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来源:网络 作者:昂佳科技 点击:次 2022-09-28 13:48:06
节能环保一直是人们热议话题,电动和混合动力小车则提供了一种节省能源和减少二氧化碳排放的极好形式。然而,电动和混合动力小车重要弱点就在于其电池容量,以及由此带来的行驶距离的限制。由于能够安装进小车的最大电池尺寸常常受到体积和重量限制,因而优化利用现有电池容量变得越来越重要。
要提供用于电动小车的如今性能高电池所需的几百伏电压,通常需要将几个单独的电池单元以串联形式相连接。电池组中的每个电池单元,电池单元容量、自放电率、温度特性和电池阻抗等都各有分别,而且差异会随着电池的老化而增大。当电池单元正在充电时,这种差异便会致使一种情形,即某些电池单元还没有充满足够的电能,但另一些电池单元早已充满电荷了。除非采取额外措施,否则充电流程必须终止,因为如果某个电池单元过分充电,就会发生损坏、甚至有可能完全损坏。
类似的情形也会在放电时发生。与前相反,情况是某个电池单元早已完全放电,而其它的电池单元仍然具有足够的能量可继续为小车提供动力(理论上的)。然而,这时小车不可能继续行走,因为这会使较弱的电池单元过度放电,结果会致使电池单元的损毁。为了避免上述两类这些情况的发生,单个电池单元之间的主动平衡是必须的。
被动平衡技巧将可用能量转化为热损耗
目前广泛使用的技巧是被动平衡技术,就是使用电阻将早已充满电的电池单元再次放电,以便其它电池单元能够继续充电。这个技巧的缺点是显而易见的:
* 出于平衡的目的,电池只能被放电
* 旁路电阻的放电电流引起功率损耗
* 宝贵的能量转化为热量,不能为小车提供动力
* 减少小车的行驶距离
被动平衡技巧仅能将储存在电池单元中的能量转化为热损耗,而主动平衡则能够将一个电池单元中的电荷传送至另一电池单元。达成电荷传送有几种技巧,如使用开关电容或电感。当使用电容式技巧时,电容会与有较高电压的电池单元并联。一旦此电池单元完成充电,它即与有较低电压的电池单元并联,能够继续为其充电。此流程会不断重复,直至所有电池单元都达到相同的电压为止。
使用电容器的技巧具有很高的成本效益,但有个缺点就是平均的平衡电流被限制在50mA以下。使用电感技巧则不存在此限制,并且在此情况下,很容易便达到1A或以上的平衡电流。
用主动平衡法达成快速和几乎无损耗的电荷传送
主动平衡是通过并联电感和需获取电荷的电池来达成的。此结果致使线圈中的电流连续增加。
一旦线圈已经从通过晶体管放电的电池单元中去耦,电感中储存的能量可通过一个二极管对邻近电池充电。因而电荷可以在两个单独的电池单元之间来回地移动,达成极高效率并且几乎无损耗。此技巧具有某些决定性的优势:
* 平衡电流可能达到1A或以上
* 平衡在本质上是无损耗的
* 平衡极其快速
* 增加了效率和电池容量
* 增加了小车的行驶距离
对比所提到的其它技巧,使用电感实施主动平衡并不算是低成本的技巧,因为当中使用了成本相对较高的电感元件。然而,这并不完全是个问题。如今性能高电池目前的成本接近10,000美元。而使用电感平衡技巧,即使只获得了额外的10百分比容量,也代表了1,000美元的价值--此金额可以用于购买大数量的电感器件。
锂离子电池基于安全的原因,必须监控单个电池单元,因为过载会发生燃烧,在极端情况下甚至会发生爆裂。与过压、欠压和温度监控一样,精确的充电条件测定等附加功能也是需要的。在半导体市场上已提供能达成所有这些功能与分别的平衡技巧的元件。使用优秀的主动电池单元平衡解决方案(如爱特梅尔 ATA6870电池管理电路)每一个电池单元都有单独的电子监控,以便提供如充电状态测定、主动/被动平衡或过压、欠压和温度监控等功能
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