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化被動(dòng)為主動(dòng),精確又穩(wěn)健的電池管理系統(tǒng)

電機(jī)控制設(shè)計(jì)加油站 ? 來源:YXQ ? 2019-06-18 10:57 ? 次閱讀

通過被動(dòng)和主動(dòng)電池均衡,電池組中的每個(gè)單元都得以被有效監(jiān)控并保持健康的荷電狀態(tài)(SoC)。這樣不僅可以增加電池循環(huán)工作次數(shù),還能夠提供額外的保護(hù),防止電池單元由于過度充電/深度放電而產(chǎn)生損壞。

被動(dòng)均衡通過泄放電阻消耗多余的電荷,使所有電池單元都具有大致相當(dāng)?shù)?SoC,但是它并不能延長系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。

主動(dòng)電池平衡是一種更復(fù)雜的平衡技術(shù),由于在充電和放電循環(huán)期間,電池單元內(nèi)的電荷得到重新分配,因此電池組中總的可用電荷也得到增加,從而延長了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。與被動(dòng)均衡相比,主動(dòng)平衡能夠縮短充電時(shí)間,并減少均衡時(shí)產(chǎn)生的熱量。

圖1表示的是一個(gè)典型的處于滿容量狀態(tài)的電池組。在此示例中,滿容量指的是充電量達(dá)到90%,因?yàn)殚L時(shí)間將電池保持在(或接近)100%的容量位置會(huì)使其使用壽命下降得很快。而完全放電指的是放電至30%,這樣可以防止電池進(jìn)入深度放電狀態(tài)。

圖1. 滿容量。

隨著時(shí)間的推移,一些電池的特性會(huì)變得比其他電池差,從而導(dǎo)致電池組放電特性如圖2 所示。

圖 2. 不匹配放電。

可以看到,即使有些電池單元仍然殘留了很大的能量,但弱電池單元限制了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間。5%的電池容量不匹配將導(dǎo)致5%的能量不能發(fā)揮作用。對(duì)于大容量電池而言,就意味著有大量的能量被浪費(fèi)掉,這種情況對(duì)于遠(yuǎn)程系統(tǒng)和不易維護(hù)的系統(tǒng)顯得尤為關(guān)鍵。有一部分能量未被使用,還會(huì)導(dǎo)致電池充電和放電循環(huán)次數(shù)增加,降低了電池壽命,并會(huì)因?yàn)殡姵仡l繁更換而產(chǎn)生更高的成本。

通過主動(dòng)均衡,電荷從強(qiáng)電池單元重新分配到弱電池單元,可以將電池組中的能量完全耗盡。

圖 3.通過主動(dòng)平衡完全耗盡能量。

如果對(duì)電池組充電時(shí)不進(jìn)行均衡,弱電池單元會(huì)比強(qiáng)電池單元先達(dá)到滿容量。弱電池單元再一次成為限制因素;此時(shí),它們限制了系統(tǒng)中可容納的總能量。圖4演示了充電時(shí)的這種限制。

圖 4. 不進(jìn)行均衡時(shí)的充電

主動(dòng)均衡通過在充電期間對(duì)電荷進(jìn)行再分配,能夠使電池組達(dá)到滿容量狀態(tài)。需要注意的是,雖然本文沒有討論均衡所需的時(shí)間占比和均衡電流對(duì)時(shí)間的影響等因素,但它們?nèi)孕枰恢攸c(diǎn)考慮。

ADI擁有一系列主動(dòng)電池均衡控制器,分別針對(duì)不同的系統(tǒng)要求。LT8584是一款具有 2.5A放電電流的單片反激式變換器,與LTC680x系列多元化合物電池單元監(jiān)測(cè)器配合使用;它可以將電荷從一個(gè)電池單元重新分配到整個(gè)電池組,也可以分配到電池組中的另一個(gè)電池單元或幾個(gè)電池單元的組合。每個(gè)電池單元需要配備一顆LT8584。

圖 5. 采用主動(dòng)均衡的 12串電池組模塊

LTC3300是一款獨(dú)立的雙向反激式控制器,適用于鋰電池和LiFePO4電池,可提供高達(dá)10A的均衡電流。由于控制是雙向的,任意電池單元中的電荷都能高效率的與12節(jié)甚至更多串聯(lián)電池單元進(jìn)行來回傳輸。單個(gè)LTC3300最多可以均衡六個(gè)電池單元。

圖6. 高效雙向均衡。

LTC3305是一款獨(dú)立的鉛酸電池均衡控制器,可同時(shí)均衡多達(dá)四個(gè)電池單元。它通過不斷的將第五個(gè)存儲(chǔ)電池單元(Aux),與其他每個(gè)電池單元(一次一個(gè))并聯(lián)最終達(dá)到均衡所有電池單元的目的(鉛酸電池很耐用,因此可以采取這個(gè)方式)。

圖7. 帶有可編程電池高低壓故障門限的四節(jié)電池均衡控制器。

主動(dòng)電池均衡和被動(dòng)電池均衡通過監(jiān)控和匹配每個(gè)電池單元的SoC,都能有效的促進(jìn)電池系統(tǒng)健康。與被動(dòng)電池均衡只在充電期間消耗多余電荷不同,主動(dòng)電池平衡能夠在充電和放電期間對(duì)電荷進(jìn)行重新分配。因此,主動(dòng)電池均衡能夠延長系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間,還能夠提高充電效率。主動(dòng)電池均衡需要的解決方案往往更復(fù)雜,尺寸也更大,而被動(dòng)電池均衡則更具成本效益。

無論哪種方式更符合您的應(yīng)用需求,ADI都能夠提供相應(yīng)的解決方案,并通過與我們的電池管理IC(如LTC6803和LTC6804)以及其他外圍器件配合,為您提供精確、穩(wěn)健的電池管理系統(tǒng)。

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場(chǎng)。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
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原文標(biāo)題:化被動(dòng)為主動(dòng),精確又穩(wěn)健的電池管理系統(tǒng)是這樣滴

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