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鋰離子電池均衡電路的工作原理介紹

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1246次  |  2020年11月02日  

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)開關(guān)做控制。當(dāng)某節(jié)電池電壓過高時(shí),打開開關(guān),充電電流通過電阻分流,這樣電壓高的電池充電電流小,電壓低的電池充電電流大,通過這種方式來實(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,關(guān)于大容量電池來說是不現(xiàn)實(shí)的。


第二種均衡方法我沒有實(shí)驗(yàn)過,就是飛渡電容法。簡(jiǎn)單的說就是每一節(jié)電池并聯(lián)一個(gè)電容,通過開關(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)能量的無損轉(zhuǎn)移。但這種方式太繁瑣了,現(xiàn)在的動(dòng)力鋰電池動(dòng)不動(dòng)幾十節(jié)串聯(lián),要是采用這種方式,要很多開關(guān)來控制。


第一次做均衡,是做的一款動(dòng)力鋰電池組的充電,電池容量80ah的兩組并聯(lián),要求均衡電流為10a。原來了解的一點(diǎn)均衡的原理根本不夠用,這么大電流都相當(dāng)于一個(gè)一個(gè)的小模塊了,最后還真的是采用n個(gè)小模塊串聯(lián),每節(jié)電池并聯(lián)一個(gè)小模塊,假如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。


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。


假如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)模塊的輸出電壓來對(duì)電池實(shí)現(xiàn)均衡,我估計(jì)你要很深的功力才可以,因?yàn)閱螁谓徊嬲{(diào)整率這一項(xiàng)就很難。但是,利用這個(gè)電路,我們可以換一下思路,各路輸出不要穩(wěn)壓,當(dāng)然為了防止開路損壞輸出電容,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)電子開關(guān),由于這種均衡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)電子開關(guān),由管理單元控制即可,哪路電壓地我們就可以打開這個(gè)電子開關(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)中用過第二種方式實(shí)現(xiàn)過電池均衡。電路原理圖如下:


當(dāng)時(shí)做的是16串鋰離子電池的均衡,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。


假如電池B5電壓過高,控制Q5以PWM模式工作,當(dāng)Q5開通,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高時(shí)候的工作過程。


在試驗(yàn)過程中,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)比較方便。


我當(dāng)時(shí)沒有采用雙向DC-DC,而是簡(jiǎn)單的采用能量消耗性做兩組之間電池的均衡。從最終的試驗(yàn)效果來看,電池均衡還是比較不錯(cuò)的。


在均衡過程中,假如對(duì)每節(jié)電池供應(yīng)一路充電模塊感覺屬于殺雞用牛刀,能量消耗型有達(dá)不到技術(shù)要求,也就是要主動(dòng)均衡,那么前面提到的變壓器一拖多輸出的方法,也許更適合你的要,采用合適的變壓器,做原邊反饋限流的多路輸出反激電源即可。


其實(shí),隨著動(dòng)力鋰電池的應(yīng)用發(fā)展,不僅均衡,電池過充過放的保護(hù),也就是我們常說的保護(hù)板的應(yīng)用也會(huì)越來越廣闊。我們了解原來的18650電芯,十幾串的保護(hù)板用ic很常見,實(shí)現(xiàn)短路、過充保護(hù)、過放保護(hù)。但假如是幾十串的電芯呢,不了解有沒有接觸過這方面資料的網(wǎng)友,可以一起交流下。


這就是截止目前為止,我試驗(yàn)過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。


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