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鋰離子電池的鋰離子電池平衡至少解析

鉅大LARGE  |  點擊量:1045次  |  2021年06月07日  

人類社會的進步離不開社會上各行各業的努力,各種各樣的電子產品的更新換代離不開我們的設計者的努力,其實很多人并不會去了解電子產品的組成,比如鋰離子電池。鋰離子電池于1991年首次出現,并已成為許多應用的首選技術,包括衛星,地面車輛和飛機模型,以及筆記本電腦和移動電話。這重要歸因于鋰離子電池出色的能量密度,這是存儲能量與重量的比率。電壓降鋰離子電池可供應約3.0至+4.3V的電壓。始終將鋰離子電池的電壓保持在其設計極限內非常重要,否則電池將遭受無法彌補的損壞。實際上,深度放電可能會導致電池短路,一旦電池短路,便無法恢復。對高于4.3V的電壓進行過度充電可能會更糟,因為這樣做會損壞電池,從而導致過熱或其他災難性后果。在僅使用鋰離子電池的簡單應用中,電子控制電路必須保護電池。當電池電壓降至3.2V以下時,它將斷開負載,并確保在充電過程中電壓低于4.2V。


鋰離子電池結構鋰離子電池由兩個或多個串聯的電池組成。在這種結構中,電池電壓等于各個電池電壓的總和。例如,可以通過串聯連接24個鋰離子電池來獲得96V電池。添加負載后,負載的電流由24個串聯的電池供電。假如要給電池充電,充電器必須為串聯連接的電池組供應充電電流。在這兩種情況下,所有電池的放電和充電電流都相同。在整個生命周期中,電池可能會充放電數百次甚至數千次。此時,每個電池的老化時間可能會有所不同。有些電池與其他電池不匹配(或更糟)。假如這種現象沒有得到改善,則一個或多個電池可能充電不足或過度充電,這兩種情況都可能導致電池故障。平衡改善這種情況的方法稱為平衡。平衡是強制所有電池具有相同電壓的過程。這是通過平衡電路實現的。Aeroflex平衡電路使用共享總線,該總線的電壓等于所有電池的平均電壓。平衡電路為那些超過共享總線電壓的電池充電,并將電能注入低壓電池。這項工作由高效的雙面DC/AC轉換器完成。平衡電流的大小與電壓差成正比,也就是說,隨著電池接近理想的平衡狀態,平衡電流將接近零。電池電子單元每個電路都是帶有諧振復位信號的正激轉換器,并且開關頻率由鎖相環控制,以供應準確的低損耗開關和高效率。BEU還供應單個電池電壓監視功能。單個電池的電壓精度為10mV。使用12位A/D和串行數據遙測技術測量數據。關于較小的電池,更適合使用平衡電流較小但傳輸速率較高的電路。均衡優勢通過使用電池平衡,系統工程師可以根據應用選擇容量更大的電池,因為平衡可以使電池達到更高的充電狀態(SOC)。假如不使用電池平衡功能,則保守的設計無法使SOC接近100%。這些電池串聯連接,所有電池的充電電流相等。充電器監視電池的總電壓,并繼續充電直至達到預設電壓,該電壓通常為每個電池4.2V。另一方面,在采用正確平衡措施的電池中,所有電池的電壓都非常接近平均電池電壓,并且可以通過測量總電池電壓的充電電路將電池的SOC充電至接近100%。因此,在沒有電池平衡的應用中,電池的SOC通常在20%至80%的范圍內,利用率僅為60%。假如新增新的平衡措施,SOC范圍可能在5%到95%之間,利用率將提高到90%。因此,電池平衡系統減小了實現相同輸出容量的電池的尺寸。即使包括平衡器的重量,這也可以大大減輕整體重量,并且也非常具有成本效益。

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