引言

近年來,，越來越多的產(chǎn)品采用鋰離子電池" title="鋰離子電池">鋰離子電池做為主要電源,，主要是由于鋰離子電池具有體積小，能量密度高,，無記憶效應(yīng),，循環(huán)壽命高,，自放電率低等優(yōu)點(diǎn)；但同時鋰離子電池對充放電" title="充放電">充放電要求很高,，當(dāng)過充,、過放、過電流及短路等情況發(fā)生時,，鋰離子電池壓力與熱量大量增加,，容易產(chǎn)生火花、燃燒甚至爆炸,，因此,，鋰離子電池?zé)o一例外地都加有過充放電保護(hù)電路。另外,，當(dāng)對一組鋰離子電池充放電時,，考慮到各個單體電池的不一致性，可采取均衡措施來確保安全性和穩(wěn)定性,。本文主要分析了均衡處理的重要性,，實(shí)現(xiàn)方法，及與保護(hù)處理的關(guān)系,。

均衡電路" title="均衡電路">均衡電路

均衡的意義就是利用電子技術(shù),，使鋰離子電池單體電壓偏差保持在預(yù)期的范圍內(nèi)，從而保證每個單體電池在正常的使用時不發(fā)生損壞,。若不進(jìn)行均衡控制,，隨著充放電循環(huán)的增加，各單體電池電壓" title="電池電壓">電池電壓逐漸分化,，使用壽命將大大縮減,。

一般情況下，充電時鋰離子電池單體電壓的偏差在50mV范圍是完全可以接受的,。造成單體電池電壓偏差的主要原因一方面是單體電池存在差異,，另一方面測量的電子電路消耗所造成的。

均衡的方法有很多種,，譬如開關(guān)電容均衡法,，降壓型變換器法，平均電壓均衡法,，在這里就不一一贅述,。本文采用的是平均電壓均衡法，原理框圖見圖1,，圖中只給出了一只單體電池的均衡電路,，其它各單體電池也配備相同的均衡電路，其中放大器由單體電池供電,。

這種均衡控制電路的思路是：單體電池電壓與平均單體電池電壓相比較,，控制功率開關(guān)將電池電壓高于平均電壓的單體電池分流,。因此，所有單體電池電壓在均衡電路的作用下趨向平均電池電壓,。

此電路初看起來是開環(huán)控制,，實(shí)際上由于電池內(nèi)阻的作用，均衡電路工作在具有負(fù)反饋特性的閉環(huán)狀態(tài),。為了防止均衡電路在電池組放電時工作,，可以在功率開關(guān)下端串聯(lián)穩(wěn)壓二極管，這樣在電池放電時,，電池電壓較低而失去分流回路,。

保護(hù)和均衡的關(guān)系

設(shè)每節(jié)電池的當(dāng)前電壓為Vbati(i=1-7)，最大電壓為Vmaxi(i=l-7),，最小電壓為Vmini(i=1-7),，總當(dāng)前電壓為Vall，總最大電壓為Vmax,，總最小電壓為Vmin,。則有：

總體電壓與變化最大的單體電壓密切相關(guān)。所以,，我們的重點(diǎn)就放在處理電壓變化率大的電池上,，選擇七節(jié)相對匹配度高的電池，使所有電池的變化趨于一致,，盡可能避免因?yàn)槟彻?jié)電池的電壓變化率太大造成的整體失調(diào)問題,。

均衡的作用是滿足(4)式，并且用它來控制分流,，以達(dá)到最終所有電池都充滿的這一理想狀態(tài)。保護(hù)的作用是滿足(2)(3)式,，對單節(jié)電池的最大電壓和最小電壓進(jìn)行控制,，以達(dá)到總體電池電壓的安全范圍。為了凸現(xiàn)保護(hù)和均衡各自的作用,，本文采用了獨(dú)立自由元分析法,。

僅有保護(hù)的情況

由于電池組內(nèi)單體電池間的差異，在串聯(lián)充放電時特性會有所不同,，所以需要保護(hù),。有了保護(hù)，使用的安全性才有保障,。

但同時引入了一個新問題：總體電壓不能反映單節(jié)電池的電壓,。假設(shè)總體電壓Vall為28.0V，過充電保護(hù)" title="充電保護(hù)">充電保護(hù)檢測電壓Vmaxi(i=1-7為4.2V,，并且有3節(jié)已經(jīng)處于充電保護(hù)狀態(tài),；這時由(1)式,，可以很容易計算出剩下的4節(jié)電池平均電壓為3.85V，還可以繼續(xù)充電,，所以就不能以28.0V作為標(biāo)志來從總體上終止充電,。進(jìn)一步分析，29.4V也不能作為標(biāo)準(zhǔn),。因?yàn)橐?9.4V作為標(biāo)準(zhǔn)意味著7節(jié)電池都處于充電保護(hù)狀態(tài),，一旦某一節(jié)到不了4.2V，就會形成死循環(huán),。綜上可知,，充電的終止標(biāo)志無法明確給出，應(yīng)該比29.4V小,，下限由正常工作的電壓決定,。

在本文里，采用了MM1414的方法[1],，對七節(jié)電池進(jìn)行了保護(hù)(見圖2),。

采用圖2的保護(hù)電路，得到的測試結(jié)果示于表1,。

僅有均衡的情況

均衡的作用是使各單體電池的當(dāng)前電壓趨干一致[2],。實(shí)現(xiàn)了均衡，總體電壓就可以作為一個終止充電的標(biāo)志,。均衡在這里是電壓均衡,，其實(shí)電壓并不能線性反映電池容量的變化，所以這樣的均衡最終只是實(shí)現(xiàn)了所有電池電壓的接近一致性,，而不是電池容量的一致性,。另一方面，即使容量相同,，其充放電特性也不會完全一致,，這也會造成均衡的不協(xié)調(diào)性。

在本文里,，采用平均電壓均衡法,，對七節(jié)電池進(jìn)行處理，如圖3,。

采用圖3的電路,，得到的測試結(jié)果見表2。

既有保護(hù)又有均衡的分析

經(jīng)過上面的分析,，對于鋰離子電池組,，均衡和保護(hù)都是必要的。所以，在本文里最后把保護(hù)和均衡同時做到一個電路里,，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,，是比較理想的。

一方面,，均衡基本上可以使個單體電池的電壓趨于一致,，不存在某一單體電壓太高或太低的情況；另一方面,，保護(hù)使得電池組整體系統(tǒng)更可靠,，更安全。

結(jié)語

本文著重分析了鋰離子電池組的均衡和保護(hù)的關(guān)系,，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,，均衡和保護(hù)都有其相應(yīng)的作用，只有加以合理的應(yīng)用,，才可能在總體上達(dá)到一個比較好的效果,。