中心議題：

• 鋰離子電池結構
• 電池平衡的優勢

解決方案：

• 強製所有電池具有相同電壓的過程
• 平衡電流的大小與電壓差成正比
• 精確的低損耗開關和高效率

鋰離子電池最早出現於1991年並成為許多應用領域的首選技術，這些領域包括衛星、地麵車輛以及模型飛機，另外還有筆記本電腦和手機。這主要歸功於鋰離子電池突出的能量密度，也就是所儲存能量和重量的比值。

電壓降

鋰離子電池被設計用來提供大約3.0～＋4.3V的電壓。始終保持鋰離子電池的電壓在其設計界限之內非常重要，否則電池會遭受不可修複的損壞。如果電池的電壓降到3.0V以下，其將進入深放電狀態

，一旦進入這種狀態，就需要數小時甚至數天才能恢複。

實際上，深放電可能會造成電池短路，而電池一旦短路就無法恢複。過充電使電壓高於4.3V可能會更糟糕，因為這樣做會破壞電池
，造成過熱或其他災難性的後果。在隻使用1塊鋰離子電池的簡單應用中，電子控製電路必須保護電池，當電池電壓降低到3.2V以下就斷開負載
，並在充電時保證電壓低於4.2V。

鋰離子電池結構

鋰離子電池是由2個或更多個電池串聯構成的。在這種結構中，電池電壓等於單個電池電壓之和。例如，96V的電池是通過將24塊鋰離子電池串聯得到的。加上負載之後
，負載的電流是由串聯的24塊(kuai)電(dian)池(chi)共(gong)同(tong)提(ti)供(gong)。如(ru)果(guo)對(dui)電(dian)池(chi)進(jin)行(xing)充(chong)電(dian)，充(chong)電(dian)器(qi)需(xu)要(yao)向(xiang)串(chuan)聯(lian)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)提(ti)供(gong)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)。在(zai)這(zhe)兩(liang)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)
，所(suo)有(you)電(dian)池(chi)的(de)放(fang)電(dian)和(he)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)是(shi)相(xiang)同(tong)的(de)。

zaizhenggeshengmingzhouqinei，dianchikenenghuijinxingshubaicishenzhishuqiancidechongfangdian。cishi
，gegedianchidelaohuakenenghuiyousuobutong。youxiedianchihuibiandeyuqitadianchiyouxieshipei（或者更嚴重一些）。如果這種現象沒有得到改善，一個或多個電池可能會欠充電或過充電，這兩種現象都會導致電池失效。

平衡

改善這種狀況的方法被稱為平衡。平衡是強製所有電池具有相同電壓的過程。這是通過平衡電路實現的。

Aeroflex平(ping)衡(heng)電(dian)路(lu)使(shi)用(yong)共(gong)享(xiang)總(zong)線(xian)
，這(zhe)個(ge)總(zong)線(xian)的(de)電(dian)壓(ya)等(deng)於(yu)所(suo)有(you)電(dian)池(chi)的(de)平(ping)均(jun)電(dian)壓(ya)。平(ping)衡(heng)電(dian)路(lu)由(you)那(na)些(xie)超(chao)過(guo)共(gong)享(xiang)總(zong)線(xian)電(dian)壓(ya)的(de)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)並(bing)將(jiang)電(dian)能(neng)注(zhu)入(ru)到(dao)電(dian)壓(ya)較(jiao)低(di)的(de)電(dian)池(chi)，這(zhe)個(ge)工(gong)作(zuo)是(shi)通(tong)過(guo)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)雙(shuang)邊(bian)DC/AC轉換器來完成的。

平衡電流的大小與電壓差成正比，也就是說，隨著電池越來越接近理想平衡狀態，平衡電流將趨近於0。圖1顯示了一個用於5個電池的平衡電路
，其中，1Ω電阻確定了傳輸比
，也就是不平衡電壓與平衡電流的比值。


圖1使用串行共享總線實現的5電池的平衡電路

對於容量較大（通常20Ah或更高）的電池而言，為了將達到平衡的時間減到最短，需要高達1A的平衡電流。對這些應用而言
，雙邊DC/AC轉換器電路通過平麵變壓器工作在100kHz的頻率附近。

電池電子單元

每個電路都是帶有諧振複位信號的前向轉換器
，而開關頻率是由鎖相環控製的，以便提供精確的低損耗開關和高效率。圖2顯示了使用這種電路拓撲結構實現的麵向24cell鋰離子電池衛星應用的電池電子單元（BEU）。這個BEU也提供了單個電池的電壓監控功能，單個電池電壓的精度為10mV
，這個數據是使用12位A/D和串行數據遙測技術測得的。


圖2麵向帶有2cell電池應用的雙冗餘BEU

對於較小的電池而言，使用平衡電流較小但是傳輸率比較高的電路比較合適。圖3顯示了一個小電流電池平衡器
，Aeroflex的8645-13模塊。這是個6英寸×2.3英寸的電路卡，用於平衡13個電池。這個電池平衡器嵌入在電池封裝內部，不提供監視功能。


圖3用於13cell電池的小電流平衡器

平衡的優勢

通過使用電池平衡，係統工程師能夠根據應用選擇容量更大的電池，這是因為平衡能夠使電池實現更高的荷電狀態（SOC）。如果不使用電池平衡功能，保守的設計無法讓SOC接近100%。

這(zhe)些(xie)電(dian)池(chi)是(shi)串(chuan)聯(lian)在(zai)一(yi)起(qi)的(de)

，所(suo)有(you)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)都(dou)相(xiang)等(deng)。充(chong)電(dian)器(qi)監(jian)視(shi)總(zong)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)並(bing)繼(ji)續(xu)充(chong)電(dian)
，直(zhi)到(dao)達(da)到(dao)預(yu)先(xian)設(she)定(ding)的(de)電(dian)壓(ya)，通(tong)常(chang)是(shi)每(mei)個(ge)電(dian)池(chi)4.2V。

例如

，10cell電池可能要充電到42V才能達到100%的SOC。如果電池之間沒有平衡，就無法保證每個電池電壓都精確地等於4.2V。例如，可能其中某個電池被充電到4.4V
，有可能變為過充電狀態或被損壞。因此
，沒有采取平衡措施的電池的SOC必須遠低於100%

，以便確保不會存在一個或多個電池過充電。

另ling一yi方fang麵mian，在zai采cai取qu了le正zheng確que平ping衡heng措cuo施shi的de電dian池chi中zhong，所suo有you電dian池chi的de電dian壓ya都dou非fei常chang接jie近jin於yu電dian池chi的de平ping均jun電dian壓ya
，就jiu有you可ke能neng通tong過guo測ce量liang電dian池chi總zong電dian壓ya的de充chong電dian電dian路lu將jiang電dian池chi的deSOC充電至接近100%。

因此
，在沒有電池平衡的應用中，電池的SOC通常在20%～80%的範圍中
，利用率隻有60%。如果增加了平衡措施，SOC範圍可能是5%～95%，利用率增加到了90%。因(yin)此(ci)，電(dian)池(chi)平(ping)衡(heng)係(xi)統(tong)使(shi)得(de)實(shi)現(xian)相(xiang)同(tong)輸(shu)出(chu)容(rong)量(liang)的(de)電(dian)池(chi)體(ti)積(ji)減(jian)小(xiao)很(hen)多(duo)。這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)大(da)大(da)減(jian)少(shao)總(zong)體(ti)重(zhong)量(liang)，即(ji)使(shi)將(jiang)平(ping)衡(heng)器(qi)的(de)重(zhong)量(liang)計(ji)算(suan)在(zai)內(nei)也(ye)很(hen)劃(hua)算(suan)。