衡進(jìn)行校正。共有兩類電池平衡技術(shù)：無源電池平衡技術(shù)和有源電池平衡技術(shù)。

無源電池平衡技術(shù)

被稱為“電阻泄漏”平衡的無源電池平衡方法使用一條簡單的電池放電路徑，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(hù)器主要用于許多無繩電池供電設(shè)備、助力自行車和輕便摩托車、不間斷電源以及醫(yī)療設(shè)備。其電路主要起到一個獨立電池保護(hù)系統(tǒng)的作用，使用5～10節(jié)串聯(lián)電池。除通過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(dá)到該閾值，則充電停止，并激活一條內(nèi)部旁路。當(dāng)高壓電池降至恢復(fù)極限值時，電池平衡停止，而繼續(xù)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(biāo)準(zhǔn)，具有過平衡(或欠平衡)的缺點，這是由于存在阻抗失衡影響(請參見圖3和圖4)。問題是，電池阻抗還會在充電期間引起電壓差異(VDiff_Start和VDiff_End)。簡單的電壓電池平衡并未區(qū)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(jiān)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誤導(dǎo)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(dāng)充電電流逐漸減弱至終止閾值時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(qū)域，并且僅在充電時工作。

另一個例子是bq20zxx電池電量監(jiān)測計產(chǎn)品系列，其使用阻抗追蹤平衡方法。這種電量計不再嘗試最小化電壓差異錯誤的影響，而是計算每節(jié)電池達(dá)到完全充電狀態(tài)所需要的電荷 (QNEED)，見圖5。這種平衡算法，在充電期間開啟電池平衡FET，以提供要求的QNEED。這類電池電量監(jiān)測計可輕松地實施基于QNEED的電池平衡方案，這是由于總電量和SOC在監(jiān)測功能中均較穩(wěn)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電池平衡。另外，由于存在低旁路電流，它可能會占用幾個周期來對一般失衡進(jìn)行校正。利用現(xiàn)有組件設(shè)計一些外部旁路電路可以增強(qiáng)電池平衡(請參見圖6和圖7)。在圖6中，當(dāng)決定對某節(jié)電池進(jìn)行平衡時內(nèi)部平衡MOSFET首先開啟。這便形成一條低電流通路，其通過連接電池端(電池1和電池2)及IC引腳的外部濾波器電阻。當(dāng)內(nèi)部FET柵-源電壓在電阻中形成，該外部MOSFET便被開啟。其缺點是，鄰近電池?zé)o法快速、同時獲得平衡。例如，如果鄰近內(nèi)部FET被開啟，則Q2不能被開啟，因為沒有通過R2的電流。