1.前言

電池平衡在電動(dòng)汽車 (EV) 的電池管理系統(tǒng)中很重要，因?yàn)樗兄谘娱L(zhǎng)車輛行駛里程并確保 EV 電池的安全運(yùn)行。還需要電池平衡以糾正電池本身的不平衡。所有電池，包括電動(dòng)汽車中的電池，都會(huì)因制造過程中的不匹配或操作條件的不匹配而隨著時(shí)間的推移而出現(xiàn)不平衡，從而導(dǎo)致電池之間的老化不均。

電池只能在其最弱的電池完全放電后才能充電，即使其他電池可能還有足夠的電量。通過最大化電池組的容量并確保其所有能量可用，平衡電池從而延長(zhǎng)電池壽命，在 EV 電池的情況下，這延長(zhǎng)了行駛里程。除了最大限度地提高電池容量外，電池平衡還通過防止電池過充電和過放電來確保電池的安全運(yùn)行，這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致電池加速退化并產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)操作場(chǎng)景。

2.電池平衡的工作原理

有兩種常見的電池平衡方法：主動(dòng)電池平衡和被動(dòng)電池平衡。主動(dòng)電池平衡重新分配來自電池的電荷，使用 DC/DC 轉(zhuǎn)換器為容量較低的電池提供更高的容量。如今，電池制造和分類已得到顯著改進(jìn)，可在電池組內(nèi)提供極低失配的電池。因此，可以避免在使用大電池平衡電流的操作開始時(shí)平衡電池中的大失配。使用較小的平衡電流進(jìn)行頻繁的電池平衡可以管理運(yùn)行期間逐漸形成的任何不匹配。

被動(dòng)平衡從容量更大的電池中去除電荷，通常是通過散熱，直到所有電池具有相同的電荷量。被動(dòng)平衡和主動(dòng)平衡之間的主要區(qū)別在于，被動(dòng)平衡不會(huì)分配能量，而是耗散能量，直到所有具有較高初始電荷的電池最終與具有最低電荷的電池相匹配。鑒于其簡(jiǎn)單性和較低的成本，被動(dòng)平衡是一種更流行的方法。

電池容量通常用充電狀態(tài)表示，以解釋電池相對(duì)于其容量的充電水平。圖 1 說明了電池平衡類型的差異。

圖 1： 各種平衡模式下的電池充電狀態(tài)

3.電動(dòng)汽車電池中的被動(dòng)電池平衡

被動(dòng)平衡通過接通與電池并聯(lián)的電阻器并將能量耗散到該電阻器中來去除過度充電的電池中的電荷。這種能量耗散會(huì)導(dǎo)致電池以及用于耗散的開關(guān)和電阻器產(chǎn)生熱量。保持鋰電池溫度盡可能接近室溫至關(guān)重要。否則可能會(huì)導(dǎo)致熱失控，當(dāng)內(nèi)部熱量產(chǎn)生的速度超過熱量可以釋放的速度時(shí)。

由于結(jié)構(gòu)變化和電極表面膜的形成，鋰電池在升高的溫度下以更快的速度降解。此外，過多的熱量積聚可能會(huì)損壞電池平衡開關(guān)和電阻器。典型的 EV 具有大量電池以及電池平衡開關(guān)和電阻器，這些開關(guān)和電阻通常緊密靠近，這使得在被動(dòng)平衡期間管理電池及其電池管理系統(tǒng)中的熱耗散是必要的。

4.使用 TI 電池監(jiān)視器和平衡器提高 EV 電池安全性

TI 的 BQ79616-Q1 通過使用器件內(nèi)部的開關(guān)來執(zhí)行無源電池平衡。由于這些開關(guān)，在電池平衡期間 BQ79616-Q1 內(nèi)部存在熱耗散。熱點(diǎn)位于設(shè)備上的印刷電路板 (PCB) 和平衡電阻器上。BQ79616-Q1 提供兩種熱管理功能，以避免管芯過熱并監(jiān)控 PCB 溫度。

一個(gè)熱管理功能監(jiān)控芯片溫度，另一個(gè)監(jiān)控?zé)崦綦娮铚囟取］^高的芯片溫度會(huì)觸發(fā)微控制器 (MCU) 的故障，從而暫停電池平衡以允許集成電路 (IC) 溫度下降。一旦 IC 溫度下降且故障清除，MCU 可以命令 BQ79616-Q1 恢復(fù)電池平衡。

通過熱敏電阻監(jiān)控，如果溫度超過暫停閾值，BQ79616-Q1 會(huì)自動(dòng)暫停平衡。當(dāng)溫度低于恢復(fù)閾值時(shí)，平衡會(huì)自動(dòng)恢復(fù)。在這種情況下，BQ79616-Q1 會(huì)暫停并恢復(fù)電池平衡，而無需 MCU 的任何干預(yù)。圖 2 顯示了設(shè)備和熱敏電阻的溫度監(jiān)控。

圖 2：PCB 上的 BQ79616-Q1 溫度監(jiān)控位置

單元平衡暫停狀態(tài)還會(huì)凍結(jié)所有平衡計(jì)時(shí)器和設(shè)置，一旦設(shè)備退出暫停狀態(tài)，它們就會(huì)恢復(fù)。為了管理由外部平衡電阻引起的熱量增加，如果連接到通用輸入/輸出的任何有源熱敏電阻檢測(cè)到高于設(shè)置的過熱電池平衡閾值的溫度，BQ79616-Q1 可以暫停所有通道上的電池平衡。一旦觸發(fā)過溫電池平衡檢測(cè)，一旦所有有源熱敏電阻檢測(cè)到低于既定恢復(fù)閾值的溫度，所有啟用通道上的平衡將恢復(fù)。

自主電池平衡有助于最大限度地延長(zhǎng)電池壽命，這是 EV 電池的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。BQ79616-Q1 為 MCU 添加了增強(qiáng)型 IC 熱管理和故障指示，以成本優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)快速、安全的電池平衡，從而延長(zhǎng)充電器之間的電池運(yùn)行時(shí)間并延長(zhǎng) EV 電池的運(yùn)行壽命。