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

圖6

圖7

圖7顯示了無(wú)源電池平衡的最新例子。它是一款低成本、單芯片電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)解決方案。與前面所述的電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)解決方案不同，這種IC沒(méi)有內(nèi)部電池平衡，但需要一個(gè)類(lèi)似的外部旁路電路來(lái)完成平衡。然而，由于該平衡實(shí)現(xiàn)電路是一個(gè)IC內(nèi)部的開(kāi)路漏極，因此它可以同時(shí)平衡包括鄰近電池在內(nèi)的數(shù)節(jié)電池。這種平衡電路使用一種改進(jìn)的電壓算法，正如圖6所示電路。但是，圖7中的外部FET驅(qū)動(dòng)器描述了更為有效的電池平衡方法。

有源電池平衡

由于高能量電池中100%的多余能量都以熱的形式耗散掉了，因此無(wú)源平衡并非是放電期間的首選方法。有源電池平衡使用電容或電感電荷穿梭來(lái)轉(zhuǎn)移電池之間的電荷，這是一種極為高效的方法。這是因?yàn)椋芰勘晦D(zhuǎn)至需要的地方，而非被放掉。這樣做的代價(jià)是會(huì)增加更多的部件和成本。

獲得專利的bq78PL114 PowerPump電池平衡技術(shù)是使用電感電荷傳輸?shù)挠性措姵仄胶獾淖钚吕印Ｋ褂靡粚?duì)MOSFET(N通道和P通道)以及一個(gè)功率電感來(lái)實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)鄰近電池之間建立電荷轉(zhuǎn)移電路。

電池組設(shè)計(jì)人員設(shè)定串聯(lián)電池之間的失衡閾值。如果IC測(cè)量到超出該閾值的失衡，它就會(huì)啟用PowerPump。圖8顯示的是使用了兩個(gè)MOSFET(Q1和Q2)及一個(gè)功率電感的降壓升壓電路簡(jiǎn)圖。頂部電池(V3)需要將能量轉(zhuǎn)移至低位電池(V2)，P3S信號(hào)(工作在約200kHz和30%占空比下)觸發(fā)該能量轉(zhuǎn)移，隨后能量通過(guò)Q1流至電感。當(dāng)P3S信號(hào)重置時(shí)，Q1關(guān)閉，電感能量水平處在最高水平。因?yàn)殡姼须娏鞅仨毑粩嗔鲃?dòng)，因此Q2的體二極管被正向偏置，從而完成向V2位置電池的電荷轉(zhuǎn)移。需要注意的是，由于其串聯(lián)電阻較低，存儲(chǔ)于該電感中的能量只有輕微的損耗。

圖8：使用PowerPump技術(shù)的電池平衡。

假定串聯(lián)電池的長(zhǎng)度和容量不定，則轉(zhuǎn)移電荷時(shí)有一些限制。一種考慮是在我們不再獲得能量供給優(yōu)化之前，我們能將能量移至多遠(yuǎn)？換句話說(shuō)，在轉(zhuǎn)換器的低效率超過(guò)平衡電池的諸多好處以前，我們能將電荷移至多遠(yuǎn)？在我們的測(cè)試中使用85%的估計(jì)效率，PowerPump 僅將能量轉(zhuǎn)移至不到6節(jié)電池遠(yuǎn)的地方。但重要的是，忽略效率的情況下，在整個(gè)電池組可能達(dá)到完全平衡以前必須取得“區(qū)域平衡”。