有源電池平衡技術幫助增加大型鋰離子電池組供電能力

圖6

圖7

圖7顯示了無源電池平衡的最新例子。它是一款低成本、單芯片電池電量監測計解決方案。與前面所述的電池電量監測計解決方案不同，這種IC沒有內部電池平衡，但需要一個類似的外部旁路電路來完成平衡。然而，由于該平衡實現電路是一個IC內部的開路漏極，因此它可以同時平衡包括鄰近電池在內的數節電池。這種平衡電路使用一種改進的電壓算法，正如圖6所示電路。但是，圖7中的外部FET驅動器描述了更為有效的電池平衡方法。

有源電池平衡

由于高能量電池中100%的多余能量都以熱的形式耗散掉了，因此無源平衡并非是放電期間的首選方法。有源電池平衡使用電容或電感電荷穿梭來轉移電池之間的電荷，這是一種極為高效的方法。這是因為，能量被轉至需要的地方，而非被放掉。這樣做的代價是會增加更多的部件和成本。

獲得專利的bq78PL114 PowerPump電池平衡技術是使用電感電荷傳輸的有源電池平衡的最新例子。它使用一對MOSFET(N通道和P通道)以及一個功率電感來實現在兩個鄰近電池之間建立電荷轉移電路。

電池組設計人員設定串聯電池之間的失衡閾值。如果IC測量到超出該閾值的失衡，它就會啟用PowerPump。圖8顯示的是使用了兩個MOSFET(Q1和Q2)及一個功率電感的降壓升壓電路簡圖。頂部電池(V3)需要將能量轉移至低位電池(V2)，P3S信號(工作在約200kHz和30%占空比下)觸發該能量轉移，隨后能量通過Q1流至電感。當P3S信號重置時，Q1關閉，電感能量水平處在最高水平。因為電感電流必須不斷流動，因此Q2的體二極管被正向偏置，從而完成向V2位置電池的電荷轉移。需要注意的是，由于其串聯電阻較低，存儲于該電感中的能量只有輕微的損耗。

圖8：使用PowerPump技術的電池平衡。

假定串聯電池的長度和容量不定，則轉移電荷時有一些限制。一種考慮是在我們不再獲得能量供給優化之前，我們能將能量移至多遠？換句話說，在轉換器的低效率超過平衡電池的諸多好處以前，我們能將電荷移至多遠？在我們的測試中使用85%的估計效率，PowerPump 僅將能量轉移至不到6節電池遠的地方。但重要的是，忽略效率的情況下，在整個電池組可能達到完全平衡以前必須取得“區域平衡”。