基于TL431的锂电池均衡电路

　摘要：在实际应用中，由于锂电池单体之间的差异性，经一段时间的充放电后发现各单体电池上、下限电压出现参差不齐的现象，严重影响到系统的性能。针对这种情况提出了上均衡和下均衡的概念，然后对锂电池的上、下均衡电路进行了深入研究。实验结果证明，几种锂电池均衡电路设计的正确性，为研究高性能混合动力系统奠定了坚实的基础。

　　镍氢电池属于碱性电池，由于单体电压相对较低，且有“记忆效应”，定期的大规模放电是必须的，这在很大程度上加重了电源管理系统的任务。其次，其还具有自放电率高（10%~15%）的缺点。

　　与其他电池相比，锂离子电池具有功率密度高（800W/Kg）、单体电压高（平均电压为3.6V）、不污染环境、自放电率低（约为3%~5%），没有“记忆效应”等特点，是一种理想的动力性电池，所以被广泛地应用在移动电源、混合动力汽车、中低压开关柜中的备用电源以及航天飞行储能器等装置当中。

　　1、国内现有锂电池保护电路的缺陷

　　锂电池单体平均电压只有3.6V，放电电流也有一定的要求。为了提高系统的电流和电压等级，在一些动力性场合一般采用并联后再串联组成大电流大电压锂电池组作为能源系统。由于锂电池对电压非常敏感，电池组在使用时一般要增加一定的保护电路。

　　2、改进型锂电池保护电路原理

　　均衡电路是指人为加入的硬件电路，它可以使整个电池组的单体上限电压之间或单体下限电压之间保持一致性，从而有效地保护电池的上限充电电压和下限放电电压，从根本上降低电池对系统的影响，从而达到提高电池性能和延长电池寿命的目的。它包括上均衡和下均衡两种电路。

　　本文针对混合动力汽车设计了两套电源系统：3串锂电池保护系统（最高电压为12.75V，平均放电电压为10.8V）和10串锂电池保护系统（最高电压为42.5V，平均放电电压为36V），放电电流分别为10A和40A。系统原理如图1所示，即在其基本保护电路（过压/欠压/过温/过流/短路保护）的基础上加入了上、下均衡电路。

　　

　　图1改进型保护电路

　　2.1、TL431均衡电路

　　本文利用其基于特性设计的上均衡电路如图2所示。调节R1、R2、R3的阻值，当电源电压超过某一设定值时便开通TL431，通过功率电阻R*耗能来降低电池的电压，使其达到一固定点（均衡点）。通过为国内电动车及电动摩托车配备的均衡电路的实验效果来看，当均衡点取4.20V时，电阻的取值分别为：R1=68k！，R2=100k！，R3=4.3k！。

　

　　图2TL431上均衡原理图