有源電池平衡技術(shù)幫助增加大型鋰離子電池組供電能力

圖6

圖7

圖7顯示了無源電池平衡的最新例子。它是一款低成本、單芯片電池電量監(jiān)測計解決方案。與前面所述的電池電量監(jiān)測計解決方案不同，這種IC沒有內(nèi)部電池平衡，但需要一個類似的外部旁路電路來完成平衡。然而，由于該平衡實現(xiàn)電路是一個IC內(nèi)部的開路漏極，因此它可以同時平衡包括鄰近電池在內(nèi)的數(shù)節(jié)電池。這種平衡電路使用一種改進的電壓算法，正如圖6所示電路。但是，圖7中的外部FET驅(qū)動器描述了更為有效的電池平衡方法。

有源電池平衡

由于高能量電池中100%的多余能量都以熱的形式耗散掉了，因此無源平衡并非是放電期間的首選方法。有源電池平衡使用電容或電感電荷穿梭來轉(zhuǎn)移電池之間的電荷，這是一種極為高效的方法。這是因為，能量被轉(zhuǎn)至需要的地方，而非被放掉。這樣做的代價是會增加更多的部件和成本。

獲得專利的bq78PL114 PowerPump電池平衡技術(shù)是使用電感電荷傳輸?shù)挠性措姵仄胶獾淖钚吕印Ｋ褂靡粚OSFET(N通道和P通道)以及一個功率電感來實現(xiàn)在兩個鄰近電池之間建立電荷轉(zhuǎn)移電路。

電池組設(shè)計人員設(shè)定串聯(lián)電池之間的失衡閾值。如果IC測量到超出該閾值的失衡，它就會啟用PowerPump。圖8顯示的是使用了兩個MOSFET(Q1和Q2)及一個功率電感的降壓升壓電路簡圖。頂部電池(V3)需要將能量轉(zhuǎn)移至低位電池(V2)，P3S信號(工作在約200kHz和30%占空比下)觸發(fā)該能量轉(zhuǎn)移，隨后能量通過Q1流至電感。當P3S信號重置時，Q1關(guān)閉，電感能量水平處在最高水平。因為電感電流必須不斷流動，因此Q2的體二極管被正向偏置，從而完成向V2位置電池的電荷轉(zhuǎn)移。需要注意的是，由于其串聯(lián)電阻較低，存儲于該電感中的能量只有輕微的損耗。

圖8：使用PowerPump技術(shù)的電池平衡。

假定串聯(lián)電池的長度和容量不定，則轉(zhuǎn)移電荷時有一些限制。一種考慮是在我們不再獲得能量供給優(yōu)化之前，我們能將能量移至多遠？換句話說，在轉(zhuǎn)換器的低效率超過平衡電池的諸多好處以前，我們能將電荷移至多遠？在我們的測試中使用85%的估計效率，PowerPump 僅將能量轉(zhuǎn)移至不到6節(jié)電池遠的地方。但重要的是，忽略效率的情況下，在整個電池組可能達到完全平衡以前必須取得“區(qū)域平衡”。