主动电池平衡

作者：Kevin Scott and Sam Nork

通过被动和主动电池平衡，电池组中的每个电池都受到监控，以保持健康的电池充电状态 （SoC）。这延长了电池循环寿命，并通过防止由于过度充电而深度放电而损坏电池单元来提供额外的保护层。被动平衡通过简单地在泄放电阻器中耗散多余的电荷，使所有电池单元都具有相似的SoC;但是，它不会延长系统运行时间。主动电池平衡是一种更复杂的平衡技术，它在充电和放电周期期间在电池单元之间重新分配电荷，从而通过增加电池组中的总可用电荷来增加系统运行时间，与被动平衡相比减少充电时间，并减少平衡时产生的热量。

放电期间的主动电池平衡

下图表示了一个典型的电池组，所有电池组都以满容量启动。在此示例中，满容量显示为电量的 90%，因为长时间将电池保持在或接近其 100% 容量点会更快地缩短使用寿命。30%表示完全放电，以防止电池深度放电。

图1.满负荷。

随着时间的推移，一些电池会变得比其他电池弱，导致下图所示的放电曲线。

图2.放电不匹配。

可以看出，即使几个电池可能还剩下相当多的容量，但弱电池限制了系统的运行时间。5% 的电池不匹配会导致 5% 的容量未使用。对于大型电池，这可能是未使用的能量过多。这在远程系统和难以访问的系统中变得至关重要，因为它会导致电池充电和放电循环次数的增加，从而缩短电池的使用寿命，从而导致与更频繁的电池更换相关的更高成本。

通过主动平衡，电荷从较强的电池重新分配到较弱的电池，导致电池组曲线完全耗尽。

图3.通过主动平衡完全耗尽。

充电时主动电池平衡

在没有平衡的情况下为电池组充电时，弱电池在强电池之前达到满容量。同样，弱细胞是限制因素;在这种情况下，它们限制了我们的系统可以容纳的总电量。下图说明了使用此限制的充电。

图4.充电无需平衡。

通过在充电周期内主动平衡电荷重新分配，堆栈可以达到其全部容量。请注意，此处不讨论分配用于平衡的时间百分比以及所选平衡电流对平衡时间的影响等因素，但这些都是重要的考虑因素。

有源电池平衡器

ADI公司拥有一系列有源电池平衡器，每种器件针对不同的系统要求。LT®8584 是一款 2.5A 放电电流、单片式反激式转换器，与 LTC680x 系列多化学电池监视器配合使用;电荷可以从一个电池单元重新分配到电池组的顶部，也可以重新分配到另一个电池单元或电池组内的电池组合。每个电池单元使用一个LT8584。

图5.12节电池组模块，具有主动平衡功能。

LTC®3300 是一款用于锂电池和 LiFePO4 电池的独立双向反激式控制器，可提供高达 10A 的平衡电流;由于它是双向的，因此来自任何选定电池的电荷可以高效地转移到 12 个或更多相邻电池之间或从 12 个或更多相邻电池转移。单个 LTC3300 可平衡多达 6 节电池。

图6.高效双向平衡。

LTC®3305 是一款独立的铅酸电池平衡器，用于多达 4 节电池;它使用第五个蓄电池单元（AUX），并连续将其与其他每个电池并联放置（一次一个）以平衡所有电池单元（铅酸电池坚固耐用，可以处理此问题）。

图7.四个电池平衡器，具有编程的高低电池电压前端。

总结

主动和被动单元平衡都是通过监控和匹配每个单元的SoC来改善系统运行状况的有效方法。主动电池平衡在充电和放电周期中重新分配电荷，这与被动电池平衡不同，被动电池平衡只是在充电周期中耗散电荷。因此，主动电池平衡增加了系统运行时间，并可以提高充电效率。主动平衡需要更复杂、占地面积更大的解决方案;被动平衡更具成本效益。无论哪种方法最适合您的应用，ADI公司都能提供适用于这两种方法的解决方案，这些解决方案集成在我们的电池管理IC（如LTC6803和LTC6804）中，以及与这些IC配合使用的互补器件中，以提供精确、可靠的电池管理系统。

审核编辑：郭婷