鋰電池保護(hù)板均衡原理：

　　鋰電池保護(hù)板均衡原理常用的均衡充電技術(shù)包括恒定分流電阻均衡充電、通斷分流電阻均衡充電、平均電池電壓均衡充電、開(kāi)關(guān)電容均衡充電、降壓型變換器均衡充電、電感均衡充電等。成組的鋰電池串聯(lián)充電時(shí)，應(yīng)保證每節(jié)電池均衡充電，否則使用過(guò)程中會(huì)影響整組電池的性能和壽命。而現(xiàn)有的單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片均不含均衡充電控制功能，多節(jié)鋰電池保護(hù)芯片均衡充電控制功能需要外接CPU;通過(guò)和保護(hù)芯片的串行通訊（如I2C總線）來(lái)實(shí)現(xiàn)，加大了保護(hù)電路的復(fù)雜程度和設(shè)計(jì)難度、降低了系統(tǒng)的效率和可靠性、增加了功耗。

　　鋰電池保護(hù)板均衡原理根據(jù)應(yīng)用的需要，在改變保護(hù)芯片型號(hào)和串聯(lián)數(shù)，電路中開(kāi)關(guān)器件和能耗元件的功率等級(jí)之后，可對(duì)任意結(jié)構(gòu)和電壓等級(jí)的動(dòng)力鋰電池組實(shí)現(xiàn)保護(hù)和均充。

　　鋰電池作為一種電儲(chǔ)量比較大的電池，應(yīng)用于各種機(jī)房、通信基站、數(shù)據(jù)中心等領(lǐng)域上。鋰電池保護(hù)板有保護(hù)電池，避免電池過(guò)充的功能。

　　鋰電池保護(hù)板被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡：

　　電池本身還有可用容量，卻因?yàn)殡姵刂g不均衡以及為保護(hù)電池設(shè)置的安全電壓的限制導(dǎo)致電池系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)發(fā)揮應(yīng)有的性能。另外，電池在車上的使用壽命比車輛本身的壽命短，即使車輛還沒(méi)有到達(dá)報(bào)廢年限，卻要為滿足動(dòng)力性能而更換電池。但是，更換電池的成本又相當(dāng)高，因此這在很大程度上制約了電動(dòng)汽車的發(fā)展。

　　造成電池不均衡最主要的原因是溫度。一般情況下，鋰離子電池的使用環(huán)境溫度高于其最佳溫度10℃時(shí)，鋰離子電池的壽命會(huì)降低一半。由于車載電池系統(tǒng)的串聯(lián)數(shù)量非常多，一般在88～100串聯(lián)之間、其容量一般在20～60?kWh，每串電池裝載的位置不同而會(huì)產(chǎn)生溫度差。即使在同一個(gè)電池箱內(nèi)，也會(huì)因?yàn)槲恢煤碗姵厥軣岵煌霈F(xiàn)溫度差，而這個(gè)溫度差會(huì)對(duì)電池壽命產(chǎn)生重大負(fù)面影響，使電池出現(xiàn)不均衡，使得續(xù)航里程下降、循環(huán)壽命縮短。正是由于這些問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)電池系統(tǒng)的容量無(wú)法完全使用，造成電池系統(tǒng)損失，而減緩這樣的系統(tǒng)損失也就會(huì)大大延長(zhǎng)電池系統(tǒng)的使用壽命。

　　圖1 電池系統(tǒng)損失與均衡效果

　　如圖1所示，電池系統(tǒng)初期容量是100%，在使用的過(guò)程中電池會(huì)因?yàn)楦鞣N原因（主要是溫度）逐漸衰減，這是鋰電池的特性。這部分的衰減無(wú)法通過(guò)均衡挽回。而造成系統(tǒng)容量下降的最主要的原因是電池容量不均衡導(dǎo)致的系統(tǒng)損失。系統(tǒng)損失并不是所有電池容量減少，而是指電池系統(tǒng)因?yàn)椴痪庠斐捎腥萘恳矡o(wú)法使用。

　　一般情況下，電池容量下降至70%～80%的時(shí)候會(huì)更換電池以保持續(xù)航里程，電池容量保持在70%以上的時(shí)間越長(zhǎng)，電動(dòng)汽車的成本也就越低。在沒(méi)有均衡和一般的被動(dòng)均衡技術(shù)下，電池系統(tǒng)的容量不到3年（每天一次滿充滿放）就會(huì)下降至70%以下。做得較好的被動(dòng)均衡可以將電池容量勉強(qiáng)維持在70%。與此形成鮮明對(duì)比的是，做得較好的主動(dòng)均衡可以將系統(tǒng)損失降到最低度。這樣的主動(dòng)均衡可以有效地降低因容量不均衡導(dǎo)致的系統(tǒng)損失，進(jìn)而延長(zhǎng)電池系統(tǒng)的使用壽命，延緩電池系統(tǒng)的更換時(shí)期，同時(shí)增加續(xù)航里程。被動(dòng)均衡與主動(dòng)均衡

　　在電池系統(tǒng)中擔(dān)任重要角色的鋰電池保護(hù)板作為延長(zhǎng)電池壽命的有效手段，逐漸得到大家的重視，其中，起到關(guān)鍵作用的鋰電池保護(hù)板均衡系統(tǒng)也引起了廣泛關(guān)注。目前市場(chǎng)上均衡多串聯(lián)的電池系統(tǒng)有傳統(tǒng)的被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡兩種方式。

　　1.被動(dòng)均衡

　　被動(dòng)均衡一般通過(guò)電阻放電的方式，對(duì)電壓較高的電池進(jìn)行放電，以熱量形式釋放電量，為其他電池爭(zhēng)取更多充電時(shí)間。這樣整個(gè)系統(tǒng)的電量受制于容量最少的電池。充電過(guò)程中，鋰電池一般有一個(gè)充電上限保護(hù)電壓值，當(dāng)某一串電池達(dá)到此電壓值后，鋰電池保護(hù)板會(huì)切斷充電回路，停止充電。如果充電時(shí)的電壓超過(guò)這個(gè)數(shù)值，也就是俗稱的“過(guò)充”，鋰電池就有可能燃燒或者爆炸。因此，鋰電池保護(hù)板一般都具備過(guò)充保護(hù)功能，防止電池過(guò)充。

　　圖2 電池保護(hù)造成系統(tǒng)損失的原因

　　圖3 被動(dòng)均衡充電時(shí)工作原理

　　如圖2所示，充電過(guò)程中2號(hào)電池先被充電至保護(hù)電壓值，觸發(fā)鋰電池保護(hù)板的保護(hù)機(jī)制，停止電池系統(tǒng)的充電，這樣直接導(dǎo)致1號(hào)、3號(hào)電池?zé)o法充滿。整個(gè)系統(tǒng)的滿充電量受限于2號(hào)電池，這就是系統(tǒng)損失。為了增加電池系統(tǒng)的電量，鋰電池保護(hù)板會(huì)在充電時(shí)均衡電池。如圖3所示，均衡啟動(dòng)后，鋰電池保護(hù)板會(huì)對(duì)2號(hào)電池進(jìn)行放電，延遲其達(dá)到保護(hù)電壓值的時(shí)間，這樣1號(hào)、3號(hào)電池的充電時(shí)間也相應(yīng)延長(zhǎng)，進(jìn)而提升整個(gè)電池系統(tǒng)的電量。但是，2號(hào)電池放電電量100%被轉(zhuǎn)換成熱量釋放，造成了很大的浪費(fèi)（2號(hào)電池的散熱是系統(tǒng)的損失，也是電量的浪費(fèi)）。

　　圖4 被動(dòng)均衡放電時(shí)無(wú)法均衡

　　如圖4所示，除了過(guò)充對(duì)電池會(huì)有嚴(yán)重影響外，過(guò)放也會(huì)造成電池嚴(yán)重?fù)p壞。同樣，鋰電池保護(hù)板具備過(guò)放保護(hù)功能。放電時(shí)，2號(hào)電池的電壓到達(dá)放電保護(hù)值時(shí)，觸發(fā)鋰電池保護(hù)板的保護(hù)機(jī)制，停止系統(tǒng)放電，直接導(dǎo)致1號(hào)、3號(hào)電池的電池余量無(wú)法被完全使用，均衡啟動(dòng)后會(huì)改善系統(tǒng)過(guò)放。

　　被動(dòng)均衡的優(yōu)點(diǎn)是成本低和電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；而缺點(diǎn)為是以最低電池殘余量為基準(zhǔn)進(jìn)行均衡，無(wú)法增加殘量少的電池的容量，及均衡電量100％以熱量形式被浪費(fèi)。

　　2.主動(dòng)均衡

　　主動(dòng)均衡是以電量轉(zhuǎn)移的方式進(jìn)行均衡，效率高，損失小。不同廠家的方法不同，均衡電流也從1～10?A不等。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的很多主動(dòng)均衡技術(shù)不成熟，導(dǎo)致電池過(guò)放，加速電池衰減的情況時(shí)有發(fā)生。市場(chǎng)上的主動(dòng)均衡大多采用變壓原理，依托于芯片廠家昂貴的芯片。并且此方式除了均衡芯片外，還需要昂貴的變壓器等周邊零部件，體積較大，成本較高。

　　圖5 變壓方式主動(dòng)均衡原理

　　如圖5所示，每6串電池為一組，取6串電池的總電量轉(zhuǎn)移給容量小的電池。電感式主動(dòng)均衡以物理轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，集成了電源開(kāi)關(guān)和微型電感，采用雙向均衡方式，通過(guò)相近或相鄰電池間的電荷轉(zhuǎn)移均衡電池，并且不論電池處于放電、充電還是靜置狀態(tài)，都可以進(jìn)行均衡，均衡效率高達(dá)92%。

　　圖6 電感式主動(dòng)均衡充電時(shí)的工作原理

　　圖7 電感式主動(dòng)均衡放電時(shí)的工作原理

　　其放電和充電工作原理，如圖6及圖7所示，2號(hào)電池將電量轉(zhuǎn)移給1號(hào)、3號(hào)電池。高效的電荷轉(zhuǎn)移，使得充電時(shí)3個(gè)電池的電壓一直保持在均衡狀態(tài)下，這樣所有電池都能充滿。鋰電池保護(hù)板在放電時(shí)，也可均衡電池。1號(hào)、3號(hào)電池將電量轉(zhuǎn)移給2號(hào)電池，3個(gè)電池的電壓一直在均衡狀態(tài)下放電，這樣所有電池電量都能用完。