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电池平衡的工作原理

德州仪器 2021-03-01 09:34 次阅读

电池平衡功能对于电动汽车(EV)的电池管理系统非常重要,因为它可以增加车辆的行驶里程,并确保电动汽车的电池运行安全。另外,电池平衡功能还被用以修正电池自身存在的不平衡问题。由于制造过程或运行条件中存在不匹配问题,因此在使用一段时间后,所有电池(包括电动汽车中的电池)都会出现不平衡问题,进而导致各电池单元不同程度的老化。

即使其他电池单元仍有许多电量剩余,整个电池组也只能在其最弱的电池单元完全放电之后才能充电。因此,对各电池单元进行平衡可以更大限度地提高电池组的容量,并确保其中所有能量均可利用,从而提高电池寿命。将这种技术用于电动汽车电池,可以增加行驶里程。除了更大限度提高电池容量外,电池平衡功能还可防止电池单元过度充电和过度放电(二者都会导致电池加速衰减,并造成运行场景存在潜在危险),从而确保电池安全运行。

电池平衡的工作原理

实现电池单元平衡的常用方法有两种:主动平衡和被动平衡。电池单元主动平衡会使用直流/直流转换器为低电量电池单元充电,从而重新分配电池单元的电量。如今,电池单元制造和分类技术得到了显著的进步,大幅降低了电池组内各电池单元的不匹配程度。因此,可以避免在运行开始时使用较大的电池平衡电流对电量严重不匹配的各电池单元进行平衡。用较小的平衡电流定期进行电池平衡,可以管理在运行过程中逐渐产生的任何不匹配问题。

被动平衡会对电量较多的电池单元进行消耗(一般是通过散热来实现),直到所有电池单元的电量都达到相同水平。被动平衡和主动平衡的关键区别在于,被动平衡不会分配能量,而是通过消耗能量使所有初始电量较高的电池单元最终与电量较低的电池单元相匹配。由于被动平衡更加简单并且成本更低,因此更加常用。

电池电量通常用荷电状态来表示,说明电池电荷等级与电池容量的百分比。图1说明了各种电池平衡类型之间的差异。

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图1:各种平衡模式下的电池充电状态

电动汽车电池中的电池单元被动平衡

被动平衡通过接入与电池单元并联的电阻,消耗过度充电的电池单元电量,将能量传递给该电阻。这种能量消耗会导致电池单元以及使用的开关和电阻发热。保持锂电池温度尽可能接近室温是非常有必要的。如果做不到这一点,可能会导致热失控,即内部产生热量的速度超过散热速度。

温度升高会导致锂电池结构变化并在电极上形成表面膜,使锂电池衰减速度更快。另外,积热过多可能会导致电池平衡开关和电阻的损坏。典型的电动汽车配有大量电池单元、电池平衡开关和电阻,它们通常彼此紧挨,因此在被动平衡过程中必须对电池及其电池管理系统的热耗散进行管理。

通过TI电池监控器和平衡器提高电动汽车的电池安全

TI的BQ79616-Q1 使用器件内部的开关执行电池单元被动平衡。由于这些开关的存在,在电池平衡过程中,BQ79616-Q1 内部会进行散热。热点存在于器件和平衡电阻的印刷电路板(PCB)上。BQ79616-Q1提供了两项热管理功能来避免芯片过热并监测PCB温度。

一项热管理功能用于监测芯片温度,另一项则用于监测热敏电阻温度。芯片温度过高会触发微控制器(MCU)故障,暂停电池平衡过程,从而降低集成电路(IC)的温度。在IC温度下降并且清除故障后,MCU可以命令BQ79616-Q1 恢复电池平衡过程。

借助热敏电阻的监测,如果温度超过暂停阈值,BQ79616-Q1 会自动暂停电池平衡过程。当温度低于恢复阈值时,电池平衡过程则将自动恢复。在此情况下,BQ79616-Q1 可以自主暂停和恢复电池平衡过程,无需MCU进行任何干预。图2显示了通过热敏电阻对器件进行温度监测。

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图2:PCB上的BQ79616-Q1 温度监控位置

电池平衡暂停状态还会冻结所有平衡计时器和设置,在器件脱离暂停状态后,这些平衡计时器和设置会恢复。为了管理由于外部平衡电阻导致的升温,如果任何连接到通用输入/输出的有效热敏电阻检测到温度高于设定的过热电池平衡阈值,BQ79616-Q1 会暂停所有通道上的电池平衡。触发了过热电池平衡检测后,一旦所有有效热敏电阻均检测到温度低于设定的恢复阈值,所有已启用通道上的电池平衡将恢复。

自动电池平衡有助于更大限度延长电池寿命,这对于电动汽车电池至关重要。如 BQ79616-Q1中所示,在MCU中添加了增强型IC热管理和故障指示后,可以用经成本优化的方式快速安全地进行电池平衡,以延长电动汽车电池每次充电后的运行时间和工作寿命。

责任编辑:lq

原文标题:想增强电动汽车的热管理?来了解电池自主平衡功能!

文章出处:【微信号:tisemi,微信公众号:德州仪器】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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LC709201F 电池电量计

LC709203F 单节锂电池电量计[智能电量计]

03F是一款应用在单节锂电池上的电量计。它是属于我们其中一款“智能电量计”系列中的成员,采用了我们独家的运算方法 - “HG-CVR”来实现高精度。即使在不稳定的条件下(例如:改变电池;温度,负载,老化及自放电),通过“HG-CVR”的运算原理,我们可以削减库仑电量计上的精密电阻的同时,保持相同精度的电量情报(RSOC)。我们提供了2种小封装以实现业界最小的PCB面积。客户只需要做非常少的参数设定就可以简单的,快速的应用我们的产品。 特性 “HG-CVR”运算技术无需外置精密电阻 2.8%的RSOC精度即使老电池也可提供准确的RSOC 自动修正误差 功耗:3μA的工作模式 准确的电压检测:±7.5 mV 准确的时钟:±3.5% 低电量及低电压时有警报 温度补偿:通过IIC输入温度的热敏情报 检测电池的插入 IIC通讯(支持到400 kHz IIC) 应用 终端产品 针对手提设备及无线应用的电池管理 无线手机 智能手机/ PDA机器 MP3播放器 数码相机 手提式游戏机 USB关联的设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:25 164次 阅读
LC709203F 单节锂电池电量计[智能电量计]

LC709501F 移动电源控制器 USB Type-C和快充TM 3.0 应用于单节锂离子电池和锂聚合物电池

01F是一款用于移动电源的锂离子开关充电器控制器。该设备具有控制移动电源应用的所有功能。它可以控制Type-C端口控制IC,包括Quick Charge 3.0 HVDCP。内置开关控制器可输出5 V至12 V的快速充电电压。通过适当的外部MOSFET可以实现USB Type-C和快速充电的高功率输出。 特性 优势 支持带端口控制IC的USB C型DRP 用于控制Type-C端口控制IC的MCU可以省去。此外,客户无需开发MCU软件。 支持快速充电3.0 HVDCP A类.5 V最高12 V 可以消除HV Boost IC和QC通信IC。它降低了设置成本。 便携式设备通信显示智能手机上的移动电源电池信息(USB 2.0全速主机控制器)(规划) 客户可以享受智能手机屏幕上的移动电源详细信息显示 降压充电/增压充电 准备移动电源应用程序中所需的基本函数 低静态电流:低功耗模式下15μA 低功耗有助于延长电池寿命 支持5 V至12 V操作 支持一般智能手机充电电压 使用外部MOSFET轻松实现功率调节 外部MOSFET的功率调节支持30 W应用 自动USB检测 此功能已准备为基...
发表于 04-18 20:25 365次 阅读
LC709501F 移动电源控制器 USB Type-C和快充TM 3.0 应用于单节锂离子电池和锂聚合物电池

LC06111TMT 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

信息 LC06111TMT是用于带有集成功率MOSFET的1节锂离子二次电池的保护IC。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过流放电和过流充电。电池保护系统只能由LC06111TMT和少量外部元件制造。 充放电功率MOSFET集成 导通电阻(充放电总量)8.4mΩ(典型值) 高精度检测电压/电流在Ta = 25°C,VCC = 3.7 V 过充电检测±25 mV 过放电检测±50 mV 充电过流检测±0.9 A 放电过流检测±0.9 A 放电/充电过流检测补偿功率FET的温度依赖性 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:25 68次 阅读
LC06111TMT 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

LC05112CMT 电池保护控制器 集成MOSFET 1节锂离子电池

2CMT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,集成了功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05112CMT和少量外部部件组成。 特性 优势 集成电源MOSSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修整 短TAT,高精度 减少过电流检测的分散 高安全性 低电流...
发表于 04-18 20:22 125次 阅读
LC05112CMT 电池保护控制器 集成MOSFET 1节锂离子电池

LC05132C01MT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

2C01MT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,集成了功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。此外,主系统可以通过关闭LC05132C01MT的充电FET和放电FET一段时间来执行自身的上电复位,并带有复位信号。电池保护系统只能由LC05132C01MT和少量外部部件组成。 特性 优势 集成功率MOSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修剪 准备的短TAT 减少过电流检测的分散 高度准确检测 复位功能复位释放时间:5s(典型值)[Ta = 25°C] 更安全的嵌入式电池操作 应用 终端产 1节锂离子二次电池保护 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:22 83次 阅读
LC05132C01MT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

LC05132C01NMT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

2C01NMT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,内置功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。此外,主系统可以通过关闭LC05132C01NMT的充电FET和放电FET一段时间来执行自身的上电复位,并带有复位信号。电池保护系统只能由LC05132C01NMT和少量外部元件制成。 特性 优势 集成功率MOSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修整 为准备样本排序TAT 减少过流消除的分散 高度准确的检测 复位功能复位释放时间:1s(典型值)[Ta = 25°C] 更安全的嵌入式电池操作 应用 终端产品 1节锂离子二次电池保护 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:22 105次 阅读
LC05132C01NMT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

LC05711ARA 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

信息 LC05711ARA是一款带有集成功率MOSFET的单节锂离子二次电池保护IC。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05711ARA和少量外部元件制成。 集成了充放电功率MOSFET 导通电阻(充放电总量)4.8mΩ(典型值) ) Ta = 25°C时高精度检测电压/电流,VCC = 3.7 V 过充电检测±25 mV 过放电检测±50 mV 充电过流检测±0.7 A 放电过流检测±0.7 A 放电/充电过流检测得到补偿功率FET的温度依赖性 ECP30 WLP封装 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:22 112次 阅读
LC05711ARA 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

LC05111CMT 电池保护控制器 含集成功率MOSFET 单节锂离子电池

1CMT是一款电池保护电路,用于带有集成功率MOSFET的1节锂离子二次电池。此外,它集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05111CMT和少量外部部件制成。 特性 优势 集成功率MOSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修整 准备样品的短TAT 减少过电流检测的分散 高度准确的检测 应用 终端产品 锂离子电池保护 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 20:22 141次 阅读
LC05111CMT 电池保护控制器 含集成功率MOSFET 单节锂离子电池

BQ40Z60 bq40z60 完整多节电池管理器

信息描述德州仪器 (TI) bq40z60 器件是一款可编程的电池管理单元,其集成有电池充电控制输出、电量监测和相关保护功能,能够完全自主地操作 2 至 4 节串联锂离子和锂聚合物电池组。此架构在电量监测处理器与电池充电器控制器之间实现内部通信,从而在系统负载瞬变和适配器电流限制期间根据外部负载条件和电源路径来源管理来优化充电量。可通过 NFET、电感和感测电阻等外部元件针对具体功率传输情况来调节充电电流效率。 该器件提供了电池阵列和系统安全功能,包括电池放电过流、充电短路和放电短路保护,以及针对 N 沟道 FET 的 FET 保护、内部 AFE 看门狗和电池断开连接检测。器件可通过固件提供更多保护 功能, 包括过压、欠压、过热等。特性全集成 2 节至 4 节串联锂离子或锂聚合物电池管理单元Pack+ 上的输入电压范围:2.5V 至 25V电池充电器效率 > 92%电池充电器工作范围:4V 至 25V针对外部 N 沟道场效应晶体管 (NFET) 的电池充电器 1MHz 同步降压控制器软启动,限制浪涌电流外部开关限流保护可编程充电支持 JEITA/增强型充电模式 电量监测用于库伦计数器的 16 位高分辨率积分器16 位模数转换器 (ADC),通过 16 通道多路复用器...
发表于 04-18 19:10 149次 阅读
BQ40Z60 bq40z60 完整多节电池管理器

BQ34Z110 用于铅酸电池的采用 Impedance Track™ 技术的宽量程电量测量计

信息描述 德州仪器 (TI) bq34z110 是一款独立于电池串联配置之外工作的电量计解决方案,此解决方案支持铅酸化学电池。 通过一个外部电压转换电路,可支持 4V 至 64V 的电池,可对此电路进行自动控制以减少系统功耗。bq34z110 器件提供几个接口选项,其中包括一个 I2C 从接口、一个 HDQ 从接口、一个或者四个直接 LED 接口、和一个警报输出引脚。 此外,bq34z110 提供对于外部端口扩展器(支持多于四个 LED)的支持。特性 支持铅酸化学电池 使用获得专利的 Impedance Track 技术,用于电压范围为 4V 至 64V 的电池老化补偿 自放电补偿支持的电池容量超过 65Ahr 支持高于 32A 的充放电电流 外部负温度系数 (NTC) 热敏电阻支持 支持两线制 I2C 和与主机系统进行通信的 HDQ 单线制通信接口 安全哈希算法 (SHA)-1,哈希消息认证码 (HMAC) 认证 一个或者四个直接显示控制 五个 LED 和通过端口扩展器的更多显示 精简的功率模式(典型电池组运行范围条件)正常运行:平均值 < 140µA 睡眠模式:平均值 < 64µA 完全睡眠模式:平均值 < 19µA 封装:14 引脚薄型小外形尺寸封装 (TSSOP)电路图、引脚图和封装图...
发表于 04-18 19:10 131次 阅读
BQ34Z110 用于铅酸电池的采用 Impedance Track™ 技术的宽量程电量测量计

BQ40Z50 1 节、2 节、3 节和 4 节锂离子电池组管理器

信息描述 bq40z50 器件采用已获专利的 Impedance Track 技术,是一款基于电池组的单芯片全集成解决方案,针对 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组提供电量监测、保护及认证等一些列丰富的功能。bq40z50 器件利用其集成的高性能模拟外设,测量锂离子或锂聚合物电池的可用容量、电压、电流、温度和其他关键参数,保留准确的数据记录,并通过 SMBus v1.1 兼容接口将这些信息报告给系统主机控制器。 bq40z50 器件为主机系统提供最大的功率和电流,从而支持 Turbo 升压模式。 该器件还支持电池跳变点,从而在预设的充电阈值状态向主机系统发送 BTP 中断信号。 bq40z50 针对过压、欠压、过流、短路电流、过载和过热情况,以及其他电池组和电池相关故障提供基于软件的 1 级和 2 级安全保护。具有针对认证码密钥的安全内存的 SHA-1 认证能够识别真正的电池组。这个紧凑的 32 导线 QFN 封装在尽可能地提供电池电量测量应用的功能性和安全性的同时,最大限度地降低解决方案成本和智能电池的尺寸。特性全集成 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组管理器及保护 下一代已获专利的 Impedance Track 技术可准确测量锂离子和锂聚合物电池...
发表于 04-18 19:10 653次 阅读
BQ40Z50 1 节、2 节、3 节和 4 节锂离子电池组管理器

BQ27545-G1 单节、电池组端 Impedance Track 电量监测计

信息描述bq27545-G1 锂离子电池电量计是一款微控制器外设,此外设能够提供针对单节锂离子电池组的电量计量。此器件只需开发较少的系统微控制器固件即可实现精确的电池电量计量。bq27545-G1 安装于电池组内或者带有一个嵌入式电池(不可拆卸)的系统主板上。 bq27545-G1 使用已经获得专利的 Impedance Track™ 算法来进行电量计量,并提供诸如剩余电量 (mAh)、充电状态 (%)、续航时间(最小值)、电池电压 (mV) 和温度 (°C) 等信息。该器件还提供针对内部短路或电池端子断开事件的检测功能。bq27545-G1 还 具有 针对安全电池组认证(使用 SHA-1/HMAC 认证算法)的集成支持功能。 该器件还采用 15 焊球 Nano-Free™ DSBGA 封装 (2.61 mm × 1.96 mm),非常适合空间受限的 应用。特性适用于 1 节 (1sXp) 锂离子电池的电池电量计 应用 支持高达 14500mAh 的容量 微控制器外设提供:用于电池温度报告的内部或者外部温度传感器安全哈希算法 (SHA)-1 / 哈希消息认证码 (HMAC) 认证使用寿命的数据记录64 字节非易失性暂用闪存 基于已获专利的 Impedance Track™技术的电池电量计量用于电池续航能力精确预测的电池放电模拟曲线针对电池老化、电...
发表于 04-18 19:10 188次 阅读
BQ27545-G1 单节、电池组端 Impedance Track 电量监测计

BQ27010 单节锂电池和锂聚合物电池电量监测计 IC

信息描述The bqJUNIOR™ series are highly accurate stand-alone single-cell Li-Ion and Li-Pol battery capacity monitoring and reporting devices targeted at space-limited, portable applications. The IC monitors a voltage drop across a small current sense resistor connected in series with the battery to determine charge and discharge activity of the battery. Compensations for battery age, temperature, self-discharge, and discharge rate are applied to the capacity measurments to provide available time-to-emptyinformation across a wide range of operating conditions. Battery capacity is automatically recalibrated, or learned, in the course of a discharge cycle from full to empty. Internal registers include current, capacity, time-to-empty, state-of-charge, cell temperature and voltage, status, and more.The bqJUNIOR can operate directly from single-cell Li-Ion and Li-Pol batteries and communicates to the system over a HDQ one-wire or I2C serial interface.特...
发表于 04-18 19:10 98次 阅读
BQ27010 单节锂电池和锂聚合物电池电量监测计 IC

BQ27541-G1 具有集成 LDO 的电池组端 Impedance Track 电池电量监测

信息 Texas仪器bq27541-G1锂离子电池电量计是一种微控制器外围设备,可为单节锂离子电池组提供电量计量。该器件几乎不需要系统微控制器固件开发来实现精确的电池电量计量bq27541-G1位于电池组内或系统主板上,带有嵌入式电池(不可拆卸)。 bq27541-G1使用获得专利的Impedance Track™算法进行电量计量,并提供剩余电池容量(mAh),充电状态(%)等信息,运行时间为空(最小),电池电压(mV)和温度(°C)。它还提供内部短路或制表断开事件的检测。 bq27541-G1还使用SHA-1 / HMAC认证算法集成了对安全电池组认证的支持 优势特点 用于1系列(1sXp)锂离子电池应用的电池电量计32Ahr容量 微控制器外设提供: 精确的电池电量计支持高达32Ahr 用于电池温度报告的内部或外部温度传感器 SHA-1 / HMAC认证 终身数据记录 > 64字节的非易失性划痕垫FLASH 基于专利阻抗跟踪技术的电池电量计量 模型电池放电曲线,用于准确的时间到空预测 自动调整电池老化,电池自放电,&n温度/速率低效 低值检测电阻(5mΩ至20mΩ) 高级电量计功能 内部短暂检测 标签断开检测 ...
发表于 04-18 19:10 267次 阅读
BQ27541-G1 具有集成 LDO 的电池组端 Impedance Track 电池电量监测

BQ24278 具有电源路径的 2.5A 单输入单节开关模式锂离子电池充电器

信息描述 bq24278 高度集成的单节锂离子电池充电器和系统电源路径管理器件针对空间有限且带有高容量电池的便携式应用。 单节充电器由一个诸如 AC(交流)适配器或者无线电源的专用充电源供电运行。此电源路径管理特性使得 bq24278 能够在为电池独立充电的同时从一个高效 DC 到 DC 转换器为系统供电。 此充电器一直监视电池电流并在系统负载所需电流超过输入电流限制时减少充电电流。 这样可实现正常的充电终止和定时器运行。 系统电压被调节至电池电压,但不会下降至低于 3.5V。 最小系统电压支持使得此系统能够与一个残次品或者有缺失的电池组一起运行并且即使在电池完全放电或者无电池的情况下也可实现瞬时系统启动。 当适配器不能传送峰值系统电流时,此电源路径管理架构还允许电池补充系统电流需要。 这样可使用较小的适配器。 电池充电经历以下三个阶段:充电,恒定电流和恒定电压。 在所有的充电阶段,一个内部控制环路监视 IC 结温并且在超过内部温度阀值的情况下减少充电电流。 此外,bq24278 提供一个基于电压的电池组热敏电阻器监控输入 (TS) 来监控电池温度以保证安全充电。特性 具有独立电源路径控制的高效开关模式充电器从深度放电电池或者在无电...
发表于 04-18 19:10 162次 阅读
BQ24278 具有电源路径的 2.5A 单输入单节开关模式锂离子电池充电器