鋰電池保護板的主動均衡和被動均衡的區別

2020-11-26 電子發燒友

鋰電池保護板的主動均衡和被動均衡的區別

網絡整理 發表於 2020-03-21 09:35:18

　　1.被動均衡

　　被動均衡一般通過電阻放電的方式，對電壓較高的電池進行放電，以熱量形式釋放電量，為其他電池爭取更多充電時間。這樣整個系統的電量受制於容量最少的電池。充電過程中，鋰電池一般有一個充電上限保護電壓值，當某一串電池達到此電壓值後，鋰電池保護板會切斷充電迴路，停止充電。如果充電時的電壓超過這個數值，也就是俗稱的「過充」，鋰電池就有可能燃燒或者爆炸。因此，

　　被動均衡的優點是成本低和電路設計簡單；而缺點為是以最低電池殘餘量為基準進行均衡，無法增加殘量少的電池的容量，及均衡電量100％以熱量形式被浪費。鋰電池保護板一般都具備過充保護功能，防止電池過充。

　　

　　如圖2所示，充電過程中2號電池先被充電至保護電壓值，觸發鋰電池保護板的保護機制，停止電池系統的充電，這樣直接導致1號、3號電池無法充滿。整個系統的滿充電量受限於2號電池，這就是系統損失。為了增加電池系統的電量，鋰電池保護板會在充電時均衡電池。如圖3所示，均衡啟動後，鋰電池保護板會對2號電池進行放電，延遲其達到保護電壓值的時間，這樣1號、3號電池的充電時間也相應延長，進而提升整個電池系統的電量。但是，2號電池放電電量100%被轉換成熱量釋放，造成了很大的浪費（2號電池的散熱是系統的損失，也是電量的浪費）。

　　

　　如圖4所示，除了過充對電池會有嚴重影響外，過放也會造成電池嚴重損壞。同樣，鋰電池保護板具備過放保護功能。放電時，2號電池的電壓到達放電保護值時，觸發鋰電池保護板的保護機制，停止系統放電，直接導致1號、3號電池的電池餘量無法被完全使用，均衡啟動後會改善系統過放。

　　被動均衡的優點是成本低和電路設計簡單；而缺點為是以最低電池殘餘量為基準進行均衡，無法增加殘量少的電池的容量，及均衡電量100％以熱量形式被浪費。

　　2.主動均衡

　　主動均衡是以電量轉移的方式進行均衡，效率高，損失小。不同廠家的方法不同，均衡電流也從1～10 A不等。目前市場上出現的很多主動均衡技術不成熟，導致電池過放，加速電池衰減的情況時有發生。市場上的主動均衡大多採用變壓原理，依託於晶片廠家昂貴的晶片。並且此方式除了均衡晶片外，還需要昂貴的變壓器等周邊零部件，體積較大，成本較高。

　　被動均衡適合於小容量、低串數的鋰電池組應用，主動均衡適用於高串數、大容量的動力型鋰電池組應用。對BMS來講，除了均衡功能非常重要，背後的均衡策略更為重要。

　　

　　如圖5所示，每6串電池為一組，取6串電池的總電量轉移給容量小的電池。電感式主動均衡以物理轉換為基礎，集成了電源開關和微型電感，採用雙向均衡方式，通過相近或相鄰電池間的電荷轉移均衡電池，並且不論電池處於放電、充電還是靜置狀態，都可以進行均衡，均衡效率高達92%。

　　

　　其放電和充電工作原理，如圖6及圖7所示，2號電池將電量轉移給1號、3號電池。高效的電荷轉移，使得充電時3個電池的電壓一直保持在均衡狀態下，這樣所有電池都能充滿。鋰電池保護板在放電時，也可均衡電池。1號、3號電池將電量轉移給2號電池，3個電池的電壓一直在均衡狀態下放電，這樣所有電池電量都能用完。

　　電池保護板主動均衡電路:

　　下圖用的磷酸鐵鋰動力電池組的電池保護板主動均衡充電系統拓撲圖。電池保護板主動均衡是相對於被動均衡而言的一種均衡方式，究其定義而言，指的是利用主動元件實現電池組容量均衡的方式。

　　系統主要由單體電池保護板管理電路與整車控制器組成，單體電池管理電路由單體電池檢測單元和單體電池均衡充電單元構成，檢測單元採用基於自適應Kalman濾波算法計算單體電池sOC，均衡充電單元採用反激變換器實現由電池組整體向單體SOC較低的電池進行補充電，從而實現各單體電池SOC在可控制範圍內的一致。

　　各單體電池管理電路之間的通信方式採用的是CAN總線通信，單體電池管理電路與整車控制器之間是通過CAN-USB總線適配器實現通信。整車控制器通過USB-CAN總線適配器與單體電池管理電路的CAN總線相連接，實現了對單體電池管理電路信息的發送和接收。通過採用CAN總線的分布式結構，減少了系統的連線，便於系統安裝調試。

　　由n節單體電池管理電路構成電池組管理系統，如圖所示，為當n=4時單體電池管理電路與單體電池的連接線圖。

　　單體電池保護板管理電路之間採用CAN總線進行通信和連接，CAN總線由4根信號線組成，GND_CAN為外部供電接口地線，CANL為CAN總線L信號，CANH為CAN總線H信號，+5VCAN為CAN模塊+5V電源外部供電接口。odd代表奇數模塊，even代表偶數模塊。單體電池管理電路各自分別引出兩根線與單體電池相連接，從而可實現隨時從單體電池上將單體電池管理電路斷開。

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