常見的電池均衡電路介紹

大家好，小科來為大家解答以上問題。常見的電池均衡電路介紹這個(gè)很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、在以蓄電池作為儲(chǔ)能單元的系統(tǒng)中，由于蓄電池單元往往容量較低，不能滿足大容量系統(tǒng)的要求，需要將蓄電池單元串聯(lián)起來組成電池組，以提高供電電壓和儲(chǔ)能能力。比如在電動(dòng)汽車、微電網(wǎng)系統(tǒng)等領(lǐng)域，大部分蓄電池都需要串聯(lián)。由于電池單體的制造工藝等原因，不同單體之間存在差異，如電解液密度、電極等效電阻等。這些差異導(dǎo)致即使串聯(lián)電池單元中的每個(gè)單元的充電和放電電流相同，每個(gè)單元的容量也不同，從而影響整個(gè)電池單元的運(yùn)行。在最壞的情況下，在電池組中，如果一個(gè)單體的剩余容量接近100%，而另一個(gè)單體的剩余容量為0，則電池組既不能充電也不能放電，因此根本不能使用。因此，平衡電池容量非常重要，尤其是當(dāng)大量電池單元串聯(lián)時(shí)。

2、常用的均衡電路分為有源均衡和無源均衡。我們通常把耗能均衡稱為被動(dòng)均衡，而其他均衡稱為主動(dòng)均衡，下面會(huì)詳細(xì)介紹。

3、電阻消耗均衡法-無源均衡法

4、消耗平衡法是通過與電池單體相連的電阻釋放高于其他單體的能量，從而達(dá)到各單體的平衡，如圖1所示。每個(gè)電池單元通過三極管連接一個(gè)電阻，電池單元通過控制三極管的導(dǎo)通和關(guān)斷來對電阻放電。結(jié)構(gòu)控制簡單，出料速度快，可同時(shí)出多種單體。但是缺點(diǎn)也很明顯，比如能耗高，只能放電不能充電。此外，如果最低單體是標(biāo)準(zhǔn)，其他電池單元只能以低效率實(shí)現(xiàn)平衡。

5、電阻平衡法結(jié)構(gòu)圖

6、主動(dòng)平衡的具體實(shí)現(xiàn)方案有很多，可以分為切高填低和并行平衡兩大類。經(jīng)常有人質(zhì)疑主動(dòng)平衡影響電池壽命，尤其是削高填低的主動(dòng)平衡。下面總結(jié)了幾種典型的有源均衡電路。

7、削高填低是指將高電壓電池的部分能量轉(zhuǎn)移到低電壓電池，從而延緩最低單體電壓的觸放。截止閾值和最高單體電壓達(dá)到充電終止閾值的時(shí)間可以獲得提高系統(tǒng)充放電能力的效果。

8、但是在這個(gè)過程中，高壓單體和低壓單體都被額外充電和放電。眾所周知，電池壽命被稱為“循環(huán)壽命”。只是對于這個(gè)電芯來說，額外的充放電負(fù)擔(dān)肯定會(huì)導(dǎo)致壽命的消耗。然而，對于電池組系統(tǒng)來說，它是延長了系統(tǒng)壽命還是降低了系統(tǒng)整體壽命，還沒有明確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明。

9、高負(fù)載和低負(fù)載的平衡包括電容平衡、電感平衡和變壓器平衡。這三種平衡方法包括充電時(shí)的平衡和站立時(shí)的平衡。

10、還有一種主動(dòng)均衡，叫并行均衡，只在充電過程中起作用。也有人認(rèn)為應(yīng)在車輛行駛和放電過程結(jié)束時(shí)加入均衡，但一般認(rèn)為系統(tǒng)電流值波動(dòng)比較大，如果均衡仍以單電壓為基礎(chǔ)，很可能出現(xiàn)誤判，影響均衡效果。當(dāng)然，隨著技術(shù)的發(fā)展，如果能通過其他手段直接準(zhǔn)確地計(jì)算出SOC，基于SOC的平衡就不會(huì)受到這個(gè)問題的困擾。

11、電容均衡

12、假設(shè)B1和B3電池分別是組中電壓最高和最低的電池。在圖中，所有的開關(guān)都是常開的。當(dāng)均衡器發(fā)出均衡指令時(shí)，電源開關(guān)S1和Q2閉合。此時(shí)，單電池B1對電容器充電，并且控制電源開關(guān)的占空比以控制充電功率和時(shí)間。充電后，開關(guān)S3和Q4閉合，電容器對sin充電

13、充電時(shí)，開關(guān)管S閉合，充電器給電池組充電。此時(shí)，電池組右側(cè)的開關(guān)管全部斷開，均衡系統(tǒng)未開啟。當(dāng)單體電池B1的電壓開始明顯高于其他電池并達(dá)到均衡閾值時(shí)，均衡系統(tǒng)開啟，S1和Q2開關(guān)管閉合，電感與單體電池B1并聯(lián)起分流作用，電感儲(chǔ)存來自充電器和電池B1的能量；當(dāng)S1和Q2開關(guān)設(shè)置為0，Q3和S4開關(guān)設(shè)置為1時(shí)，電感在充電過程中向電池B3釋放一定量的能量。

14、在靜置過程中，開關(guān)管S關(guān)閉。當(dāng)單體電池B1的電壓高于其他電池并達(dá)到均衡閾值時(shí)，均衡系統(tǒng)開啟，開關(guān)管S1和Q2閉合，電感與單體電池B1并聯(lián)，電感吸收B1能量；當(dāng)S1和Q2開關(guān)管關(guān)斷，Q3和S4開關(guān)管關(guān)斷時(shí)，電感會(huì)向B3電池釋放電能。

15、變壓器均衡

16、參數(shù)設(shè)計(jì)基于反激平衡變壓器，即變壓器既可以作為能量吸收源，也可以作為能量釋放源，能量吸收和能量釋放的轉(zhuǎn)換在于磁能和電能的轉(zhuǎn)換。

17、同樣，讓電池B1的電壓最高，將S1和Q2設(shè)置為1，將其他開關(guān)設(shè)置為0。此時(shí)，變壓器被用作能量吸收源，能量從電池B1的電能轉(zhuǎn)換為磁能。S1、Q2設(shè)置為0，Q1、S2設(shè)置為1，能量從初級繞組傳遞到次級繞組，能量釋放到電池B3，能量再次從磁能轉(zhuǎn)換為電能。

18、并行均衡

19、理想的平衡方式是所有電池的能量和端電壓相同，并聯(lián)電池組中單節(jié)電池的電壓始終相等，這是連接器的原理使然。

20、并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每節(jié)單體電池都有一個(gè)單刀雙擲的開關(guān)繼電器，所以 n 節(jié)串聯(lián)電池組內(nèi)需要 n+1 個(gè)繼電器。

21、控制原理如下：設(shè)電池組內(nèi) B4 電壓最高，B2 電壓最低，控制繼電器 S5、S3、Q4、Q2 閉合，此時(shí)兩節(jié)單體電池并聯(lián)，兩單體電池自動(dòng)均衡，電壓趨于一致。該拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是充電過程中不能進(jìn)行均衡，只能靜置去極化時(shí)候進(jìn)行并聯(lián)均衡。

23、并聯(lián)均衡，總體上就是在充電過程中，分流充電電流，給電壓低的電芯多充電，而電壓高的少充電。于是，不必出現(xiàn)“劫富濟(jì)貧”的過程，避免了最高和最低電壓電芯的額外充放電負(fù)擔(dān)，也就不用懷疑均衡過程對個(gè)別電芯壽命的影響拖累系統(tǒng)壽命的問題。

24、模組之間的均衡

25、這種形式在實(shí)際應(yīng)用中很少見，但芯片供應(yīng)商提供的方案藍(lán)本中已經(jīng)出現(xiàn)了相鄰模組可以相互均衡的功能。一種原理圖如下。

27、幾種均衡方式的比較

29、主動(dòng)均衡的選擇

30、業(yè)內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)大致如下：

31、1）對于10AH以內(nèi)的電池組，采用能量消耗型可能是比較好的選擇，控制簡單。

32、2）對于幾十AH的電池組來說，采用一拖多的反激變壓器，結(jié)合電池采樣部分來做電池均衡應(yīng)該是可行的。

33、3）對于上百AH的電池組來說，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。

34、作者：政飛科技 轉(zhuǎn)載請注明來源 ymf

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