分享几种锂电池均衡电路的工作原理
来源：宝鄂实业
2019-04-06 16:46
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新能源的发展，电动汽车发展，都会用到能量密度比更高的锂电池，而锂电池串联使用过程中，为了保证电池电压的一致性，必然会用到电压均衡电路。在这几年的工作过程中，用到过几种电池的均衡电路，在这里就跟大家一起分享一下。随着锂电池用途的增加，多节串联大容量锂电池的保护，电池管理及均衡必将会得到发展，希望自己做过的一些小东西能对大家有所帮助。
最简单的均衡电路就是负载消耗型均衡，也就是在每节电池上并联一个电阻，串联一个开关做控制，当某节电池电压过高时，打开开关，充电电流通过电阻分流，这样电压高的电池充电电流小，电压低的电池充电电流大，通过这种方式来实现电池电压的均衡，但这种方式只能适用于小容量电池，对于大容量电池来说是不现实的。
下图为一负载消耗性均衡的示意图
第二种均衡方法我没有实验过，就是飞度电容法。简单的说就是每一节电池并联一个电容，通过开关这个电容既可以并联到本身这节电池上，也可以并联到相邻的电池。当某节电池电压过高，首先将电容与电池并联，电容电压与电池一致，然后将电容切换到相邻的电池，电容给电池放电。实现能量的转移。由于电容并不消耗能量，所以可以实现能量的无损转移。但这种方式太繁琐了，现在的动力电池动不动几十节串联，要是采用这种方式，那的需要多少开关来控制啊。
下图为飞度电容法工作原理图，只是画出了相邻两节电池的均衡原理图。
第一次做均衡，是做的一款动力电池组的充电，电池容量80ah的两组并联，要求均衡电流为10a,原来了解的一点均衡的原理根本不够用啊，这么大电流都相当于一个一个的小模块了，最后还真的是搞了n个小模块串联，每节电池并联一个小模块，如果单体电池电压低于设定值，启动相应的并联模块，对低电压电池启动充电，补充能量提升电压，实现均衡。
下图为当时采用的均衡电路的示意图，DC-DC输入母线既可以是电池电压，也可是是别的模块提供的直流输入。根据需要灵活配置。
主动均衡方法可以采用我前面提到的一个变压器多路输出的方法 如果你想利用下面的电路示意图，做一个多路输出的反激电源，利用各个模块的输出电压来对电池实现均衡，我估计你需要很深的功力才可以，因为交叉调整率估计就会搞死你。但是，利用这个电路，我们可以换一下思路，各路输出不需要稳压都可以，当然为了防止开路损坏输出电容，我们可以做一个简单的原边反馈。然后在每路输出到电池之间串联一个电子开关，由于这种均衡都是配合电池管理系统一起工作的，因此每路输出只要串联一个电子开关，由管理单元控制即可，哪路电压地我们就可以打开这个电子开关，有电源输出给该节电池充电，直到所有单体电池电压达到我们的期望值。
采用这种均衡方法，曾经做过1000AH，7串电池及300AH，80串电池的均衡，均衡完成后，所有单体电池电压可以达到5mV以内。
主动均衡也可以采用能量转移的方法，所谓能量转移，既可以是从整组电压取能量向低电压补充，也可以是从将电压过高的电池取能量向整组电压反馈。我在一款通讯电源电源系统中用过第二种方式实现过电池均衡。电路原理图如下：
忘了是参考的谁写的一篇论文做的，当时做的是16串锂电池的均衡，分成了两组，每组8只电池串联，这里只画了6只描述工作原理，如果电池B5电压过高，控制Q5以PWM模式工作，当Q5开通，电感L5储能，当Q5关闭，电感储存的能量就会通过D5给电池B1-B4充电，降低B5电池电压抬高其余电池电压，利用同样的原理可以分析其余电池组电压过高时候的工作过程。
在试验过程中，两组之间各自采用这种方式均衡，当两组之间出现偏差的时候，就可以采用双向DC-DC进行能量转换了，这样采用的模块数量较少，设计比较方面，我当时没有采用双向DC-DC，而是简单的采用的能量消耗性做两组之间电池的均衡。从最终的试验效果来看，电池均衡还是比较不错的。
示意图已经补充完了，这就是截止目前为止，我试验过的四种电池均衡的方式，均衡的电池从2AH到1000AH，串联的节数从7串到120串，个人感觉如下：
1、对于10AH以内的电池组，采用能量消耗型可能是比较好的选择，控制简单。
2、对于几十AH的电池组来说，采用一拖多的反激变压器，结合电池采样部分来做电池均衡应该是可行的。
3、对于上百AH的电池组来说，可能采用独立的充电模块会好一些，因为上百AH的电池，均衡电流都在10多A左右，如果串联节数再多一些，均衡功率都很大，引线到电池外，采用外部DC-DC或AC-DC均衡也许更安全。
目前的均衡都是以电池电压一致作为均衡的结束条件，但随着SOC计算越来越准确，容量一致的均衡应该是未来发展的趋势。
