鋰電池均衡處理技術(shù)解決SOC和C/E失配問(wèn)題

為了給設(shè)備提供足夠的電壓，鋰電池包通常由多個(gè)電池串聯(lián)而成，但是如果電池之間的容量失配便會(huì)影響整個(gè)電池包的容量。為此，我們需要對(duì)失配的電池進(jìn)行均衡。本文討論了電池均衡的概念和一些注意事項(xiàng)。

鋰電池包通常由一個(gè)或幾個(gè)電池組并聯(lián)，每個(gè)電池組由3到4個(gè)電池串聯(lián)構(gòu)成。這種組合方式能同時(shí)滿(mǎn)足筆記本電腦、醫(yī)療設(shè)備、測(cè)試儀器及工業(yè)應(yīng)用所需的電壓和功率要求。然而，這種應(yīng)用普遍的配置通常并不能發(fā)揮其最大功效，因?yàn)槿绻硞€(gè)串聯(lián)電池的容量與其它電池不匹配將會(huì)降低整個(gè)電池包的容量。

電池容量的不匹配包括充電狀態(tài)(SOC)失配和容量/能量(C/E)失配。在兩種情況下，電池包的總?cè)萘慷贾荒苓_(dá)到最弱電池的容量。在大多數(shù)情況下，引起電池失配的原因是工藝控制和檢測(cè)手段的不完善，而不是鋰離子本身的化學(xué)屬性變化。棱柱形鋰電池(LiIon prismatic cell)在生產(chǎn)時(shí)需要更強(qiáng)的機(jī)械壓力，電池之間更容易產(chǎn)生差異。此外，鋰離子聚合物電池也會(huì)因?yàn)椴捎眯碌墓に嚩霈F(xiàn)電池之間的差異。

采用電池均衡處理技術(shù)可解決SOC和C/E失配問(wèn)題，從而改進(jìn)串聯(lián)鋰電池包的性能。通過(guò)在初始調(diào)節(jié)過(guò)程中對(duì)電池進(jìn)行均衡處理可以矯正電池失配問(wèn)題，此后只需在充電過(guò)程中進(jìn)行均衡即可，而C/E失配則必須在充、放電過(guò)程都進(jìn)行均衡。盡管對(duì)于某個(gè)電池廠商而言其產(chǎn)品缺陷率可能很低，但為了避免出現(xiàn)電池使用壽命過(guò)短的問(wèn)題，我們?nèi)匀挥斜匾峁┻M(jìn)一步的質(zhì)量保證。

電池均衡的定義

工作電壓為6V 或以上的便攜式設(shè)備采用串聯(lián)電池包供電，這種情況下電池包的總電壓為各串聯(lián)電池電壓之和。便攜式電腦的電池包通常由三、四個(gè)電池串聯(lián)而成，標(biāo)稱(chēng)電壓為 10.8V或14.4V。在大多數(shù)此類(lèi)應(yīng)用中，單個(gè)串聯(lián)電池包無(wú)法提供設(shè)備所需能量。目前最大的電池(如18650)可提供2,000mAh(毫安 ·小時(shí))能量，而電腦需要50-60Whr(5,000-6,000mAh)的能量，因此必須給串聯(lián)的每個(gè)電池并聯(lián)三個(gè)電池。

電池均衡是指對(duì)串聯(lián)電池包中不同的電池(或電池組)采用差分電流。串聯(lián)電池包中每個(gè)電池的電流通常是一樣的，因此必須給電池包增加額外的元件和電路來(lái)實(shí)現(xiàn)電池均衡。只有當(dāng)電池包中的電池是串聯(lián)的，同時(shí)串聯(lián)電池等于或大于三級(jí)時(shí)才會(huì)考慮電池均衡問(wèn)題。當(dāng)電池包中所有電池都滿(mǎn)足下面兩個(gè)條件時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了電池均衡：

1. 如果所有電池的容量相同，那么當(dāng)它們的相對(duì)充電狀態(tài)一樣時(shí)便實(shí)現(xiàn)了電池均衡。SOC通常以當(dāng)前容量與額定容量的百分比來(lái)表示，因此，開(kāi)路電壓(OCV)可作為SOC的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。如果一個(gè)不均衡電池包中的所有電池可以通過(guò)差分充電達(dá)到滿(mǎn)容量(均衡點(diǎn))，它們便可以進(jìn)行正常的充放電而無(wú)需任何額外的調(diào)整，通常這種調(diào)整是一次性的。用戶(hù)在使用新電池時(shí)，通常需要求對(duì)電池進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間充電，這個(gè)過(guò)程實(shí)際上包括一次完整的放-充電。該過(guò)程使負(fù)載最小化，并使電池充電時(shí)間最長(zhǎng)，降低對(duì)電池均衡電路的要求。

2. 如果電池的容量不同，當(dāng)SOC相同時(shí)也認(rèn)為它們是均衡的。但SOC只是一個(gè)相對(duì)值，每個(gè)電池容量的絕對(duì)值是不同的。為了使容量不同的電池的SOC相同，每次對(duì)串聯(lián)電池進(jìn)行充放電時(shí)都必須使用差分電流。正常充放電的時(shí)間比初次充放電更短，并需要更大的電流。

當(dāng)電池包中的電池不均衡時(shí)，它的可用容量將減少，串聯(lián)電池包中容量最低的電池將決定電池包的總?cè)萘?。在不均衡電池包中，一個(gè)或幾個(gè)電池會(huì)在其它電池尚需充電時(shí)便已達(dá)到最大容量。而在放電時(shí)，未完全充電的電池又會(huì)比其它電池先放完電，使電池包因電壓不足而提前停止供電。

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