锂离子电池均衡电路的工作原理解析

2021-07-27      2061 次浏览

最简单的均衡电路就是负载消耗型均衡,也就是在每节电池上并联一个电阻,串联一个开关做控制。当某节电池电压过高时,打开开关,充电电流通过电阻分流,这样电压高的电池充电电流小,电压低的电池充电电流大,通过这种方式来实现电池电压的均衡。


但这种方式只能适用于小容量电池,有关大容量电池来说是不实际的。


第二种均衡办法我没有试验过,就是飞渡电容法。简单的说就是每一节电池并联一个电容,通过开关这个电容既可以并联到本身这节电池上,也可以并联到相邻的电池。


当某节电池电压过高,首先将电容与电池并联,电容电压与电池一致,然后将电容切换到相邻的电池,电容给电池放电。实现能量的转移。


由于电容并不消耗能量,所以可以实现能量的无损转移。但这种方式太繁琐了,今朝的动力锂离子电池动不动几十节串联,要是采用这种方式,要很多开关来控制。


第一次做均衡,是做的一款动力锂离子电池包的充电,电池容量80ah的两组并联,要求均衡电流为10a。原来了解的一点均衡的原理根本不够用,这么大电流都相当于一个一个的小模块了,最后还真的是采用n个小模块串联,每节电池并联一个小模块,倘若单体电池电压低于设定值,启动相应的并联模块,对低电压电池启动充电,补充能量提升电压,实现均衡。


主动均衡办法可以采用我前面提到的一个变压器多路输出的办法。


倘若你想利用下面的电路示意图,做一个多路输出的反激电源,利用各个模块的输出电压来对电池实现均衡,我估计你要很深的功力才可以,因为单单交织调整率这一项就很难。但是,利用这个电路,我们可以换一下思路,各路输出不要稳压,当然为了戒备开路损坏输出电容,我们可以做一个简单的原边反馈。然后在每路输出到电池之间串联一个电子开关,由于这种均衡是配合电池管理系统一起工作的,因此每路输出只要串联一个电子开关,由管理单元控制即可,哪路电压地我们就可以打开这个电子开关,有电源输出给该节电池充电,直到所有单体电池电压达到我们的期待值。


采用这种均衡办法,曾经做过1000AH,7串电池及300AH,80串电池的均衡,均衡完成后,所有单体电池电压可以达到5mV以内。


主动均衡也可以采用能量转移的办法。所谓能量转移,既可以是从整组电压取能量向低电压补充,也可以是从将电压过高的电池取能量向整组电压反馈。


我在一款通讯电源电源系统中用过第二种方式实现过电池均衡。电路原理图如下:


当时做的是16串锂离子电池的均衡,分成了两组,每组8只电池串联,这里只画了6只描述工作原理。


倘若电池b5电压过高,控制Q5以PWM模式工作,当Q5开通,电感L5储能;当Q5封闭,电感储存的能量就会通过D5给电池b1-b4充电,降低b5电池电压抬高其余电池电压,利用同样的原理可以分解其余电池包电压过高时候的工作过程。


在实验过程中,两组之间各自采用这种方式均衡。当两组之间出现偏差的时候,就可以采用双向DC-DC进行能量转换了,这样采用的模块数量较少,设计比较方便。


我当时没有采用双向DC-DC,而是简单的采用能量消耗性做两组之间电池的均衡。从最终的实验效果来看,电池均衡还是比较不错的。


在均衡过程中,倘若对每节电池供应一路充电模块感觉属于杀鸡用牛刀,能量消耗型有达不到技术要求,也就是要主动均衡,那么前面提到的变压器一拖多输出的办法,也许更适合你的要,采用适宜的变压器,做原边反馈限流的多路输出反激电源即可。


其实,随着动力锂离子电池的使用发展,不仅均衡,电池过充过放的保护,也就是我们常说的保护板的使用也会越来越广阔。我们了解原来的18650电芯,十几串的保护板用ic很常见,实现短路、过充保护、过放保护。但倘若是几十串的电芯呢,不了解有没有接触过这方面资料的网友,可以一起交流下。


这就是截止目前为止,我实验过的四种电池均衡的方式,均衡的电池从2AH到1000AH,串联的节数从7串到120串。


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