平衡的要性

一旦電壓出允許范圍，鋰電池很容易被損壞。如果出電壓的上限和下限（例如，nanophosphate鋰電池的電壓上限和下限分別為3.6V和2V），電池就可能會(huì)受到不可逆的損壞，至少也會(huì)增加電池的自放電率。在相當(dāng)寬的荷電狀態(tài)范圍內(nèi)，輸出電壓可以保持穩(wěn)定，因此正常情況下出范圍的可能性比較小。但是，在接近范圍上限和下限的區(qū)域，變化曲線(xiàn)陡峭。作為措施，仔細(xì)監(jiān)測(cè)電壓水平要。

當(dāng)電池電壓接近臨界值時(shí)，須立即停止放電或充電。平衡電路的功能就是調(diào)節(jié)相應(yīng)電池的電壓，使其保持在區(qū)域。為了這個(gè)目的，當(dāng)電池組中任一電池的電壓與其他電池不同時(shí)，就須將能量在電池之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

電荷平衡

1 傳統(tǒng)的被動(dòng)平衡方式

在常規(guī)電池管理系統(tǒng)中，每個(gè)電池開(kāi)關(guān)與一個(gè)負(fù)載電阻相連。被動(dòng)式平衡電路可以對(duì)指定電池單獨(dú)放電，但這種方式只能在充電模式下抑制電壓的電池的電壓上升。為了限制功耗，一般采用100mA內(nèi)的小電流，這可能導(dǎo)致需要數(shù)小時(shí)才能完成電荷平衡。

2 主動(dòng)平衡

現(xiàn)有文獻(xiàn)資料中介紹了幾種主動(dòng)電荷平衡方法，這些方法利用蓄能元件轉(zhuǎn)移能量。如果采用電容器作為蓄能元件，則需要許多開(kāi)關(guān)元件將蓄能電容與電池連接。相對(duì)而言，采用磁場(chǎng)來(lái)存儲(chǔ)能量的效率更高，這種電路的器件是變壓器。英飛凌項(xiàng)目組通過(guò)與VOGT電子器件有限公司（VOGT electronic Components GmbH）合作開(kāi)發(fā)出了相應(yīng)的原型，它可以用于：在電池之間轉(zhuǎn)移能量； 將多個(gè)電池電壓復(fù)用，作為基于地電壓的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入其構(gòu)造原理是使用反激轉(zhuǎn)換器（flyback converter）。這種變壓器以磁場(chǎng)存儲(chǔ)能量，在磁芯中有一個(gè)空隙，以磁阻，避免磁芯材料磁飽和。變壓器有兩個(gè)不同的繞組：主繞組與電池組相連；次繞組與電池相連。

可行的變壓器模型可支持12個(gè)電池。其限制因素是可能連接數(shù)量。 本文所述的變壓器原型有28個(gè)引腳。開(kāi)關(guān)采用OptiMOS 3系列中的MOSFET，它們具有低的導(dǎo)通電阻，所產(chǎn)生的傳導(dǎo)損耗可以忽略不計(jì)。

每個(gè)電池塊由英飛凌的8位微控制器XC886CLM控制，該控制器具有閃存和32KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；兩個(gè)硬件CAN接口支持采用普通汽車(chē)控制器局域網(wǎng)（CAN）總線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行通信，降低了處理器的負(fù)荷；硬件乘除算法單元（MDU）了運(yùn)算速度。

平衡方式

由于變壓器可以雙向使用，我們可以根據(jù)情況采用兩種不同的平衡方式。控制電路先逐個(gè)檢測(cè)電池的電壓，計(jì)算出平均值，然后找出電壓與平均值偏差的電池。如果該電池的電壓低于平均值，則采用下限平衡（bottom-balancing）方法；如果高于平均電壓，則使用上限平衡（-balancing）方法。

1 下限平衡：每個(gè)周期由2個(gè)主動(dòng)脈沖和1個(gè)間隔組成。本例中的周期為40ms，對(duì)應(yīng)的頻率為25kHz。變壓器的設(shè)計(jì)工作頻率應(yīng)高于20kHz，以避免由于變壓器磁芯的磁彈性產(chǎn)生的噪聲。在某個(gè)電池的荷電狀態(tài)下，下限平衡方法可以延長(zhǎng)電池組的工作時(shí)間。只要流出電池組的電流低于平均平衡電流，車(chē)輛就可以繼續(xù)行駛，直至耗盡后一個(gè)電池的電量。

2 上限平衡：如果某個(gè)電池的電壓高于其他電池，就需要將多余能量從該電池移走，這在充電模式下尤其要。如果沒(méi)有平衡功能，那么在個(gè)電池充滿(mǎn)后須立即停止充電。平衡功能使得電池的電壓維持在同一水平，從而避免上述情況的發(fā)生。上限平衡工作模式下的電流和時(shí)序與下限平衡類(lèi)似，只是工作次序和電流的流向與之相反。

長(zhǎng)沙華耐能源開(kāi)發(fā)有限公司，低溫鋰電池制造，更多產(chǎn)品信息詳見(jiàn)華耐電池工廠網(wǎng)站。