在汽車和運(yùn)輸市場(chǎng)，大型電池組可提供高輸出功率，但不會(huì)像汽油動(dòng)力內(nèi)燃機(jī)那樣產(chǎn)生有害排放物(即一氧化碳和碳?xì)浠衔?。理想情況下，電池組中的每個(gè)電池對(duì)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)相同。但是，當(dāng)談到電池時(shí)，所有電池并不都是同等的。即使電池的化學(xué)成分、物理尺寸和形狀都相同，其總?cè)萘?、?nèi)阻、自放電速率等也可能不同。此外，其老化速率可能不同，這又會(huì)在電池壽命方程式中增加一個(gè)變量。

電池組的性能受電池組中容量最低的電池單元限制；一旦最弱的電池單元耗盡，整個(gè)電池組便完全耗盡。電池組中每個(gè)電池單元的健康狀況根據(jù)其充電狀態(tài)(SoC)測(cè)量結(jié)果(即測(cè)量剩余電量與電池容量的比率)來(lái)確定。SoC利用電池測(cè)量(如電壓、積分充電和放電電流、溫度等)來(lái)確定電池中剩余的電量。精密單芯片和多芯片電池管理系統(tǒng)(BMS)將電池監(jiān)控(包括SoC測(cè)量)與被動(dòng)或主動(dòng)電池均衡相結(jié)合，以提高電池組性能。這些測(cè)量產(chǎn)生如下結(jié)果：

與單電芯容量獨(dú)立的健康的電池電量狀態(tài)

電池單元間的充電狀態(tài)不匹配程度最小化

電池單元老化影響最小化(老化導(dǎo)致容量損失)

對(duì)電池組而言，被動(dòng)和主動(dòng)電芯均衡有不同的優(yōu)勢(shì)，ADI電池管理產(chǎn)品組合為這兩種方法均提供了解決方案。我們先來(lái)看看被動(dòng)均衡。

被動(dòng)均衡可讓所有電芯近乎具有相同容量

最初，電池組的電芯可能匹配得相當(dāng)好。但隨著時(shí)間推移，電芯匹配度會(huì)因充電/放電循環(huán)、高溫和一般老化而降低。弱電芯的充放電速度將快于強(qiáng)(或較高容量)電池單元，因此前者成為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的限制因素。被動(dòng)均衡會(huì)讓電池組每個(gè)電芯的容量看起來(lái)與最弱電芯相同。它在充電周期中使用相對(duì)較低的電流，從高SoC電池消耗少量能量，使得所有電池單元充電至其最大SoC。這是通過與每個(gè)電芯并聯(lián)的開關(guān)和泄放電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

圖1.帶泄放電阻的被動(dòng)電池均衡器

高SoC電池放電(功率消耗在電阻中)，因此充電可以繼續(xù)，直至所有電芯都充滿電。

被動(dòng)均衡使得所有電池具有相同的SoC，但它并未改善電池供電系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。它提供了一種成本相當(dāng)?shù)偷碾姵鼐夥椒?，但由于放電電阻的存在，該過程中會(huì)浪費(fèi)能量。被動(dòng)均衡還能校正不同電池單元間的自放電電流的長(zhǎng)期不匹配。

采用被動(dòng)均衡的多節(jié)電池監(jiān)控器

ADI推出了一系列含有被動(dòng)電池均衡能力的的多節(jié)電池監(jiān)控器。這些器件采用可堆疊架構(gòu)，可以監(jiān)控?cái)?shù)百個(gè)電芯。每個(gè)器件可測(cè)量多達(dá)12個(gè)串聯(lián)連接的電芯，總測(cè)量誤差小于1.2mV。每電池單元0V至5V的測(cè)量范圍使其適用于大部分電池化學(xué)成分。LTC6804如圖2所示。

圖2.采用外部被動(dòng)均衡的LTC6804應(yīng)用電路

LTC6804具有內(nèi)部被動(dòng)均衡功能(圖3)。如果需要，它還可以配置外部MOSFET(圖4)。它還具有可選的可編程被動(dòng)均衡放電計(jì)時(shí)器，可為用戶提供更多的系統(tǒng)配置靈活性。

圖3.帶內(nèi)部放電開關(guān)的被動(dòng)均衡

圖4.帶外部放電開關(guān)的被動(dòng)均衡

對(duì)于希望系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間最大化和充電效率更高的客戶，主動(dòng)均衡是最佳選擇。在充電和放電期間，主動(dòng)電池均衡不會(huì)浪費(fèi)能量，而是將能量重新分配給電池組中的其他電池單元。放電時(shí)，較強(qiáng)的電池單元會(huì)給較弱的電池單元補(bǔ)充能量，從而延長(zhǎng)電池單元達(dá)到其完全耗盡狀態(tài)的時(shí)間。

LTC6804-1

可測(cè)量多達(dá)12個(gè)串聯(lián)電池的電壓

可堆疊式架構(gòu)能支持幾百個(gè)電池

內(nèi)置isoSPI接口：

（1）1Mbps隔離式串行通信

（2）采用單根雙絞線，長(zhǎng)達(dá)100米

（3）低EMI敏感度和輻射

1.2mV最大總測(cè)量誤差

可在290s內(nèi)完成系統(tǒng)中所有電池的測(cè)量

同步的電壓和電流測(cè)量

具頻率可編程三階噪聲濾波器的16位增量累加(DeltaSigma)型ADC

針對(duì)ISO26262標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)

具可編程定時(shí)器的被動(dòng)電池電荷平衡

5個(gè)通用的數(shù)字I/O或模擬輸入：

（1）溫度或其他傳感器輸入

（2）可配置為一個(gè)I2C或SPI主控器

4A睡眠模式電源電流

48引腳SSOP封裝