电池管理产品解决方案的被动电池单元平衡介绍

在汽车和运输市场中，大型电池组提供高输出功率，而不会产生与汽油动力内燃机相关的有害排放物（即一氧化碳和碳氢化合物）。理想情况下，堆叠中的每个单独电池对系统的贡献相同。但是，当谈到电池时，所有电池都不是同样的。即使具有相同物理尺寸和形状的相同化学成分的电池也可以具有不同的总容量，不同的内阻，不同的自放电率等。此外，它们可以不同的老化，在电池寿命方程中增加另一个变量。

电池组的性能受到堆栈中容量最小的单元的限制;一旦最弱的电池耗尽，整个电池组就会被完全耗尽。基于其充电状态（SoC）测量来确定堆叠中的每个单独电池单元的健康状况，其测量其剩余电荷与其电池容量的比率。 SoC使用电池测量，如电压，集成充电和放电电流以及温度来确定电池中剩余的电量。精密单芯片和多芯片电池管理系统（BMS）将电池监控（包括SoC测量）与无源或有源电池平衡相结合，以提高电池组性能。这些测量结果如下：

与电池容量无关的健康电池充电状态

最小化电池到电池的电荷不匹配状态

最小化电池老化的影响（老化导致容量损失）

无源和有源电池平衡为电池组提供了不同的优势，ADI公司为这两种方法提供了电池管理产品组合的解决方案。让我们先来看看检查被动平衡。

被动平衡允许所有单元看起来具有相同的容量

最初，电池组可能具有相当匹配的单元。但随着时间的推移，单元匹配会降低由于充电/放电循环，升高的温度和一般的老化。弱电池的充电和放电速度比更强或更高容量的电池更快，因此它成为系统运行时间的限制因素。被动平衡允许堆栈看起来每个细胞都具有与最弱细胞相同的能力。我们在相对较低的电流下，它在充电周期期间从高SoC电池中消耗少量能量，使得所有电池充电至其最大SoC。这是通过使用与每个电池单元并联的开关和泄放电阻来实现的。

高SoC电池放电（电阻耗散在电阻器中）因此，充电可以持续到所有电池完全充电为止。

无源平衡允许所有电池具有相同的SoC，但它不会改善电池供电系统的运行时间。它提供了一种相当低成本的平衡电池的方法，但由于放电电阻，它在过程中浪费了能量。无源平衡还可以纠正从一个电池到另一个电池的自放电电流的长期不匹配。

带有被动平衡的多节电池监控器

ADI公司推出一系列多节电池监控器，包括被动细胞平衡。这些设备具有可堆叠的架构，可以监控数百个单元。每个器件最多可测量12个连接的电池单元，总测量误差小于1.2 mV。每个电池0 V至5 V的测量范围使其适用于大多数电池化学成分。 LTC6804如图2所示。

LTC6804具有内部无源平衡（图3），如果需要，还可以配置外部MOSFET（图4） 。它还具有可选的可编程无源平衡放电计时器，使用户可以更灵活地进行系统配置。

对于客户希望最大限度地提高系统运行时间和充电效率，主动平衡是最佳选择。通过有源电池平衡，能量不会浪费，而是在充电和放电时重新分配到电池组中的其他电池。放电时，较强的细胞补充较弱的细胞，延长细胞达到其完全耗尽状态的时间。