現在，在電動汽車到電網負載均衡係統的各種應用中
，大型、高壓

、可再充電電池係統是常見的電源。這些大型電池組由眾多單節電池串聯/並聯陣列組成，能存儲大量能量(數十千瓦小時)。鋰聚合物或磷酸鐵鋰(LiFePO4)電(dian)池(chi)是(shi)常(chang)見(jian)的(de)技(ji)術(shu)選(xuan)擇(ze)
，因(yin)為(wei)這(zhe)類(lei)電(dian)池(chi)能(neng)量(liang)密(mi)度(du)高(gao)
，能(neng)提(ti)供(gong)很(hen)高(gao)的(de)峰(feng)值(zhi)功(gong)率(lv)。在(zai)單(dan)節(jie)電(dian)池(chi)應(ying)用(yong)中(zhong)

，仔(zai)細(xi)控(kong)製(zhi)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)並(bing)監(jian)視(shi)電(dian)池(chi)是(shi)確(que)保(bao)安(an)全(quan)工(gong)作(zuo)
、防止電池過早老化或損壞的關鍵。不過
，與單節電池係統不同的是
，對串聯連接的電池組提出了一項額外的要求

，這就是“電池平衡”。

所有的串聯連接電池必須保持電荷平衡

當一個電池組中的每節電池具備相同的電荷狀態（SoC）時，這些電池就是“平衡”的。SoC指的是隨著個別電池充電和放電
，目前相對於其最大容量的剩餘容量。例如：一個剩餘容量為5A-hr的10A-hr電池具有50%的SoC。所有的電池都必須保持在某個SoC範圍之內以避免受損或壽命縮短。可容許的SoC最小值和最大值因應用而異。在最重視電池運行時間的應用中，所有電池都可以在20%的SoC最小值和100%的最大值(滿充電狀態)之間工作。而就要求電池壽命最長的應用而言，可能將SoC範圍限製在30%最小值和70%最大值之間。在電動汽車和電網存儲係統中，這些數值是典型的SoC限製，電動汽車和電網存儲係統使用非常大和非常昂貴的電池，更換費用極高。電池管理係統(BMS)的主要作用是仔細監視電池組中的所有電池，確保每一節電池的充電或放電都不超出該應用充電狀態限製的最小值和最大值。

在采用串聯/並(bing)聯(lian)電(dian)池(chi)陣(zhen)列(lie)時(shi)，並(bing)聯(lian)連(lian)接(jie)電(dian)池(chi)會(hui)相(xiang)互(hu)自(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)，這(zhe)種(zhong)假(jia)定(ding)一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)是(shi)對(dui)的(de)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)推(tui)移(yi)，隻(zhi)要(yao)電(dian)池(chi)接(jie)線(xian)端(duan)子(zi)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)傳(chuan)導(dao)通(tong)路(lu)

，那(na)麼(me)在(zai)並(bing)聯(lian)連(lian)接(jie)的(de)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)

，電(dian)荷(he)狀(zhuang)態(tai)就(jiu)會(hui)自(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)。串(chuan)聯(lian)連(lian)接(jie)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)荷(he)狀(zhuang)態(tai)會(hui)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)而(er)分(fen)化(hua)

，這(zhe)種(zhong)假(jia)定(ding)也(ye)是(shi)對(dui)的(de)

，這(zhe)麼(me)說(shuo)有(you)幾(ji)個(ge)原(yuan)因(yin)。由(you)於(yu)電(dian)池(chi)組(zu)各(ge)處(chu)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)率(lv)的(de)不(bu)同(tong)，或(huo)者(zhe)不(bu)同(tong)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)阻(zu)抗(kang)、自放電速率或加載的不同，SoChuizhubufashengbianhua。jinguandianchizudechongdianhefangdiandianliuwangwangshidianchizhijiandezhexiechayixiandebunamezhongyao，danshileijiqilaideshipeihuiyuelaiyueda，chufeiduidianchijinxingzhouqixingdepingheng。zhisuoyiyaoshixianchuanlianlianjiedianchidedianhepingheng
，zuijibendeyuanyinjiushibuchanggejiedianchiSoC的逐步變化。通常，在一個各節電池具有嚴密匹配容量的電池組中，運用被動或耗散電荷平衡方案足以使SoC重新達到平衡。


如圖1(a)所suo示shi，無wu源yuan平ping衡heng簡jian單dan，而er且qie成cheng本ben低di廉lian。不bu過guo
，無wu源yuan平ping衡heng速su度du非fei常chang慢man，會hui在zai電dian池chi組zu內nei部bu產chan生sheng不bu想xiang要yao的de熱re量liang
，而er平ping衡heng是shi通tong過guo降jiang低di所suo有you電dian池chi的de餘yu留liu容rong量liang
，以yi與yu電dian池chi組zu中zhongSoC值最低的電池相匹配。由於另一個常見的問題“容量失配”
，無源平衡還缺乏有效應對SoC誤(wu)差(cha)的(de)能(neng)力(li)。隨(sui)著(zhe)老(lao)化(hua)，所(suo)有(you)電(dian)池(chi)的(de)容(rong)量(liang)都(dou)會(hui)減(jian)小(xiao)，而(er)且(qie)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)減(jian)小(xiao)的(de)速(su)率(lv)往(wang)往(wang)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)
，原(yuan)因(yin)與(yu)之(zhi)前(qian)所(suo)述(shu)的(de)類(lei)似(si)。因(yin)為(wei)流(liu)進(jin)和(he)流(liu)出(chu)所(suo)有(you)串(chuan)聯(lian)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)電(dian)流(liu)是(shi)相(xiang)等(deng)的(de)，所(suo)以(yi)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)可(ke)用(yong)容(rong)量(liang)由(you)電(dian)池(chi)組(zu)中(zhong)容(rong)量(liang)最(zui)小(xiao)的(de)電(dian)池(chi)決(jue)定(ding)。隻(zhi)有(you)采(cai)用(yong)有(you)源(yuan)平(ping)衡(heng)方(fang)法(fa)(例如圖1(b)和圖1(c)中所示的那些方法)才能向電池組各處重新分配電荷
，以及補償由於不同電池之間的失配而導致容量的減小。

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電池之間的失配將導致電池組容量損失

電池之間無論是容量還是 SoC zhijiandeshipeidoukenengyanzhongsuoduandianchizudekeyongrongliang，chufeizhexiedianchishipingheng。yaozuidaxianduditigaodianchizuderongliang，jiuyaoqiuzaidianchizuchongdianhedianchizufangdianshi
，dianchidoushipinghengde。

在圖2所示的例子中
，電池組由10節電池串聯組成
，每節電池的容量均為100A-hr (標稱值)，容量最小的電池與容量最大的電池之間的容量誤差為±10%
，對該電池組充電或放電
，直至達到預定的SoC限製為止。如果SoC值限製在30% 至70% 之間，而且沒有進行容量平衡，那麼在一個完整的充電/ 放電周期之後，相對於這些電池的理論可用容量，可用電池組容量降低了25%。在電池組充電階段，無源平衡從理論上可以讓每節電池的SoC相同
，但是在放電時，無法防止第10節電池在其他電池之前達到30%的SoC值。即使在電池組充電時采用無源平衡，在電池組放電時也會顯著“丟失”容量 (容量不可用)。隻有有源平衡解決放案才能實現“容量恢複”
，有源平衡解決方案在電池組放電時，從SoC值較高的電池向SoC值較低的電池重新分配電荷。
圖3 說明了怎樣采用“理想的”有源平衡，使由於電池之間的失配而“丟失”的容量得到 100% 的恢複。在穩定狀態使用時，當電池組從 70% SoC 的“滿”再充電狀態放電時，實際上必須從第 1 號電池 (容量最高的電池) 取出所存儲的電荷，將其轉移到第 10 號電池 (容量最低的電池)，否則
，第 10 號電池會在其他電池之前達到其 30% 的最低 SoC 點
，而且電池組放電必須停止
，以防止進一步縮短壽命。類似地
，在充電階段，電荷必須從第 10 號電池移走，並重新分配給第 1 號電池，否則第 10 號電池會首先達到其 70% 的 SoC 上(shang)限(xian)，而(er)且(qie)充(chong)電(dian)周(zhou)期(qi)必(bi)須(xu)停(ting)止(zhi)。在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)期(qi)的(de)某(mou)時(shi)點(dian)上(shang)
，電(dian)池(chi)老(lao)化(hua)的(de)差(cha)異(yi)將(jiang)不(bu)可(ke)避(bi)免(mian)地(di)導(dao)致(zhi)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)的(de)容(rong)量(liang)失(shi)配(pei)。隻(zhi)有(you)有(you)源(yuan)平(ping)衡(heng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)“容量恢複”

，這種解決方案按照需要，從 SoC 值高的電池向 SoC 值(zhi)低(di)的(de)電(dian)池(chi)重(zhong)新(xin)分(fen)配(pei)電(dian)荷(he)。要(yao)在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)壽(shou)命(ming)期(qi)內(nei)實(shi)現(xian)最(zui)大(da)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)容(rong)量(liang)，就(jiu)需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)有(you)源(yuan)平(ping)衡(heng)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)，以(yi)高(gao)效(xiao)率(lv)地(di)給(gei)每(mei)節(jie)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)，在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)各(ge)處(chu)保(bao)持(chi) SoC 平衡。 [page]
高效率雙向平衡提供最強的容量恢複能力

LTC3300 (參見圖4) 是一個新產品，專門為滿足高性能有源平衡的需求而設計。LTC3300 是一款高效率、雙向有源平衡控製IC，是高性能BMS的關鍵組件。每個 IC 都能同時平衡多達6 節串聯連接的鋰離子 (Li-Ion) 或磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 電池。

SoC 平衡通過在一節選定的電池和一個由多達 12 節或更多節相鄰電池構成的子電池組之間重新分配電荷來實現。平衡決策和平衡算法必須由單獨的監視器件以及控製 LTC3300 的係統處理器來應對。電荷從一個指定電池重新分配給由 12 節或更多相鄰電池組成的電池組
，以給該電池放電。類似地，從 12 jiehuogengduoxianglindianchizuchengdedianchizujiangdianhezhuanyigeiyigezhidingdedianchi，yigeigaidianchichongdian。suoyoupinghengqikenengtongshizairenyifangxiangshanggongzuo，yizuidaxiandudisuoduandianchizudepinghengshijian。suoyoupinghengkongzhiminglingdoutongguoyigekediezhihezaoshengyuduhendadechuanxing SPI 接口提供給每個 IC，對電池組的高度沒有限製。

LTC3300 中的每個平衡器都采用非隔離式、邊界模式同步反激式電源級
，以實現對每一節電池的高效率充電和放電 (參見圖 5)。6 個平衡器中的每一個都需要自己的變壓器。每個變壓器的“主”端跨接在接受平衡的電池上，“副”端跨接在 12 節(jie)或(huo)更(geng)多(duo)相(xiang)鄰(lin)電(dian)池(chi)上(shang)，包(bao)括(kuo)接(jie)受(shou)平(ping)衡(heng)的(de)電(dian)池(chi)。副(fu)端(duan)上(shang)電(dian)池(chi)的(de)數(shu)量(liang)僅(jin)受(shou)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)的(de)限(xian)製(zhi)。在(zai)相(xiang)應(ying)的(de)外(wai)部(bu)開(kai)關(guan)和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)調(tiao)節(jie)範(fan)圍(wei)內(nei)，電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)可(ke)由(you)外(wai)部(bu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi)設(she)定(ding)為(wei)高(gao)達(da) 10 安培以上的值。通過主端和副端組件進行的排序和 IPEAK / IZERO 電流檢測取決於平衡器是否啟動以給電池充電或放電。高效率是通過同步工作以及組件的恰當選擇實現的。每個平衡器都是通過 BMS 的係統處理器啟動的，而且平衡器將保持啟動狀態，直至 BMS發出停止的命令，或指示檢測到故障。

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平衡器高效對電池組至關重要

電dian池chi組zu麵mian對dui的de大da敵di之zhi一yi是shi熱re量liang。高gao環huan境jing溫wen度du會hui快kuai速su縮suo短duan電dian池chi壽shou命ming並bing降jiang低di其qi性xing能neng。不bu幸xing的de是shi
，在zai大da電dian流liu電dian池chi係xi統tong中zhong，平ping衡heng電dian流liu也ye必bi須xu很hen高gao

，以yi延yan長chang運yun行xing時shi間jian或huo實shi現xian電dian池chi組zu的de快kuai速su充chong電dian。如ru果guo平ping衡heng器qi的de效xiao率lv不bu高gao，就jiu會hui在zai電dian池chi係xi統tong內nei部bu導dao致zhi不bu想xiang要yao的de熱re量liang，而er且qie這zhe個ge問wen題ti必bi須xu通tong過guo減jian少shao能neng在zai給gei定ding時shi間jian運yun行xing的de平ping衡heng器qi之zhi數shu量liang來lai解jie決jue
，或huo通tong過guo采cai用yong昂ang貴gui的de降jiang低di熱re量liang方fang法fa來lai應ying對dui。如ru圖tu 6 所示，LTC3300 在充電和放電方向實現了>90% 的效率，與具備相同平衡器功耗、效率為 80% 的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)相(xiang)比(bi)
，這(zhe)允(yun)許(xu)平(ping)衡(heng)電(dian)流(liu)提(ti)高(gao)一(yi)倍(bei)多(duo)。此(ci)外(wai)，更(geng)高(gao)的(de)平(ping)衡(heng)器(qi)效(xiao)率(lv)允(yun)許(xu)更(geng)有(you)效(xiao)地(di)重(zhong)新(xin)分(fen)配(pei)電(dian)荷(he)，這(zhe)反(fan)過(guo)來(lai)又(you)可(ke)產(chan)生(sheng)更(geng)有(you)效(xiao)的(de)容(rong)量(liang)恢(hui)複(fu)和(he)更(geng)快(kuai)速(su)的(de)充(chong)電(dian)。
局部電池負責完成大部分的平衡工作

整個電池組內的電荷轉移是通過使副端接線交錯(如圖7所示)來實現的。以這種方式進行交錯將允許電荷在任何一組電池(6 節)與yu一yi組zu相xiang鄰lin電dian池chi之zhi間jian來lai回hui轉zhuan移yi。請qing注zhu意yi，相xiang鄰lin的de電dian池chi在zai電dian池chi組zu中zhong既ji可ke以yi位wei於yu上shang方fang也ye可ke以yi位wei於yu下xia方fang。當dang優you化hua某mou種zhong平ping衡heng算suan法fa時shi這zhe種zhong靈ling活huo性xing是shi有you幫bang助zhu的de。關guan於yu任ren何he交jiao錯cuo式shi係xi統tong存cun在zai著zhe一yi種zhong常chang見jian的de誤wu解jie：jiangdianhecongyigefeichanggaodianchizudedingduanzhongxinfenpeizhididuanqixiaolvyidingshijidide，zheshiyinweijiangdianhecongdianchizudingduanyizhididuanxuyaojinxingdaliangdezhuanhuan。raner，rutu7中給出的實例所示，大多數平衡隻是通過在與那些需要電荷平衡的電池最靠近的電池之間的電荷重新分配來完成的。含10個或更多電池的副端電池組使得一個電荷不足的電池(若不補充電荷則其將限製整個電池組工作時間)簡單地通過運行一個平衡器就能恢複其“丟失”容量的90%以上。因此，利用LTC3300的交錯式拓撲將無需把電荷從電池組的頂端一路轉移至底端，大多數的平衡工作都是由相鄰的局部電池完成的。
電池安全性是第一位

除了提供卓越的電氣性能
，LTC3300 雙向有源平衡器還提供眾多安全功能
，以防止平衡時出現差錯，並保持最高的可靠性。數據完整性檢查 (對所有傳入和傳出的數據
、看門狗定時器、數據回讀等進行 CRC 校驗) 防止平衡器響應無意間發出或錯誤的命令。可編程伏-miaoqianweiquebaozaipinghengshidedianliujianceguzhangbuhuidaozhidianliushikongqingkuang。zhujiedianchideguoyaheqianyajianzhayijifuduanguoyajiancekefangzhizaipinghengshituranfashengdedianchixianshuguzhangerdaozhisunhuaidianlu。

這些特性使 LTC3300 能neng在zai串chuan連lian連lian接jie的de電dian池chi係xi統tong中zhong提ti供gong高gao性xing能neng和he可ke靠kao的de有you源yuan平ping衡heng。隨sui著zhe這zhe類lei係xi統tong中zhong的de電dian池chi老lao化hua或huo需xu要yao更geng換huan，日ri益yi重zhong要yao的de是shi補bu償chang所suo產chan生sheng的de電dian池chi容rong量liang失shi配pei
，以yi防fang止zhi進jin一yi步bu影ying響xiang運yun行xing時shi間jian、充電時間或電池組的壽命。LTC3300 專門用來應對這種挑戰
，能使設計師實現全新的安全性和充電效率。

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