中心議題：

• 討論適用於混能及全電動汽車的電池管理係統
• 研究被動平衡解決方案及其相關問題

解決方案：

• 采用優化的隔離式電感拓撲結構
• 確保各模塊內及各模塊之間保持高度平衡

混能及全電動汽車廣受市場歡迎，其增長率更是一直大幅飆升
，因此顯示汽車電動化的發展即將進入另一個嶄新的階段。

對於電動汽車來說，電池組是shi車che內nei最zui昂ang貴gui而er穩wen定ding性xing又you最zui成cheng疑yi問wen的de組zu件jian。高gao性xing能neng的de電dian池chi管guan理li係xi統tong可ke為wei混hun能neng及ji全quan電dian動dong的de汽qi車che提ti供gong一yi個ge理li想xiang的de解jie決jue方fang案an，解jie決jue電dian池chi組zu電dian量liang不bu足zu的de問wen題ti。正zheng如ruChevy Volt 的設計團隊所言：“我(wo)們(men)的(de)工(gong)程(cheng)師(shi)在(zai)研(yan)發(fa)過(guo)程(cheng)中(zhong)發(fa)現(xian)采(cai)用(yong)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)可(ke)大(da)幅(fu)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)
，確(que)保(bao)電(dian)池(chi)能(neng)充(chong)分(fen)發(fa)揮(hui)其(qi)性(xing)能(neng)。換(huan)言(yan)之(zhi)，電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)是(shi)解(jie)決(jue)電(dian)池(chi)問(wen)題(ti)的(de)關(guan)鍵(jian)。”

被動平衡解決方案及其相關問題

電dian池chi管guan理li係xi統tong的de設she計ji要yao麵mian對dui許xu多duo問wen題ti，諸zhu如ru大da量liang串chuan聯lian的de小xiao電dian池chi的de充chong電dian問wen題ti以yi及ji如ru何he確que保bao電dian池chi組zu內nei每mei一yi枚mei小xiao電dian池chi都dou不bu會hui過guo量liang充chong電dian等deng。鋰li電dian池chi對dui於yu過guo壓ya情qing況kuang極ji為wei敏min感gan
，過guo壓ya會hui降jiang低di電dian池chi性xing能neng，甚shen至zhi會hui令ling電dian池chi嚴yan重zhong受shou損sun

，無wu法fa再zai用yong。不bu同tong的de電dian池chi各ge有you不bu同tong的de性xing能neng參can數shu
，因yin此ci性xing能neng也ye各ge不bu相xiang同tong。此ci外wai，每mei次ci重zhong新xin充chong電dian前qian，不bu同tong的de電dian池chi也ye各ge有you不bu同tong的de殘can餘yu電dian荷he
，因yin此ci部bu分fen電dian池chi會hui較jiao快kuai充chong滿man電dian，以yi致zhi這zhe些xie電dian池chi會hui因yin為wei出chu現xian過guo壓ya而er嚴yan重zhong受shou損sun，無wu法fa再zai次ci使shi用yong。

目mu前qian有you一yi個ge方fang法fa可ke以yi確que保bao電dian池chi組zu內nei的de所suo有you小xiao電dian池chi都dou能neng充chong滿man電dian，即ji將jiang電dian流liu分fen流liu至zhi旁pang路lu電dian阻zu，稱cheng為wei被bei動dong平ping衡heng方fang法fa。該gai方fang法fa可ke將jiang不bu需xu要yao的de充chong電dian電dian流liu分fen流liu至zhi電dian阻zu，讓rang電dian阻zu耗hao散san這zhe些xie電dian流liu，以yi免mian電dian池chi過guo量liang充chong電dian。這zhe個ge功gong率lv耗hao散san功gong能neng可ke將jiang電dian池chi分fen流liu出chu來lai的de電dian流liu限xian定ding在zai某mou一yi範fan圍wei內nei。

被動平衡方法無法在電池放電時發揮作用，因此必須尋求其他辦法。

jishidianchizuneidebutongxiaodianchizhijianqudegaodudepingheng，qichudianliangyeshibujinxiangtong。zhegexianxiangchengweichudianliangshiheng。jishibutongxiaodianchidechudianliangzaikaishishiwanquanxiangtong
，danyouyubufenxiaodianchideneibusunhaojiaoda，yincidaohoulaitamendeshijichudianliangyehuigebuxiangtong。ciwai，tongyichangshangshengchandexiaodianchidougeyoubutongdexingnengcanshu，yincichangshangtongchanghuiyangetiaoxuancanshuchajuzuishaodexiaodianchifangzaitongyidianchizunei。danzhenggeceshiguochengxuyaohuafeijiaoduoshijian，erqiebuhegedexiaodianchihuibeishaichu

，zheyanghuizengjiachangshangdechengbenfudan。suizhedianchilaohua，qichudianliangyehuixiangyingdijian
，linggexiaodianchidecanshuchajujinyibukuoda。jiashangdianchizuneibutongdexiaodianchigeyoubutongdewendutidu
，yincixiaodianchidelaohuachengduyegebuxiangtong。reliangguanlijishukeyizaidianchipinghengfangmianfahuiguanjianzuoyong，danyinjinzhezhongjishuhuidafuzengjiachengben。

實際儲電量較低而且呈“弱勢”的小電池承受最大的放電壓力

，因此耗電最快，令其充電量比其他強勢電池少。經過一段時間的使用之後，這類“弱勢”的小電池會較快老化，儲電量的跌幅也較大。換言之，這些小電池的壽命會更短，整個電池組的壽命也會因此而縮短。
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主動平衡的解決方案

主動平衡方法可以解決鋰電池所麵對的問題。主動平衡係統無需先將電池電流分流
，然後再將電流耗散，其優勝之處是可以通過直流/直流轉換器將電荷傳送至電池組內的小電池。無論小電池處於充電、fangdianhaishikongxianzhuangtai，doukechuansongdianhe，ergexiaodianchizhijianyekejingchangbaochipingheng。youyuzhudongpinghengfangfadedianhechuansongxiaolvjigao
，yincikeyitigongjiaogaodepinghengdianliu，lingdianchizuneigexiaodianchikeyigengkuaididadaopingheng
，erqiechongdiansuduyegenggao，zheshibeidongpinghengfangfasuowufazuodaode。

空kong閑xian的de電dian池chi也ye會hui漏lou電dian，而er且qie即ji使shi不bu同tong的de小xiao電dian池chi之zhi間jian已yi達da到dao完wan全quan平ping衡heng狀zhuang態tai
，由you於yu溫wen度du梯ti度du不bu同tong，令ling各ge小xiao電dian池chi的de內nei部bu漏lou電dian速su度du各ge不bu相xiang同tong，以yi致zhi電dian荷he漏lou失shi率lv也ye各ge不bu相xiang同tong。電dian池chi溫wen度du每mei升sheng高gao10 ℃，漏lou電dian率lv便bian上shang升sheng一yi倍bei。主zhu動dong平ping衡heng功gong能neng可ke以yi確que保bao空kong閑xian的de小xiao電dian池chi不bu斷duan重zhong新xin尋xun求qiu平ping衡heng。不bu同tong小xiao電dian池chi之zhi間jian必bi須xu經jing常chang保bao持chi平ping衡heng才cai可ke充chong分fen利li用yong電dian池chi組zu內nei的de所suo有you儲chu電dian。

圖1xianshilezhudongpinghengfangfaxiangbibeidongpinghengfangfadeyoushi。youyudianchigeyoubutongdechudianliang
，caiyongbeidongpinghengfangfa，dianchizudezongchudianliangxiangdengyuchongdianshidezuigaohezuidichudianliangzhijiandechae。 zhenggedianchizukeyibuduanfangdian，zhizhimouyixiaodianchidechudianliangyijiangzhiqizuidishuipingweizhi
，cishiqitaxiaodianchihaiyouweiyongdecanyudianneng
，yincidianchizudeshijichudianliang（充電量）會減少。

youyuzhudongpinghengfangfakeyizaichongdianshiliyonggaoxiaolvdedianyuanzhuanhuanqichuansongdianhe
，yincichudianliangbutongdexiaodianchikewanquanchongmandian，erqiegonglvsunhaokeyijianzhizuishao。ruocaiyongbeidongpinghengfangfa，bufendianhehuibeihaosandiao，danzhudongpinghengfangfahuijiangzhexiedianhechuansongdaochudianliangjiaodadexiaodianchi。fangdianshiqingkuangyedazhixiangtong，youyudarongliangdianchidediannengkeyizhongxinfenpeidaorongliangjiaoxiaodedianchizhinei
，yincisuoyouxiaodianchidoukechongfenfangdian，dianchizuneibuhuiyoucanyudediannengliuxia。jubeizhudongpinghenggongnengdedianchizuyongyoujiaodadeshijichudianliang，zhefangmianbibeidongpinghengdedianchiyousheng。

主(zhu)動(dong)平(ping)衡(heng)係(xi)統(tong)的(de)性(xing)能(neng)取(qu)決(jue)於(yu)平(ping)衡(heng)電(dian)流(liu)與(yu)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)率(lv)之(zhi)間(jian)的(de)比(bi)率(lv)。電(dian)池(chi)的(de)不(bu)平(ping)衡(heng)率(lv)越(yue)高(gao)而(er)且(qie)充(chong)電(dian)或(huo)放(fang)電(dian)率(lv)越(yue)大(da)，所(suo)需(xu)的(de)平(ping)衡(heng)電(dian)流(liu)便(bian)越(yue)高(gao)。主(zhu)動(dong)式(shi)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)在(zai)充(chong)電(dian)或(huo)放(fang)電(dian)時(shi)為(wei)小(xiao)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)的(de)儲(chu)電(dian)量(liang)差(cha)額(e)提(ti)供(gong)補(bu)償(chang)（假設采用的平衡電流恒定不變），圖2顯示這個差額的補償數值。 [page]
針對電池模塊的平衡方法

diandongqichededianchizuyibanneihanduodajibaimeidexiaodianchi，quanbuhuafenweiduogebutongdemokuai。xiaodianchizhijianyugemokuaizhijiandoutongyangbixubaochipingheng，yinweibutongmokuaigeyoubutongcanshu，butongdewenduyehuiyingxiangxingnengyijilingmokuaichuxianbutongchengdudelaohua
，erqiedianchizubixudingqijianzha，shenzhiyaobushigenghuanjiumokuai。

以上介紹的平衡方法忽略了模塊之間互相傳送電荷的問題。

有you一yi種zhong方fang法fa可ke確que保bao模mo塊kuai之zhi間jian保bao持chi平ping衡heng，即ji將jiang每mei一yi模mo塊kuai的de小xiao電dian池chi與yu鄰lin近jin模mo塊kuai內nei的de其qi中zhong一yi枚mei小xiao電dian池chi連lian接jie一yi起qi，以yi便bian在zai兩liang者zhe之zhi間jian建jian立li一yi條tiao傳chuan送song電dian荷he的de路lu徑jing。該gai方fang法fa的de缺que點dian是shi效xiao率lv較jiao低di，因yin為wei電dian荷he必bi須xu先xian傳chuan送song至zhi某mou一yi小xiao電dian池chi
，然ran後hou再zai分fen配pei給gei模mo塊kuai內nei的de其qi他ta小xiao電dian池chi。若ruo電dian荷he要yao傳chuan送song到dao較jiao遠yuan的de模mo塊kuai，電dian荷he便bian需xu要yao分fen開kai多duo次ci傳chuan送song，令ling效xiao率lv進jin一yi步bu下xia降jiang。

美國國家半導體的主動平衡電池管理係統解決方案

美(mei)國(guo)國(guo)家(jia)半(ban)導(dao)體(ti)的(de)主(zhu)動(dong)平(ping)衡(heng)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)是(shi)一(yi)個(ge)適(shi)用(yong)於(yu)大(da)型(xing)鋰(li)電(dian)池(chi)的(de)全(quan)方(fang)位(wei)係(xi)統(tong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。基(ji)本(ben)上(shang)
，這(zhe)是(shi)一(yi)塊(kuai)印(yin)製(zhi)電(dian)路(lu)板(ban)，其(qi)中(zhong)配(pei)置(zhi)了(le)多(duo)顆(ke)特(te)殊(shu)應(ying)用(yong)集(ji)成(cheng)電(dian)路(lu)（ASIC），因此可以提供主動電池平衡、高精度數據采集、保護及完善的電池管理等功能。

meiguoguojiabandaotidedianchiguanlixitongcaiyongyouhuadegelishidiangantuopujiegou
，keyitigonggaoxiaolvjigaodianliudedianchipinghenggongneng

，quebaogemokuaineijigemokuaizhijianbaochigaodupingheng。dianhekezaitongyimokuaineiderenhexiaodianchizhijianyijizaibutongmokuaizhijianshuangxiangchuansong

，zheyangkejiangchuansongguochengzhongdezhuanfacishujianzhizuishao
，erqiexiaodianchizhijianhemokuaizhijiankeyitongshiqudepingheng。xitongyeketongguozhinengkongzhisuanfaxuanzezuilixiangdepinghengcelve，yibianyouhuaxitongxingneng。ciwai
，youyuzhetaoxitongcaiyongmokuaishidejiagou，yincixitongdeguimojuyoujiaodadelinghuoxing。youyuyikuaidianlubankeyiguanliduogeneihanduoda14枚(mei)小(xiao)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)池(chi)模(mo)塊(kuai)，因(yin)此(ci)負(fu)責(ze)管(guan)理(li)這(zhe)些(xie)模(mo)塊(kuai)的(de)每(mei)一(yi)塊(kuai)電(dian)路(lu)板(ban)都(dou)可(ke)堆(dui)疊(die)在(zai)一(yi)起(qi)，以(yi)便(bian)管(guan)理(li)高(gao)壓(ya)電(dian)池(chi)組(zu)。堆(dui)疊(die)一(yi)起(qi)的(de)模(mo)塊(kuai)基(ji)本(ben)上(shang)沒(mei)有(you)數(shu)目(mu)上(shang)的(de)限(xian)製(zhi)
，唯(wei)一(yi)的(de)條(tiao)件(jian)是(shi)模(mo)塊(kuai)電(dian)壓(ya)不(bu)可(ke)超(chao)過(guo)絕(jue)緣(yuan)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)最(zui)高(gao)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)。平(ping)衡(heng)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)取(qu)決(jue)於(yu)所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)，工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)按(an)照(zhao)需(xu)要(yao)選(xuan)擇(ze)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)
，以(yi)便(bian)在(zai)成(cheng)本(ben)與(yu)性(xing)能(neng)之(zhi)間(jian)作(zuo)出(chu)適(shi)當(dang)的(de)取(qu)舍(she)，確(que)保(bao)兩(liang)者(zhe)都(dou)符(fu)合(he)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)。

除chu了le執zhi行xing電dian荷he平ping衡heng功gong能neng之zhi外wai
，電dian池chi管guan理li係xi統tong還hai負fu責ze全quan麵mian監jian控kong電dian池chi組zu的de操cao作zuo，確que保bao係xi統tong能neng以yi前qian所suo未wei有you的de精jing確que度du測ce量liang電dian池chi組zu內nei每mei一yi小xiao電dian池chi的de電dian壓ya。美mei國guo國guo家jia半ban導dao體ti的de模mo擬ni前qian端duan電dian路lu負fu責ze平ping衡heng電dian荷he，而er且qie在zai這zhe方fang麵mian一yi直zhi發fa揮hui關guan鍵jian的de作zuo用yong，但dan除chu此ci之zhi外wai，模mo擬ni前qian端duan電dian路lu還hai可ke保bao證zheng有you關guan電dian池chi組zu充chong電dian量liang及ji健jian康kang情qing況kuang的de估gu算suan數shu值zhi準zhun確que無wu誤wu。

電池管理係統在極短時間內完成電池組內所有小電池的電壓測量。換言之，整個電池組內所有小電池的測量工作都會同步進行。

電池管理係統的內部設有多層診斷和故障檢測電路，可以檢測電池欠壓、過壓、通信故障、傳(chuan)感(gan)器(qi)線(xian)路(lu)開(kai)路(lu)以(yi)及(ji)電(dian)池(chi)過(guo)熱(re)等(deng)故(gu)障(zhang)情(qing)況(kuang)，並(bing)向(xiang)主(zhu)控(kong)製(zhi)器(qi)發(fa)送(song)報(bao)告(gao)。另(ling)外(wai)，係(xi)統(tong)還(hai)有(you)冗(rong)餘(yu)故(gu)障(zhang)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)主(zhu)硬(ying)件(jian)和(he)固(gu)件(jian)通(tong)道(dao)之(zhi)外(wai)的(de)其(qi)他(ta)通(tong)道(dao)通(tong)報(bao)故(gu)障(zhang)情(qing)況(kuang)。有(you)關(guan)參(can)數(shu)會(hui)與(yu)儲(chu)存(cun)在(zai)固(gu)件(jian)內(nei)的(de)可(ke)編(bian)程(cheng)閾(yu)值(zhi)互(hu)相(xiang)比(bi)較(jiao)，內(nei)置(zhi)比(bi)較(jiao)器(qi)的(de)獨(du)立(li)式(shi)故(gu)障(zhang)檢(jian)波(bo)器(qi)也(ye)會(hui)同(tong)時(shi)監(jian)控(kong)有(you)關(guan)數(shu)值(zhi)。

每一電路板都配備一個多接點的絕緣CAN總線接口，讓電路板可與其他模塊及主控製器進行高速通信。電路板也可利用CAN總線執行多種不同的診斷、可編程和可配置功能。

由(you)於(yu)這(zhe)套(tao)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)準(zhun)確(que)平(ping)衡(heng)電(dian)壓(ya)和(he)準(zhun)確(que)估(gu)算(suan)充(chong)電(dian)量(liang)，因(yin)此(ci)可(ke)確(que)保(bao)係(xi)統(tong)能(neng)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)電(dian)池(chi)組(zu)內(nei)的(de)儲(chu)電(dian)，進(jin)一(yi)步(bu)延(yan)長(chang)行(xing)程(cheng)裏(li)數(shu)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)通(tong)過(guo)先(xian)進(jin)可(ke)靠(kao)的(de)“剩餘容量估算功能”幫助駕駛者準確預測所餘“行程裏數”
，讓他們安心駕駛。

由於美國國家半導體的電池管理係統具備許多先進功能，因此無論電池處於充電、放fang電dian還hai是shi空kong閑xian狀zhuang態tai，這zhe套tao電dian池chi管guan理li係xi統tong都dou可ke準zhun確que控kong製zhi電dian池chi組zu內nei各ge小xiao電dian池chi的de充chong電dian量liang，有you助zhu於yu大da幅fu提ti高gao電dian池chi組zu的de安an全quan性xing和he可ke靠kao性xing
，以yi及ji延yan長chang其qi壽shou命ming周zhou期qi。

這套電池管理係統可為汽車用大型電池
、汽qi車che充chong電dian站zhan儲chu電dian係xi統tong和he較jiao小xiao型xing的de電dian池chi組zu提ti供gong一yi個ge先xian進jin而er有you效xiao的de解jie決jue方fang案an。其qi獨du特te之zhi處chu在zai於yu一yi方fang麵mian適shi用yong於yu大da型xing的de電dian池chi組zu，而er另ling一yi方fang麵mian又you與yu其qi他ta電dian池chi管guan理li係xi統tong解jie決jue方fang案an不bu同tong，沒mei有you采cai用yong舊jiu式shi小xiao型xing電dian池chi組zu的de設she計ji，因yin此ci性xing能neng遠yuan比bi其qi他ta電dian池chi管guan理li係xi統tong優you勝sheng。