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

除了這些明顯的優(yōu)點(diǎn)以外，PowerPump電池平衡技術(shù)的好處是平衡可能忽略單個(gè)電池電壓。這意味著，如果你決定在兩節(jié)電池之間轉(zhuǎn)移電荷，它可以在任何電池工作模式序列(充電、放電和重置)期間進(jìn)行。即使提供電荷的電池電壓比接收電荷的電池電壓低(例如，充電或放電時(shí)較低的電池電阻引起的低電壓)也可以完成轉(zhuǎn)移。相比“電阻泄漏”平衡，能量的熱損耗較小。

下列為三種可選平衡算法：

* 端壓(TV)抽取

* 開路電壓(OCV)抽取

* 充電狀態(tài)(SOC)抽取(預(yù)平衡)

TV抽取就像前面介紹的電壓無源電池平衡。正如圖4所示，充電期間的TV平衡并不總是產(chǎn)生一種趨向放電結(jié)束的平衡電量。這是由于我們前面提到過的電池阻抗不匹配。OCV抽取根據(jù)電池組電流和電池阻抗測(cè)量結(jié)果，通過估計(jì)OCV來補(bǔ)償阻抗差異。

圖9

圖10

SOC抽取以一種同阻抗追蹤器件類似的方式工作，它計(jì)算出每一節(jié)電池的精確電荷電平，并在電池之間轉(zhuǎn)移能量，這樣電池電量在充電結(jié)束時(shí)(EOC)就實(shí)現(xiàn)了平衡(請(qǐng)參見圖9*)。觀察放電OCV圖(見圖10*)，我們將每一節(jié)電池預(yù)平衡到一個(gè)反映其電量的失調(diào)電壓。幾個(gè)百分點(diǎn)的電量差異會(huì)使該放電曲線中下方出現(xiàn)巨大差異。如果我們已知1%到2%的電量，我們便可以在放電結(jié)束時(shí)擁有極為接近的匹配性。這就是在充電完成和放電結(jié)束時(shí)，你想要利用有源平衡技術(shù)有效地讓電池獲得最佳平衡的區(qū)域。

相比傳統(tǒng)的無源平衡技術(shù)，PowerPump技術(shù)可以更好地校正電池失衡，這是由于可以通過改變組件值來控制更高的平衡電流。

筆記本電腦中，有效的平衡電流通常為25到50mA，其為內(nèi)部旁路平衡的12到20倍。利用這個(gè)優(yōu)勢(shì)，有源電池平衡可以在一個(gè)周期(95%時(shí)間)內(nèi)對(duì)電量失衡進(jìn)行校正。

在更大的電容式電池中，PowerPump技術(shù)的結(jié)果差異甚至更大。需要考慮到使用電壓無源平衡時(shí)一個(gè)電池組能夠獲得平衡的時(shí)間長短。唯一的電池能量電平即為一個(gè)充電周期放出部分中出現(xiàn)的正平衡。因此，大容量電池組整個(gè)壽命中，只有百分之幾的時(shí)間允許平衡。所以，許多電池組設(shè)計(jì)人員都選擇1安培電流平衡，甚至是10安培以上的電流。這就產(chǎn)生許多散熱問題，以及大型FET的成本問題。倘若利用PowerPump可獲得真正的不間斷平衡可能性，那么就可以最小化這些設(shè)計(jì)障礙。

外部組件的選擇決定你平衡電流的多少。峰值電感電流由電池電壓、電感和接通時(shí)間決定。整個(gè)周期來自電源電池的平均電流等于0.5x(峰值電流)×占空比。在正常抽取模式下，占空比為33%。例如：使用一個(gè)15uH的建議電感，并假設(shè)峰值電流約為460mA，則我們得到來自電源電池的平均電流為75mA。這個(gè)75mA的電流可長時(shí)間出現(xiàn)。這便讓整個(gè)系統(tǒng)維持在平衡狀態(tài)下，因此在充電完成和放電結(jié)束時(shí)我們交換了最多的能量。

問題不斷出現(xiàn)，“那么我需要多少平衡電流呢？”沒有人喜歡聽這個(gè)問題的答案，“這取決于幾方面！”首先，要知道一定時(shí)間下你期望的失衡漏電量。如果你的系統(tǒng)1小時(shí)20Ahr電池組放電后出現(xiàn)5%的失衡，則你就需要轉(zhuǎn)移大量的能量。PowerPump FET和電感需要相應(yīng)地安排大小尺寸。另外，也可以使用最新固件的SuperPump選項(xiàng)。它讓你能夠擁有更大的占空比，以便在正常模式期間當(dāng)某些測(cè)量暫停時(shí)移動(dòng)能量。如前所述，在確定可以獲得多少平衡時(shí)，電池質(zhì)量和散熱控制是重要的前提因素。

有源電池平衡的一個(gè)安全方面好處是，我們可以跟蹤一節(jié)電池使用的時(shí)間。我們可以跟蹤每節(jié)電池的凈抽取值，該凈值定義為抽入電池的正數(shù)值，以及從電池抽取的負(fù)數(shù)值。如果一節(jié)電池的凈值過高，那么就會(huì)導(dǎo)致從其他電池接收太多的能量，則表明這是一塊壞電池。這是 SOH計(jì)算的一個(gè)組成部分，同其他參數(shù)類似，例如：電池阻抗和完全充電電量等。

本文小結(jié)

側(cè)重于安全性和使用壽命的一些新興電池技術(shù)，通常都擁有先進(jìn)的電池平衡和有效的散熱管理。由于新的電池平衡技術(shù)可跟蹤單個(gè)電池需要的平衡，因此電池組的使用壽命和總體安全性都已提高。在每個(gè)周期都對(duì)電池進(jìn)行平衡，可避免電池的不當(dāng)使用，而它通常是導(dǎo)致更多失衡和早期電池老化的原因。電池化學(xué)成份、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用越來越多樣化，要求電池組設(shè)計(jì)人員也要技術(shù)升級(jí)。