有源电池电池平衡

文章作者:Kevin Scott和Sam Nork

通过被动和主动电池平衡，可以监视电池组中的每个电池，以保持健康的电池充电状态(SoC)。这延长了电池的循环寿命，并提供了一层额外的保护，防止因过度充电而造成的深度放电对电池的损坏。被动平衡的结果，在所有电池电池具有类似的荷电状态，简单地耗散过剩的电荷在一个排气电阻;但是，它不会扩展系统运行时。¹主动电池平衡是一种更为复杂的平衡技术，它通过在充放电循环中重新分配电池间的电量，从而增加电池组内可用总电量，比被动平衡减少充电时间，减少平衡时产生的热量，从而增加系统运行时间。

放电时主动电池平衡

图1中的图表表示了一个典型的电池组，所有的电池都满负荷启动。在本例中，满负荷显示为电量的90%，因为长时间保持电池100%或接近100%的容量会更快地降低电池的使用寿命。30%的放电代表完全放电，以防止电池的深度放电。

随着时间的推移，一些电池会变得比其他电池弱，从而产生如图2所示的放电剖面。

可以看出，即使在几个电池中可能有相当多的剩余容量，但弱电池限制了系统的运行时间。电池不匹配5%会导致5%的容量未使用。对于大型电池来说，这可能是未使用的过多能量。这在远程系统和难以访问的系统中变得至关重要。因此，有一部分能量是不能使用的，这导致了电池充放电循环次数的增加。此外，这种未使用的能量减少了电池的寿命，并导致与频繁更换电池相关的更高成本。

使用主动平衡，电量从较强的电池重新分配到较弱的电池，导致电池组完全耗尽。

活跃的电池平衡充电

在不平衡的情况下给电池组充电时，弱电池会先于强电池达到满容量。同样，弱细胞是限制因素;在这种情况下，它们限制了系统能容纳的总电荷量。图4中的图表说明了这种限制的收费。

在充电周期中，通过主动平衡电荷再分配，可使堆叠达到最大容量。请注意，这里不讨论分配给平衡的时间百分比和所选的平衡电流对平衡时间的影响等因素，但这些都是重要的考虑因素。

模拟设备有源小区平衡器

模拟设备有一系列的活动细胞平衡器，每个设备针对不同的系统需求。的LT8584是一个2.5 a放电电流，单片反激变换器，用于LTC680x系列多化学电池电池监视器;充电可以从一个电池单元重新分配到电池组的顶部或到另一个电池单元或电池组内的电池组组合。每个电池使用一个LT8584。

的LTC3300是一个独立的双向反激控制器的锂和LiFePO4电池，提供高达10 a的平衡电流。由于它是双向的，任何选择的电池的电荷都可以高效率地转移到或从12个或更多相邻的电池。一个LTC3300可以平衡多达6个电池。

的LTC3305是一个独立的铅酸电池平衡器，最多可用于四个电池。它使用第五个储电池(Aux)，并连续地将其与其他电池(一次一个)平行放置，以平衡所有电池(铅酸电池坚固耐用，可以处理这一点)。

结论

主动和被动小区平衡是通过监测和匹配各个小区的SoC来改善系统健康状况的有效途径。主动电池平衡在充放电循环中重新分配电荷，而被动电池平衡只是在充电循环中耗散电荷。因此，主动小区平衡增加了系统运行时间，提高了充电效率。主动平衡需要更复杂、更大的解决方案;被动平衡更具成本效益。无论哪种方法最适合您的应用程序，模拟设备都为这两种方法提供了解决方案，并集成到我们的电池管理集成电路(如LTC6803和LTC6804)以及与这些集成电路协同工作的互补设备，以提供精确、健壮的电池管理系统。

参考文献

1. 凯文·斯科特和山姆·诺克。”无源电池平衡<模拟设备公司>

关于作者

Kevin Scott在Analog Devices担任Power Products Group的产品营销经理，管理boost、buck-boost和隔离转换器、LED驱动器和线性稳压器。他曾担任高级战略营销工程师，创建技术培训内容，培训销售工程师，并撰写了大量关于公司广泛产品提供的技术优势的网站文章。他在半导体行业工作了26年，从事应用、企业管理和营销工作。

凯文1987年毕业于斯坦福大学，获得电气工程学士学位，在NFL短暂工作后开始了他的工程生涯。可以通过以下方式联系到他kevin.scott@analog.com。

Sam Nork于1988年加入Linear Technology(现在是Analog Devices的一部分)，担任该公司在加州米尔皮塔斯总部的高级产品工程师。1994年，他搬到波士顿地区创办并管理一个模拟IC设计中心，至今仍在那里工作。Sam在便携式电源管理领域亲自设计并发布了大量集成电路，是7项已颁发专利的发明人/共同发明人。作为ADI波士顿设计中心的总监，Sam领导着一个近100人的团队，并监督各种模拟集成电路的日常开发活动，包括便携式电源管理、高速运算放大器、工业adc、系统监视器和能量收集。此前，Sam还曾在马萨诸塞州威尔明顿的模拟设备公司担任产品/测试开发工程师。他获得了达特茅斯学院的学士和学士学位。可以通过以下方式联系到他samuel.nork@analog.com。