為了給設(shè)備提供足夠的電壓,鋰電池包通常由多個(gè)電池串聯(lián)而成,但是如果電池之間的容量失配便會(huì)影響整個(gè)電池包的容量.為
此,我們需要對(duì)失配的電池進(jìn)行均衡.本文討論了電池均衡的概念,一些注意事項(xiàng)和將深入討論均衡電路的設(shè)計(jì)和一次性SOC 調(diào)
整方法.
鋰電池包通常由一個(gè)或幾個(gè)電池組并聯(lián),每個(gè)電池組由3 到4 個(gè)電池串聯(lián)構(gòu)成.這種組合方式能同時(shí)滿足筆記本電腦、醫(yī)療設(shè)備、
測試儀器及工業(yè)應(yīng)用所需的電壓和功率要求.然而,這種應(yīng)用普遍的配置通常并不能發(fā)揮其最大功效,因?yàn)槿绻硞€(gè)串聯(lián)電池的
容量與其它電池不匹配將會(huì)降低整個(gè)電池包的容量.
電池容量的不匹配包括充電狀態(tài)(SOC)失配和容量/能量(C/E)失配.在兩種情況下,電池包的總?cè)萘慷贾荒苓_(dá)到最弱電池的容量.
在大多數(shù)情況下,引起電池失配的原因是工藝控制和檢測手段的不完善,而不是鋰離子本身的化學(xué)屬性變化.棱柱形鋰電池(LiIon
prismatic cell)在生產(chǎn)時(shí)需要更強(qiáng)的機(jī)械壓力,電池之間更容易產(chǎn)生差異.此外,鋰離子聚合物電池也會(huì)因?yàn)椴捎眯碌墓に嚩霈F(xiàn)
電池之間的差異.
采用電池均衡處理技術(shù)可解決SOC 和C/E 失配問題,從而改進(jìn)串聯(lián)鋰電池包的性能.通過在初始調(diào)節(jié)過程中對(duì)電池進(jìn)行均衡處理
可以矯正電池失配問題,此后只需在充電過程中進(jìn)行均衡即可,而C/E 失配則必須在充、放電過程都進(jìn)行均衡.盡管對(duì)于某個(gè)電
池廠商而言其產(chǎn)品缺陷率可能很低,但為了避免出現(xiàn)電池使用壽命過短的問題,我們?nèi)匀挥斜匾峁┻M(jìn)一步的質(zhì)量保證.

電池均衡的定義
工作電壓為6V 或以上的便攜式設(shè)備采用串聯(lián)電池包供電,這種情況.500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='這是一張縮略圖，點(diǎn)擊可放大。\n按住CTRL，滾動(dòng)鼠標(biāo)滾輪可自由縮放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/62/1732801204251775.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
下電池包的總電壓為各串聯(lián)電池電壓之和.便攜式電腦的電池包通常
由三、四個(gè)電池串聯(lián)而成,標(biāo)稱電壓為10.8V 或14.4V.在大多數(shù)此
類應(yīng)用中,單個(gè)串聯(lián)電池包無法提供設(shè)備所需能量.目前最大的電池
( 如18650) 可提供2,000mAh( 毫安· 小時(shí)) 能量, 而電腦需要
50-60Whr(5,000-6,000mAh)的能量,因此必須給串聯(lián)的每個(gè)電池并聯(lián)
三個(gè)電池.
電池均衡是指對(duì)串聯(lián)電池包中不同的電池(或電池組)采用差分電流.
串聯(lián)電池包中每個(gè)電池的電流通常是一樣的,因此必須給電池包增加
額外的元件和電路來實(shí)現(xiàn)電池均衡.只有當(dāng)電池包中的電池是串聯(lián)
的,同時(shí)串聯(lián)電池等于或大于三級(jí)時(shí)才會(huì)考慮電池均衡問題.當(dāng)電池
包中所有電池都滿足下面兩個(gè)條件時(shí),便實(shí)現(xiàn)了電池均衡:
1. 如果所有電池的容量相同,那么當(dāng)它們的相對(duì)充電狀態(tài)一樣時(shí)便實(shí)
現(xiàn)了電池均衡.SOC 通常以當(dāng)前容量與額定容量的百分比來表示,因
此,開路電壓(OCV)可作為SOC 的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn).如果一個(gè)不均衡電池包中的所有電池可以通過差分充電達(dá)到滿容量(均衡點(diǎn)),
它們便可以進(jìn)行正常的充放電而無需任何額外的調(diào)整,通常這種調(diào)整是一次性的.用戶在使用新電池時(shí),通常需要求對(duì)電池進(jìn)行
長時(shí)間充電,這個(gè)過程實(shí)際上包括一次完整的放-充電.該過程使負(fù)載最小化,并使電池充電時(shí)間最長,降低對(duì)電池均衡電路的要
求.
2. 如果電池的容量不同,當(dāng)SOC 相同時(shí)也認(rèn)為它們是均衡的.但SOC 只是一個(gè)相對(duì)值,每個(gè)電池容量的絕對(duì)值是不同的.為了
使容量不同的電池的SOC 相同,每次對(duì)串聯(lián)電池進(jìn)行充放電時(shí)都必須使用差分電流.正常充放電的時(shí)間比初次充放電更短,并需
要更大的電流.
當(dāng)電池包中的電池不均衡時(shí),它的可用容量將減少,串聯(lián)電池包中容量最低的電池將決定電池包的總?cè)萘?在不均衡電池包中,
一個(gè)或幾個(gè)電池會(huì)在其它電池尚需充電時(shí)便已達(dá)到最大容量.而在放電時(shí),未完全充電的電池又會(huì)比其它電池先放完電,使電池
包因電壓不足而提前停止供電.
通常,電池之間容量的差異低于3%.如果串聯(lián)鋰電池包的某個(gè)電池不合標(biāo)準(zhǔn),或者在封裝前放置過久,在充滿電后電壓差可達(dá)
150mV,從而使電池包的總?cè)萘肯陆?3-18%.
SOC 均衡處理
如果電池包中所有電池的容量相同,我們便采用SOC 均衡處理.當(dāng)所有電池的SOC 值相同時(shí)我們認(rèn)為電池是均衡的.
單個(gè)電池的充電狀態(tài)定義為:
SOC=C/CTOTAL%
單個(gè)電池的容量定義為:
C=(i×t)mAh
為了確定某個(gè)電池的容量,我們將該電池完全放電然后再充電,并在充電過程中的不同時(shí)間進(jìn)行電流測量,直到達(dá)到4.20V 的開路電壓.最佳性能電池在該狀態(tài)下的SOC 為100%,SOC 為50%的OCV 電壓通常稱為VMID,其典型值為3.67V.
為了給容量不同的電池充電使它們達(dá)到同樣的SOC,要求一些電池的充/放電量必須比其它電池多,這必須使用差分電流.我們將
這個(gè)過程稱之為容量/能量最大化

今天先貼這么多啦

頂,我也正在研究均衡充電的問題,也搭了一些板.我也會(huì)把我的方案貢獻(xiàn)出來,大家一起來研究一下.

大家看了,如果覺得有用,請(qǐng)不要吝嗇給我加分. 謝了!

容量/能量最大化
容量/能量最大化是指將電池包中所有串聯(lián)電池設(shè)置為相同的SOC,即使它們的容量不同.在所有時(shí)間內(nèi)管理SOC,使電池包的
輸出能量達(dá)到最大.為了使輸出能量最大化,所有的電池都必須充滿電.即,所有電池的SOC 必須為100%.如果電池的容量不
同,一些電池的充/放電就會(huì)比其它電池更多.例如,假設(shè)一個(gè)電池包有三個(gè)串聯(lián)電池,C1>C2=C3.均衡這個(gè)電池包的唯一方法
是給容量較高的電池(C1)施加一個(gè)差分充電電流.
在電池包放電時(shí)也必須如此,否則當(dāng)容量最小的電池達(dá)到關(guān)斷電壓時(shí),整個(gè)電池包便會(huì)停止放電,而此時(shí)其它電池仍有剩余容量,
這樣使總?cè)萘拷档?長此以往,容量最小的電池便會(huì)比其它電池性能衰退更快,經(jīng)過多個(gè)充/放電周期后將加速容量損耗.
通過匹配串聯(lián)電池的電壓,將從高容量電池汲取更多電流.放電時(shí)要求通過均衡消耗掉一些額外的電壓,在最后當(dāng)所有電池都達(dá)
到0SOC 時(shí),從電池包中獲得的總電能相對(duì)于均衡前仍然會(huì)增加.
通常圓柱形鋰離子電池(cylindrical cell)的質(zhì)量控制通常都較好,電池容量差別不超過±3%.輸入容量基本上比較精確,差別不超
過幾個(gè)mAs(毫安·秒).因此,電池容量絕對(duì)值也基本準(zhǔn)確,SOC 的差異在幾個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi).
鋰離子電池自放電及SOC 匹配
鋰離子材料的化學(xué)屬性本身并不會(huì)造成電池不均衡問題,也不具有可逆自放電機(jī)理.但是,鋰離子電池還必須經(jīng)過一個(gè)過程才能
使性能穩(wěn)定,并將產(chǎn)生不可逆損耗,多數(shù)此類損耗都出現(xiàn)在電池出廠之前.高溫放電以及在室溫下放置過久也會(huì)出現(xiàn)少量此類不
可逆損耗,這種損耗的最大比例在10%以內(nèi).所有同時(shí)入庫或同時(shí)使用的電池發(fā)生這種損耗的機(jī)率一樣,因此這種情況不會(huì)引起
電池不均衡問題.在出現(xiàn)不可逆損耗時(shí)還伴隨著少量可逆損耗,二者之間存在著某種比例關(guān)系.大部分在工廠中出現(xiàn)的可逆損耗
在進(jìn)行電池容量分類前已經(jīng)被再次充電,因此這類損耗非常小,而且每個(gè)電池都一樣,不會(huì)引起電池不均衡問題.
引起電池不均衡的另一個(gè)原因是電池在裝配前被閑置過久,而如果將若干批生產(chǎn)時(shí)間不同的電池放到同一個(gè)電池包中將會(huì)加重這
種不均衡.在這種情況下,通過容量分類但尚未裝配的具有不同可逆損耗的電池將隨著時(shí)間的推移累計(jì)更大的差異.即使在裝配
成電池包后,如果包中的電池變化很大(尤其是當(dāng)電池包放置過久),隨著時(shí)間推移,電池包內(nèi)的電池不均衡也會(huì)加重.

軟短路
軟短路(soft short)是引起某些電池不均衡的主要原因.在電池生產(chǎn)時(shí)的細(xì)微瑕疵可能使電池出現(xiàn)40KΩ以上的短路電阻,由這種高
阻抗引起的自放電速率可達(dá)0.1mA 或每月3%.一些出廠時(shí)合格的電池也可能產(chǎn)生軟短路問題,但多數(shù)電池不會(huì)出現(xiàn)這種情況,
因而可將容量保持若干年.嚴(yán)格來說,軟短路是一種機(jī)電變化,如果電池包僅由單個(gè)電池構(gòu)成,那么這個(gè)電池可以反復(fù)充電而不
會(huì)出現(xiàn)容量損耗.然而,在串聯(lián)電池包中出現(xiàn)軟短路的電池每月會(huì)損耗3%的容量,而其它電池則毫無損耗.
電池包中電池的SOC 不一樣時(shí)會(huì)降低總?cè)萘?在未出現(xiàn)相應(yīng)的容量降低之前,電池包使用時(shí)需要進(jìn)行一次調(diào)整,入庫保存后再經(jīng)
常不定期調(diào)整,這樣便可恢復(fù)最初的容量損耗.同時(shí),在每次充電過程中只需要進(jìn)行較為簡單的均衡,以避免重新產(chǎn)生失配.這
些連續(xù)調(diào)整通常用戶是根本不能覺察到.初次使用后,以后的放電過程便不再需要均衡處理.
例如,假設(shè)一個(gè)電池包中有兩個(gè)串聯(lián)電池C1 和C2,C1 每個(gè)月放電3%,三個(gè)月后起SOC 值從40%下降到31%.C2 沒有軟短
路,因此SOC 保持為40%.充電時(shí),C2 的SOC 恢復(fù)到100%,而C1 只能恢復(fù)到91%.放電時(shí),C1 的SOC 到達(dá)0%時(shí)C2 還
剩余9%.因此電池包產(chǎn)生了9%的損耗.
如果對(duì)C1 施加一個(gè)差分電流進(jìn)行均衡,則兩個(gè)電池以及整個(gè)電池包都將恢復(fù)滿容量.C1 的損耗沒有使電池包的容量降低,如圖
1a 和1b 所示.
電池容量退化
容量退化是由于生產(chǎn)或工藝差異而導(dǎo)致的電池容量降低,通常在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)這種情況的可能性極小.此外,同批生產(chǎn)的電池
性能通常一樣,因此,大多數(shù)電池包中的電池不會(huì)出現(xiàn)不均衡問題.然而,電池可能會(huì)偶然出現(xiàn)很小的缺陷,如果在這種情況下
電池包工作的溫度變化較大,那么某些電池就會(huì)比其它電池性能降低得更快.例如,用于電腦的電池包的面積很大,因此電池包
的某部分會(huì)靠近電源或CPU,這部分電池比其它電池受熱更多.此類問題可通過電池均衡來彌補(bǔ),這種均衡處理必須在充電和放
電過程中實(shí)現(xiàn),該過程稱為容量/能量最大化.然而,這在實(shí)際應(yīng)用中很難實(shí)現(xiàn),同時(shí)不夠直觀,容量/能量最大化問題還有待進(jìn)一
步深入研究.
保持電池均衡
監(jiān)測電池的電壓和溫度可追蹤電池的電壓變化,當(dāng)電池電壓變化超過10mV 時(shí),電路便啟動(dòng)均衡處理來對(duì)電池包中不同的電池電
壓進(jìn)行匹配.
這種均衡是通過“分流”需要均衡的電池(電壓最高的電池)電流來實(shí)現(xiàn)的.通常,將一個(gè)功率晶體管和限流電阻串聯(lián)后,再與電池包中的每個(gè)電池并聯(lián)來控制均衡過程.在充電過程中導(dǎo)通功率晶體管,將該電池的電流部分分流,從而使它的充電速度比其它電
池慢.在放電過程中導(dǎo)通功率晶體管,增加該電池的有效負(fù)載,使它的放電速度比其它電池快,從而在充/放電模式下對(duì)電池進(jìn)行
均衡.
外部晶體管的功耗
均衡電路設(shè)計(jì)時(shí)必須注意功率晶體管和限流電阻的選擇,以使電流保持在合理的范圍內(nèi).如果均衡電流過高,功耗會(huì)很大,引起
電池包升溫或增加元件負(fù)擔(dān);相反,如果均衡電流過低,就需要較長的時(shí)間或多個(gè)周期才能起到均衡作用,從而降低電池均衡效
率,甚至失去意義.
在決定電流大小時(shí)要注意不均衡程度、可用時(shí)間以及電池容量三項(xiàng):
1.將合理的電池均衡量定為10-20%的電池容量.對(duì)于軟短路情況,這相當(dāng)于以每月3%的放電速率持續(xù)3-6 個(gè)月;對(duì)于周期時(shí)間
不均衡,這相當(dāng)于100 個(gè)周期的16%容量損耗.
2. 電池均衡所需的合理時(shí)間可短至僅1 個(gè)充/放電周期.SOC 不均衡需要較長的時(shí)間,最多可達(dá)18 個(gè)小時(shí)(這18 個(gè)小時(shí)并非完全
用于充電,而是一個(gè)至少包括一次充、放電的調(diào)整過程.也可能是多個(gè)充/放電周期).容量不均衡通常需要充電1 小時(shí),并且至少
放電2.5 小時(shí).
3. 18650 具有最高的容量,為2,000mAh,通常最多采用3 個(gè)電池并聯(lián).因此,修正20%容量不均衡所需的最大均衡電流為
IBALANCE=(20%×2000mAh×3)/1.0hr=1200mA
為了實(shí)現(xiàn)這一程度的均衡,電池包的調(diào)整必須經(jīng)過較長時(shí)間.假設(shè)充電時(shí)間為1 小時(shí),放電時(shí)間為3 小時(shí),則經(jīng)過兩個(gè)充/放電周
期便可獲得8 小時(shí)的均衡處理,這要求均衡電流為150mA,這個(gè)電流相當(dāng)高.例如,如果電池為4V,均衡電源為150mA 時(shí)的功
耗可達(dá)0.6W.最好的折衷方法是將電池均衡電流控制在50mA-150mA 之間,同時(shí)將初始均衡持續(xù)多個(gè)周期.

電池均衡電流控制在1C-20mA

各位高手對(duì)鋰電池平衡充有什么更好的方法及建議不妨在此支招.

耗能式平衡只能部分解決電芯過充的問題.

不能從根本上解決電芯的不平衡問題.多充電的部分在放電過程中也是多余的.

結(jié)果只能是電芯容量較小的永遠(yuǎn)處于滿充滿放狀態(tài)(短板效應(yīng)).

大家還是討論一下能量轉(zhuǎn)移的方式來做電芯均衡才有意義.

目前任何的電池平衡方法都沒辦法搞定內(nèi)阻不平衡的問題吧?而隨著電池的循環(huán)次數(shù)的增加,電芯的自放電差異性,以及保護(hù)板上的微損耗不同,電池內(nèi)阻的不平衡會(huì)加劇!
  
   我想請(qǐng)教一下:平衡過的電池是不是在下次放電后又會(huì)變的不平衡?我們是不是要在電池不平衡之后每次充電都要啟動(dòng)平衡電路來保持電池的最大充電容量?這樣會(huì)導(dǎo)致我每次的充電時(shí)間都會(huì)很長很長!!同時(shí)我們要考慮實(shí)際使用時(shí)候的可行性!參考了TI的平衡方法,最小可設(shè)置為壓差40mv啟動(dòng)平衡,但是它的平衡電流很小,導(dǎo)致充電時(shí)間很長,而且效果不明顯!!

  請(qǐng)高手指教!

我也想請(qǐng)教......

放電時(shí)要求通過均衡消耗掉一些額外的電壓,在最后當(dāng)所有電池都達(dá)
到0SOC 時(shí),從電池包中獲得的總電能相對(duì)于均衡前仍然會(huì)增加. ------這句話不大好理解

我認(rèn)為定時(shí)檢測，調(diào)換位置，把身體壯的叉開