锂电池组的主动电荷平衡分析

锂电池组的主动电荷平衡分析

电池系统架构

锂电池只是最近几年才进入市场。然而，凭借其突出的优越性能，其市场份额迅速攀升。锂电池具有惊人的蓄能容量，但单个电池的电压和电流都太低，不足以满足混合动力电机的需要。为增加电流需将多个电池并联起来，为获得更高的电压，则要把多个电池串联起来。

电池生产商通常以类似“3P50S”字样的缩写词来描述电池的排列方式，“3P50S”代表3个电池并联和50个电池串联。

对于有多个电池串联而言，模块化结构是电池管理的理想选择。例如，将多达12个电池串联起来，组成3P12S阵列中的一个电池块（block）。这些电池的电荷由一个带有微处理器的电子电路进行管理和平衡。电池块的输出电压由串联电池的数量和电池电压决定。单个锂电池的电压一般介于3.3～3.6V之间，因此相应电池块的输出电压介于30～45V之间。

为使DC/DC转换器达到最佳工作状态，电池组的电压应保持在150～300V之间。为此，需要将5～8个电池块串联在一起。

平衡的必要性

一旦电压超出允许范围，锂电池很容易被损坏（见图1）。如果超出电压的上限和下限（例如，nanophosphate锂电池的电压上限和下限分别为3.6V和2V），电池就可能会受到不可逆的损坏，至少也会增加电池的自放电率。在相当宽的荷电状态范围内，输出电压可以保持稳定，因此正常情况下超出安全范围的可能性比较小。但是，在接近安全范围上限和下限的区域，变化曲线非常陡峭。作为预防措施，仔细监测电压水平非常必要。