作者：Kevin Scott and Sam Nork

在汽車和運輸市場中，大型電池組提供高輸出功率，而不會產(chǎn)生與汽油動力內(nèi)燃機相關的有害排放物（即一氧化碳和碳氫化合物）。理想情況下，堆棧中的每個電池對系統(tǒng)的貢獻相同。但是，當涉及到電池時，并非所有電池都是平等的。即使是具有相同物理尺寸和形狀的相同化學成分的電池也可能具有不同的總?cè)萘俊⒉煌膬?nèi)阻、不同的自放電率等。此外，它們的老化方式可能不同，在電池壽命方程中添加另一個變量。

電池組的性能受到電池組中最低容量電池的限制;一旦最弱的單元耗盡，整個堆棧就會有效地耗盡。堆棧中每個單獨電池單元的運行狀況根據(jù)其充電狀態(tài) （SoC） 測量值確定，該測量值測量其剩余電量與其電池容量的比率。SoC 使用電池測量值（如電壓、集成充電和放電電流以及溫度）來確定電池中的剩余電量。精密單芯片和多芯片電池管理系統(tǒng) （BMS） 將電池監(jiān)控（包括 SoC 測量）與被動或主動電池平衡相結(jié)合，以提高電池組性能。這些測量結(jié)果為：

健康的電池充電狀態(tài)與電池容量無關

最小化電池間電荷狀態(tài)失配

將電池老化的影響降至最低（老化導致容量損失）

被動和主動電池平衡為電池組提供了不同的優(yōu)勢，ADI公司的電池管理產(chǎn)品組合中為這兩種方法提供了解決方案。讓我們首先研究被動平衡。

被動平衡允許所有電池看起來具有相同的容量

最初，電池組可能具有相當匹配的電池。但隨著時間的推移，由于充電/放電循環(huán)、高溫和一般老化，電池匹配會降低。弱電池的充電和放電速度比更強或更高容量的電池快，因此它成為系統(tǒng)運行時間的限制因素。被動平衡使堆棧看起來像每個單元都具有與最弱單元相同的容量。它使用相對較低的電流，在充電周期中從高SoC電池中消耗少量能量，以便所有電池充電至最大SoC。這是通過使用與每個電池單元并聯(lián)的開關和泄放電阻來實現(xiàn)的。

圖1.帶泄放電阻的無源電池平衡器。

高 SoC 電池被放出（功率在電阻中耗散），以便可以繼續(xù)充電，直到所有電池都充滿電。

被動平衡允許所有電池具有相同的SoC，但它不會改善電池供電系統(tǒng)的運行時間。它提供了一種相當?shù)统杀镜碾姵仄胶夥椒ǎ捎诜烹婋娮瑁诖诉^程中浪費了能量。被動平衡還可以糾正電池與電池之間自放電電流的長期不匹配。

帶被動平衡的多節(jié)電池監(jiān)控器

ADI公司擁有一系列多節(jié)電池監(jiān)控器，包括無源電池平衡。這些器件采用可堆疊架構(gòu)，可監(jiān)控數(shù)百個電池。每個器件可測量多達 12 個串聯(lián)的電池單元，總測量誤差小于 1.2 mV。每節(jié)電池0 V至5 V的測量范圍使其適用于大多數(shù)電池化學成分。LTC6804如圖2所示。

圖2.LTC6804 應用電路，具有外部無源平衡功能。

LTC6804 具有內(nèi)部被動平衡功能（圖 3），如果需要，還可配置外部 MOSFET （圖 4）。它還具有可選的可編程被動平衡放電定時器，為用戶提供了更大的系統(tǒng)配置靈活性。

圖3.帶內(nèi)部放電開關的被動平衡。

圖4.帶外部放電開關的被動平衡。

對于希望最大限度地延長系統(tǒng)運行時間并提高充電效率的客戶，主動平衡是最佳選擇。通過主動電池平衡，能量不會浪費，而是在充電和放電時重新分配到電池組中的其他電池。放電時，較弱的電池由較強的電池補充，從而延長電池達到完全耗盡狀態(tài)的時間。

審核編輯：郭婷