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BMS開發(fā)（4）----電池均衡
1. 電池均衡功能需求
1.1 基本概念
在電池簇電芯間容量存在一致性差異時，會導致電池系統(tǒng)整體可用電量下降及SOC估算不準以致出現(xiàn)充放電末端出現(xiàn)跳變。電池均衡的意義就是利用電力電子技術，使鋰離子電池單體電壓或電池組電壓偏差保持在預期的范圍內(nèi)，從而保證每個單體電池在正常的使用時保持相同狀態(tài)，以避免過充、過放等異常的發(fā)生。
1.2 不一致性的來源
電池由于自身內(nèi)部差異或外部使用狀態(tài)不同而形成的電池容量、SOC、內(nèi)阻和電壓等參數(shù)不同的現(xiàn)象，稱為電池組不一致性。
鋰離子電池間的不一致性主要來源于幾個方面：
1）、生產(chǎn)制造時工藝上的差別和材質(zhì)的不均，造成電池兩極材料的活化程度和厚度、隔板等存在細微的差別，使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)不完全一致；
2）、使用過程中，電池組中各個電池電解液密度、溫度、自放電程度等的差別也會造成不一致。
3）、隨著時間的累積，電池不一致性越來越大。
1.3 不一致性的影響
不一致性主要影響以下幾個方面：
1）、降低整體容量性能
2）、縮短電池使用壽命
3）、限制整體充放電功率
4）、影響電池安全性能
有實驗表明，在使用不一致性較大的電池組時電壓波動明顯，功率性能有所下降，同時電池組之間的差異進一步加劇，電池利用率和電池壽命會隨著差異性的增大而減少。因此，在發(fā)現(xiàn)電池有差異時，應當進行處理，以減小不一致性對電池造成的影響，避免形成惡性循環(huán)。電池不一致性無法完全消除，但可以通過電池均衡技術使其盡量減小。
2. 電池均衡方法介紹
電池均衡（Cell Balancing）分為兩種：被動均衡（Passive Balancing）與主動均衡（Active Balancing）。
2.1 被動均衡
被動均衡，運用電阻器件，將高電壓或者高荷電量電芯的能量消耗掉，以達到減小不同電芯之間差距的目的，是一種能量的消耗。
被動均衡的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單，成本較低；缺點是能量利用率低，同時會增加模組的散熱。
2.1.1 被動均衡原理
如果檢測到電池不均衡的情況下，被動均衡有選擇性地閉合高能量的單體電池放電回路，閉合開關，通過回路中的電阻對電池組中能量較高的電芯進行放電，把偏高的能量消耗掉，以此減小電芯之間的差距最終達到均衡狀態(tài)。由于這種均衡方式是被動的能量消耗，所以被稱為被動均衡。
2.1.2 被動均衡應用
BMS均衡功能的實現(xiàn)主要靠AFE（AnalogFront End），它里面集成了均衡控制開關以及相關邏輯電路，給用戶提供了豐富的診斷和控制接口，如下圖（圖片來源于中穎的SH367309），方框部分即為均衡電路。
2.2 主動均衡
主動均衡，運用儲能器件等，將荷載較多能量的電芯部分能量轉(zhuǎn)移到能量較少的電芯上去，是能量的轉(zhuǎn)移。
主動均衡的優(yōu)點是均衡速度快、能量利用率高；缺點是電路較為復雜，成本較高。
2.2.1 主動均衡原理
主動均衡是將電池組中高能量電池的能量轉(zhuǎn)移到低能量電池上實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移式均衡，以此減小電芯之間的差距最終達到均衡狀態(tài)。由于是主動式的能量轉(zhuǎn)移，所以稱為主動均衡。
2.2.2 主動均衡應用
ETA3000是電池平衡IC，可面向上下兩串電池組，其可以通過無限級聯(lián)，實現(xiàn)3節(jié)-24節(jié)動力電池組的均衡，ETA3000是主動開關式均衡，其均衡電流可以達到1.5A。ETA3000是鈺泰半導體獨有專利池內(nèi)的新型電池均衡器，與傳統(tǒng)的無源平衡技術不同，ETA3000利用具有電感器的控制方案來在兩個電池之間source和sink電流，直到相鄰兩節(jié)電池電勢均等。在傳統(tǒng)的線性平衡技術中，會產(chǎn)生較大功耗，而使用ETA3000采用全新的開關式主動均衡技術，其大幅度降低均衡過程中熱量的產(chǎn)生，且均衡時間也大大減少。ETA3000在待機M中只消耗電池2uA的工作電流。ETA3000有效地提高了串聯(lián)電池的性能和壽命。
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