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功率电感:如何设计电池管理系统(下)

2015/8/6 8:57:51

  单电池电压和大限度延长电池寿命

  单电池通过串联或并联方式形成电池组。并联会增加电池组的电流,串联会增加总电压。

  单电池的性能遵循下面的分布:当时间等于零时,电池组中单电池的充电和放电速度相同。由于每个单电池都是交替进行充放电,所以每个单电池的充电和放电速度存在差异,这会导致在电池组上的扩散性分布。

  确定电池组是否已充电的简单方法是,按照设定电压水平监视每个单电池的电压。个达到该电压限值的单电池电压会使电池组充电限值脱扣。电池组包含弱于平均值的单电池会导致弱单电池首先达到限值,从而阻碍其余单电池充满电。

  如前所述,充电方案不能使电池组每次充电的ON时间达到大化。充电方案会因为需要更多充电和放电循环而缩短电池组的寿命。较弱的单电池放电速度较快。这种情况也会出现在放电周期。较弱的单电池会首先达到过放电门限值关断,使得其余单电池仍有剩余电荷。

  图 SEQ Figure * ARABIC 3:此图显示了不同类型的单电池平衡:

  (a)使用旁路单电池平衡FET来减慢单电池在充电周期的充电速度

  (b)在放电周期内使用主动平衡从强单电池“偷取”电荷并将该电荷给予弱单电池

  改善电池组每次充电的ON时间有两种方法。种方法是在充电周期内减慢对弱单电池的充电速度。具体做法是将一个旁路FET与单电池上的电流限制电阻器相连接,参见图3(a)。这会从具有高电流的单电池分流电流,使得该单电池充电速度下降,相对地提高其他单电池的充电速度。终目的是使电池组的蓄电量达到大化。这是通过使所有单电池同时达到满充门限值来实现的。

  采用电荷移动方案可使电池组在放电周期实现平衡,具体做法是通过电感耦合或电容性储存从强的电池取得能量,并将储存的电能注入弱的单电池。这会减慢弱单电池达到放电门限值的速度。该过程称为主动平衡,参见图3(b)。温度监测,现在的电池可输出大电流并保持恒定电压。这会导致失控(runaway)情况的出现,引起电池着火。用于制造电池的化学物质是高度不稳定的。用某些东西刺穿电池会使电池着火。温度测量不只出于安全考虑,还可用于确定温度是否适合电池充电或放电。温度传感器负责监测能量储存系统(ESS)应用中的每个单电池,或者更小、更便携的应用中的一组单电池的温度。通常使用由内部ADC电压基准供电的热敏电阻来监测每个电路的温度。内部电压基准用于降低温度读数相对环境温度变化的不准确性。

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