關(guān)于鋰電池的電池管理及均衡電路技術(shù)

新能源的發(fā)展，電動(dòng)汽車發(fā)展，都會(huì)用到能量密度比更高的鋰電池，而鋰電池串聯(lián)使用過(guò)程中，為了保證電池電壓的一致性，必然會(huì)用到電壓均衡電路。在這幾年的工作過(guò)程中，用到過(guò)幾種電池的均衡電路，在這里就跟大家一起分享一下。隨著鋰電池用途的增加，多節(jié)串聯(lián)大容量鋰電池的保護(hù)，電池管理及均衡必將會(huì)得到發(fā)展，希望自己做過(guò)的一些小東西能對(duì)大家有所幫助。

最簡(jiǎn)單的均衡電路就是負(fù)載消耗型均衡，也就是在每節(jié)電池上并聯(lián)一個(gè)電阻，串聯(lián)一個(gè)開(kāi)關(guān)做控制，當(dāng)某節(jié)電池電壓過(guò)高時(shí)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，充電電流通過(guò)電阻分流，這樣電壓高的電池充電電流小，電壓低的電池充電電流大，通過(guò)這種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電池電壓的均衡，但這種方式只能適用于小容量電池，對(duì)于大容量電池來(lái)說(shuō)是不現(xiàn)實(shí)的。

第二種均衡方法我沒(méi)有實(shí)驗(yàn)過(guò)，就是飛度電容法。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是每一節(jié)電池并聯(lián)一個(gè)電容，通過(guò)開(kāi)關(guān)這個(gè)電容既可以并聯(lián)到本身這節(jié)電池上，也可以并聯(lián)到相鄰的電池。當(dāng)某節(jié)電池電壓過(guò)高，首先將電容與電池并聯(lián)，電容電壓與電池一致，然后將電容切換到相鄰的電池，電容給電池放電。實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移。由于電容并不消耗能量，所以可以實(shí)現(xiàn)能量的無(wú)損轉(zhuǎn)移。但這種方式太繁瑣了，現(xiàn)在的動(dòng)力電池動(dòng)不動(dòng)幾十節(jié)串聯(lián)，要是采用這種方式，那的需要多少開(kāi)關(guān)來(lái)控制啊。

下圖為飛度電容法工作原理圖，只是畫出了相鄰兩節(jié)電池的均衡原理圖。

第一次做均衡，是做的一款動(dòng)力電池組的充電，電池容量80ah的兩組并聯(lián)，要求均衡電流為10a,原來(lái)了解的一點(diǎn)均衡的原理根本不夠用啊，這么大電流都相當(dāng)于一個(gè)一個(gè)的小模塊了，最后還真的是搞了n個(gè)小模塊串聯(lián)，每節(jié)電池并聯(lián)一個(gè)小模塊，如果單體電池電壓低于設(shè)定值，啟動(dòng)相應(yīng)的并聯(lián)模塊，對(duì)低電壓電池啟動(dòng)充電，補(bǔ)充能量提升電壓，實(shí)現(xiàn)均衡。

下圖為當(dāng)時(shí)采用的均衡電路的示意圖，DC-DC輸入母線既可以是電池電壓，也可是是別的模塊提供的直流輸入。根據(jù)需要靈活配置。

主動(dòng)均衡方法可以采用我前面提到的一個(gè)變壓器多路輸出的方法 如果你想利用下面的電路示意圖，做一個(gè)多路輸出的反激電源，利用各個(gè)模塊的輸出電壓來(lái)對(duì)電池實(shí)現(xiàn)均衡，我估計(jì)你需要很深的功力才可以，因?yàn)榻徊嬲{(diào)整率估計(jì)就會(huì)搞死你。但是，利用這個(gè)電路，我們可以換一下思路，各路輸出不需要穩(wěn)壓都可以，當(dāng)然為了防止開(kāi)路損壞輸出電容，我們可以做一個(gè)簡(jiǎn)單的原邊反饋。然后在每路輸出到電池之間串聯(lián)一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，由于這種均衡都是配合電池管理系統(tǒng)一起工作的，因此每路輸出只要串聯(lián)一個(gè)電子開(kāi)關(guān)，由管理單元控制即可，哪路電壓地我們就可以打開(kāi)這個(gè)電子開(kāi)關(guān)，有電源輸出給該節(jié)電池充電，直到所有單體電池電壓達(dá)到我們的期望值。

采用這種均衡方法，曾經(jīng)做過(guò)1000AH，7串電池及300AH，80串電池的均衡，均衡完成后，所有單體電池電壓可以達(dá)到5mV以內(nèi)。

主動(dòng)均衡也可以采用能量轉(zhuǎn)移的方法，所謂能量轉(zhuǎn)移，既可以是從整組電壓取能量向低電壓補(bǔ)充，也可以是從將電壓過(guò)高的電池取能量向整組電壓反饋。我在一款通訊電源電源系統(tǒng)中用過(guò)第二種方式實(shí)現(xiàn)過(guò)電池均衡。電路原理圖如下：

忘了是參考的誰(shuí)寫的一篇論文做的，當(dāng)時(shí)做的是16串鋰電池的均衡，分成了兩組，每組8只電池串聯(lián)，這里只畫了6只描述工作原理，如果電池B5電壓過(guò)高，控制Q5以PWM模式工作，當(dāng)Q5開(kāi)通，電感L5儲(chǔ)能，當(dāng)Q5關(guān)閉，電感儲(chǔ)存的能量就會(huì)通過(guò)D5給電池B1-B4充電，降低B5電池電壓抬高其余電池電壓，利用同樣的原理可以分析其余電池組電壓過(guò)高時(shí)候的工作過(guò)程。

在試驗(yàn)過(guò)程中，兩組之間各自采用這種方式均衡，當(dāng)兩組之間出現(xiàn)偏差的時(shí)候，就可以采用雙向DC-DC進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換了，這樣采用的模塊數(shù)量較少，設(shè)計(jì)比較方面，我當(dāng)時(shí)沒(méi)有采用雙向DC-DC，而是簡(jiǎn)單的采用的能量消耗性做兩組之間電池的均衡。從最終的試驗(yàn)效果來(lái)看，電池均衡還是比較不錯(cuò)的。

示意圖已經(jīng)補(bǔ)充完了，這就是截止目前為止，我試驗(yàn)過(guò)的四種電池均衡的方式，均衡的電池從2AH到1000AH，串聯(lián)的節(jié)數(shù)從7串到120串，個(gè)人感覺(jué)如下：

1、對(duì)于10AH以內(nèi)的電池組，采用能量消耗型可能是比較好的選擇，控制簡(jiǎn)單。

2、對(duì)于幾十AH的電池組來(lái)說(shuō)，采用一拖多的反激變壓器，結(jié)合電池采樣部分來(lái)做電池均衡應(yīng)該是可行的。

3、對(duì)于上百AH的電池組來(lái)說(shuō)，可能采用獨(dú)立的充電模塊會(huì)好一些，因?yàn)樯习貯H的電池，均衡電流都在10多A左右，如果串聯(lián)節(jié)數(shù)再多一些，均衡功率都很大，引線到電池外，采用外部DC-DC或AC-DC均衡也許更安全。

目前的均衡都是以電池電壓一致作為均衡的結(jié)束條件，但隨著SOC計(jì)算越來(lái)越準(zhǔn)確，容量一致的均衡應(yīng)該是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)。
編輯：hfy