有源电池平衡技术帮助增加大型锂离子电池组供电能力

图6

图7

图7显示了无源电池平衡的最新例子。它是一款低成本、单芯片电池电量监测计解决方案。与前面所述的电池电量监测计解决方案不同，这种IC没有内部电池平衡，但需要一个类似的外部旁路电路来完成平衡。然而，由于该平衡实现电路是一个IC内部的开路漏极，因此它可以同时平衡包括邻近电池在内的数节电池。这种平衡电路使用一种改进的电压算法，正如图6所示电路。但是，图7中的外部FET驱动器描述了更为有效的电池平衡方法。

有源电池平衡

由于高能量电池中100%的多余能量都以热的形式耗散掉了，因此无源平衡并非是放电期间的首选方法。有源电池平衡使用电容或电感电荷穿梭来转移电池之间的电荷，这是一种极为高效的方法。这是因为，能量被转至需要的地方，而非被放掉。这样做的代价是会增加更多的部件和成本。

获得专利的bq78PL114 PowerPump电池平衡技术是使用电感电荷传输的有源电池平衡的最新例子。它使用一对MOSFET(N通道和P通道)以及一个功率电感来实现在两个邻近电池之间建立电荷转移电路。

电池组设计人员设定串联电池之间的失衡阈值。如果IC测量到超出该阈值的失衡，它就会启用PowerPump。图8显示的是使用了两个MOSFET(Q1和Q2)及一个功率电感的降压升压电路简图。顶部电池(V3)需要将能量转移至低位电池(V2)，P3S信号(工作在约200kHz和30%占空比下)触发该能量转移，随后能量通过Q1流至电感。当P3S信号重置时，Q1关闭，电感能量水平处在最高水平。因为电感电流必须不断流动，因此Q2的体二极管被正向偏置，从而完成向V2位置电池的电荷转移。需要注意的是，由于其串联电阻较低，存储于该电感中的能量只有轻微的损耗。

图8：使用PowerPump技术的电池平衡。

假定串联电池的长度和容量不定，则转移电荷时有一些限制。一种考虑是在我们不再获得能量供给优化之前，我们能将能量移至多远？换句话说，在转换器的低效率超过平衡电池的诸多好处以前，我们能将电荷移至多远？在我们的测试中使用85%的估计效率，PowerPump 仅将能量转移至不到6节电池远的地方。但重要的是，忽略效率的情况下，在整个电池组可能达到完全平衡以前必须取得“区域平衡”。