用于串聯連接電池的有源平衡解決方案

圖 1：典型的電池平衡拓撲

1A: 無源 / 消耗性

NEXT 12-CELL PACK ABOVE：上方由 12 節電池組成的電池組

12-CELL BATTERY STRING：由 12 節電池組成的電池串

NEXT 12-CELLPACK BELOW：下方由 12 節電池組成的電池組

SERIAL DATA TO LTC6803-1 ABOVE：串行數據至上方 LTC6803-1

SERIAL DATA TO LTC6803-1 BELOW：串行數據至下方 LTC6803-1

1B: 有源：單向

TOP OF STACK：電池組頂部

DISCHG：放電

CHG：充電

1C: 有源：雙向

電池之間的失配可能極大地縮短運行時間

電池之間無論是容量還是 SoC 之間的失配都可能嚴重縮短電池組的可用容量，除非這些電池是平衡。要最大限度地提高電池組的容量，就要求在電池組充電和電池組放電時，電池都是平衡的。

在圖 2 所示的例子中，電池組由 10 節電池串聯組成，每節電池的容量均為100A-hr (標稱值)，容量最小的電池與容量最大的電池之間的容量誤差為 ±10%，對該電池組充電或放電，直至達到預定的 SoC 限制為止。如果 SoC 值限制在 30% 至 70% 之間，而且沒有進行容量平衡，那么在一個完整的充電 / 放電周期之后，相對于這些電池的理論可用容量，可用電池組容量降低了 25%。在電池組充電階段，無源平衡從理論上可以讓每節電池的 SoC 相同，但是在放電時，無法防止第 10 節電池在其他電池之前達到 30% 的 SoC 值。即使在電池組充電時采用無源平衡，在電池組放電時也會顯著“丟失”容量 (容量不可用)。只有有源平衡解決放案才能實現“容量恢復”，有源平衡解決方案在電池組放電時，從 SoC 值較高的電池向 SoC 值較低的電池重新分配電荷。

未采用有源平衡 (30% 至 70% SoC 限制)

可用電池組容量：670A-hr – 370A-hr = 300A-hr

(這是理論上最大容量 400A-hr的 75% → “丟失”了 100A-hr)

圖 2：由于電池之間的失配而導致電池組容量損失的例子

圖 3 說明了怎樣采用“理想的”有源平衡，使由于電池之間的失配而“丟失”的容量得到 100% 的恢復。在穩定狀態使用時，當電池組從 70% SoC 的“滿”再充電狀態放電時，實際上必須從第 1 號電池 (容量最高的電池) 取出所存儲的電荷，將其轉移到第 10 號電池 (容量最低的電池)，否則，第 10 號電池會在其他電池之前達到其 30% 的最低 SoC 點，而且電池組放電必須停止，以防止進一步縮短壽命。類似地，在充電階段，電荷必須從第 10 號電池移走，并重新分配給第 1 號電池，否則第 10 號電池會首先達到其 70% 的 SoC 上限，而且充電周期必須停止。在電池組工作壽命期的某時點上，電池老化的差異將不可避免地導致電池之間的容量失配。只有有源平衡解決方案才能實現“容量恢復”，這種解決方案按照需要，從 SoC 值高的電池向 SoC 值低的電池重新分配電荷。要在電池組的壽命期內實現最大的電池組容量，就需要采用有源平衡解決方案，以高效率地給每節電池充電和放電，在電池組各處保持 SoC 平衡。