实现锂离子电池的电池平衡

电池平衡大大降低了实现相同导出容量的电池体积。

锂电池最早出现于1991年，成为许多应用领域的首选技术，包括卫星、道路车辆和模型飞机，以及笔记本电脑和手机，这主要是由于锂电池显著的能量密度，即储存的能量和重量比。

电压降

锂电池设计用于提供约3.0～4.3V电压始终保持锂离子电池的电压在其设计边界内至关重要，否则电池将遭受不可修复的损坏。如果电池的电压降至3.0V以下，它将进入深放电状态，一旦进入这种状态，需要几个小时甚至几天才能恢复。

事实上，深放电可能会导致电池短路，而电池一旦短路就无法恢复。过充电可能会使电压高于4.3V，因为它会损坏电池，导致过热或其他灾难性后果。在简单使用一个锂电池时，电子控制电路必须保护电池。当电池电压低于3.2V时，负荷将被切断，充电时电压将低于4.2V。

锂电池构造

锂电池由两个或两个以上的电池组成。在这种结构中，电池电压等于单个电池电压之和。例如，96V电池是通过串联24个锂电池获得的。加载后，负载电流由串联的24个电池共同提供。如果电池充电，充电器需要向串联的电池组提供电流。在这两种情况下，所有电池的放电和电流都是一样的。

在整个生命周期中，电池可以充放电数百次甚至数千次。此时，每个电池的老化可能会有所不同。有些电池与其他电池不匹配（或更严重）。如果这种情况没有改善，一个或多个电池可能会欠充电或过充电，这两种现象都会导致电池故障。

平衡

改善这种情况的方法被称为平衡。平衡是一个强制所有电池都有相同电压的过程。这是通过平衡电路实现的。

Aeroflex平衡电路采用共享总线，等于所有电池的平均电压。平衡电路由超过共享总线电压的电池充电，并将电能注入低电压电池。这项工作是通过高效的双边DC/AC转换器实现的。

平衡电流的大小与电压差成正比。换句话说，随着电池越来越接近理想的平衡状态，平衡电流将接近0。图1显示了5个电池平衡电路中的1个Ω电阻确定了传输比，即不平衡电压与平衡电流之比。

对于容量大（一般20小时或更高）的电池，为了将平衡时间降到最短，需要高达IA平衡电流。对于这些应用程序，双面DC/AC转换器电路通过平面变压器在100kHz的频率周围工作。

电池电子模块

每个电路都是一个带有共振复位信号的前转换器，开关频率由销环控制，以提供准确的低损耗开关和高效率。图2显示了24cell锂电池卫星应用的电池电子模块(BEU)。BEU还提供了单个电池的电压监测功能。单个电池的电压精度为10mV，由12位A/D和串行数据遥测技术测量。

对于较小的电池，平衡电流较小但传输率较高的电路更合适。图3显示了一个8645-13模块的小电流电池平衡器，Aeroflex。这是一个6英尺x2.3英寸的电路卡，用于平衡13个电池。该电池平衡器嵌入到电池包装中，不提供监控功能。

均衡的优势

通过使用电池平衡，系统工程师可以根据应用程序选择更多的电池，因为平衡可以使电池达到更高的电荷状态(SOC)。如果不使用电池平衡功能，保守的设计不能使SOC接近100％。

这些电池串联在一起，所有电池电流相同，充电器监控总电池电压并继续充电，直到达到预设电压，一般为每个电池4.2V。

例如，10cell电池可能需要充电到42V才能实现100％SOC。如果电池之间没有平衡，很难保证每个电池的电压准确等于4.2V。例如，其中一个电池可能被充电到4.4V，它可能会变成过充或损坏。因此，没有平衡措施的电池SOC必须远低于100％，以确保不会有一个或多个电池过充电。

另一方面，在采取正确平衡措施的电池中，所有电池的电压都非常接近电池的平均电压，因此有可能通过测量电池总电压的充电电路将电池SOC充电到接近100％。

因此，在没有电池平衡的情况下，电池SOC通常在20岁％～80％在利用率仅为60的范畴中，利用率只有60％。如果平衡措施得到加强，SOC的范围可能是5％～95％，利用率提高到90％。因此，电池平衡系统大大降低了相同导出容量的电池体积，可以大大降低整体重量，即使包括平衡器的重量。