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主動(dòng)和被動(dòng)電池平衡如何工作

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:TI ? 作者:TI ? 2023-04-10 09:50 ? 次閱讀

在這篇文章中探討若電池不平衡且稍微擴(kuò)大對電池容量不匹配的影響時(shí),電池將如何變得不可用。我將專注于汽車鋰離子(Li-ion)電池,但一般來說這些原則適用于所有電池。

多單元電池通常構(gòu)建為串聯(lián)或并聯(lián)電池陣列。串聯(lián)電池過多將導(dǎo)致較高的電池組電壓,而并聯(lián)電池過多將導(dǎo)致較高的總電池容量(表示為安培小時(shí)額定值或Ahrs)。然后電池容量將指示并行電池?cái)?shù)量,將等于并聯(lián)電池?cái)?shù)量的電池容量乘以系統(tǒng)運(yùn)行所需的電池容量。根據(jù)電池類型,汽車傾向于使用96個(gè)串聯(lián)鋰離子電池和24個(gè)并聯(lián)電池。例如,行駛100英里范圍的電動(dòng)車輛將需要20-30kWh的電池,這取決于車輛的重量、預(yù)期使用模式和車輛中的各種系統(tǒng)效率。系統(tǒng)的幾個(gè)方面將決定電池組電壓,包括電動(dòng)機(jī)的總體尺寸和類型、電纜尺寸和隔離要求。

多單元電池通過向堆疊頂部的電池的正極端子供電流來充電。(假設(shè)電池包括n個(gè)串聯(lián)電池)。換句話說,電池單元不單獨(dú)充電。若您閱讀Stefano的文章,您將了解在充電結(jié)束時(shí),每個(gè)單元格中剩余的電量是不同的;并且當(dāng)您反復(fù)對電池充放電(在沒有平衡的情況下)時(shí),這種差異會(huì)增加。

若將兩個(gè)電池聯(lián)想為相同的充電容器,那么駕駛電動(dòng)車輛將導(dǎo)致從電池提取能量,這將耗盡這些容器。電動(dòng)車輛的充電將電荷注入電池,從而填充那些容器。并非所有電池都彼此相同,它們也會(huì)不均勻;因此,較弱的電池將以稍微不同的速率充放電。每個(gè)電池的電壓電平將分別隨著電池的充電和放電而緩慢上升和下降。

讓我們從一個(gè)完整的電池講起。包含在電池中的所有能量(可用能量)可為汽車提供動(dòng)力。為了不使電池過度放電(因?yàn)檫^度放電會(huì)降低電池壽命并且可能影響安全性),當(dāng)首個(gè)電池達(dá)到欠電壓閾值(加上通常取決于保護(hù)器的安全裕度)時(shí),必須停止放電。為了不對鋰離子電池過充電,當(dāng)首個(gè)電池達(dá)到過電壓閾值時(shí),必須停止充電。然而,滯后的電池尚未完全充電,在電池中會(huì)留下一些不能用于驅(qū)動(dòng)的電量,因?yàn)楫?dāng)首個(gè)電池充滿時(shí),必須再次停止充電。

換句話說,在首次充電/放電循環(huán)之后,一些能量在電池組中滯留。它永遠(yuǎn)不能用于為汽車供電。

隨著電池充放電反復(fù)進(jìn)行,滯留的電量增加,從而降低可用電量。此外,可用電量的損失是滯留電量的兩倍,因?yàn)闇綦娏坎豢捎茫⑶业刃щ娏坎荒茏⑷氲搅硪粋€(gè)電池中。

進(jìn)行足夠的充放電循環(huán)之后,可用能量開始接近零。您如何避免這個(gè)問題呢?平衡!您可通過將多余電量耗散到電阻上來實(shí)現(xiàn)電池平衡,從而重新獲得將電池充滿電并達(dá)到完全充電的能力。

只要所有電池具有相同容量,在每次充電循環(huán)結(jié)束時(shí)就無需完全平衡——因?yàn)殡姾刹黄胶獾挠绊懯峭耆赡娴摹N乙延^察到電池電子部件開發(fā)期間的一個(gè)案例,其中電池的無源平衡部分在經(jīng)歷多次充電/放電循環(huán)之后才被實(shí)現(xiàn)。當(dāng)平衡系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒時(shí),可用電量降幅超過25%。然而,在平衡所有電池之后,電池組通過最少的可用能量損失即可完全充滿。

您應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用和熱學(xué)考慮選擇平衡電流的量。例如,在24kWh系統(tǒng)(96個(gè)電池串聯(lián))中,假設(shè)電池在其壽命結(jié)束時(shí)具有小于1%的充電時(shí)間差(充電時(shí)間的差異隨時(shí)間增加),則66Ah系統(tǒng)將需要補(bǔ)償660mAh。憑借200mA的平衡電流,您可在3.3小時(shí)內(nèi)平衡該系統(tǒng),但是需要兩倍的時(shí)間來平衡100mA電流。

應(yīng)用 #串聯(lián)電池 TI監(jiān)控和保護(hù)部件
筆記本電腦/平板電腦 2-4 bq40z50-R1,bq2947
電動(dòng)工具和園藝工具 3-10 bq76930,bq76920,bq76925
Ebike 7-16 bq76930,bq76940,bq76Pl455A-Q1,bq78350-R1
EV/HEV/PHEV 60-96 bq76Pl455A-Q1,bq76PL536A-Q1
微混合動(dòng)力 4-6 bq76PL536A-Q1
輕度混合動(dòng)力 12-16 bq76PL455A-Q1
eCall 1-2 bq76PL455A-Q1,EMB1428Q,EMB1499Q
電信,UPS,ESS 10-16 bq76940,bq76PL455A-Q1,bq78350-R1

表1:特定應(yīng)用的監(jiān)視和保護(hù)設(shè)備

審核編輯:郭婷

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