锂电池管理系统的研究与实现 — 锂电池管理系统的硬件实现
3.5均衡模块原理与方案设计
3.5.1国内外锂电池组的均衡方法综述
当锂离子电池组由多个单体电池串联使用时，即使单节电池的性能再优良、质量再好，若配组使用的各单体电池特性不一致，都会导致电池组内部各单体电池过充和过放情况的严重不一致，就内部单体电池而言，串联使用比单个使用更容易发生过充和过放现象，且不易发现。任意一个电池的特性加剧恶化时，将导致电池组内其它电池发生多米诺骨牌效应的连锁性、加剧性损坏。电池组的品质由其中质量最差的一只电池决定，一只电池质量差不仅影响了整个电池组的性能，还会引起恶性的连锁反应，使差的更差，好的也会迅速变差。为解决上述问题，目前通用的做法是将单体电池精选配对，组合成优质的电池组，最大限度地减小单体电池间的差异。
就算动力锂离子电池组解决了配组的前期技术问题，电池组在使用中亦会使其特性产生变化，目前对电池组在使用中由于特性变化产生的导致电池组整体特性急剧衰退和部分电池加速损坏的现象，并无有效的解决办法，只能在电池组充、放电过程中检测到有一个电池处于过充或过放状态，保护电路就将整个充、放电电路关断。由于上述原因，动力锂离子电池组在实际使用中(特别是充电时)解决各单节锂电池在电池组中的平衡问题极为重要。目前国外采用的均衡方法主要有：能耗的方法和无能耗的方法。
3.5.1.1能耗均衡方法
典型的方法是利用发热电阻旁路分流，旁路分流均衡法原理图如图3-9所示。B1、B2……Bn为组成锂离子电池组的各单元电池，K1、K2……Kn为MCU控制的多路开关，R1、R2…… Rn，为放电平衡电阻。当电池组充电时充电电流I在各节电池中都相等。当某节(例如：B2)电池电压高于其他电池超过某值时，MCU控制的多路开关K2合上，B2通过R2分流，使B2电压下降，如此反复循环n次使得锂离子电池组各单元电池能平衡充电。此方案简单、可靠，但电阻会消耗电能并发热，使用中需注意选取电阻阻值及功率，其最大的缺点是放电(工作)使用中，各单元平衡则白白消耗了锂离子电池组的电能。
3.5.1.2无能耗的均衡方无能耗的均衡方法是利用一个活动的分流元件或电压或者电流转换器件来将能量从一节单体转移到另一节单体。这些器件可以是模拟的，也可以是数字的。两种主要的方法是电容平衡和能量转换。
电容平衡原理图如图3-9所示。B1、B2……Bn为组成锂离子电池组的各单元电池，K1、K2……Kn为MCU控制的多路开关，C为平衡电容。当电池组充电时，若某节(例如：B2)电池电压高于其他电池超过某值、而B3最低，MCU控制的多路开关K2，K3合上，KA、KB都切换在a点，B2通过K2、K3、KA、KB向C充电，在C充满电后，MCU控制的多路开关K3、K4合上，KA、KB切换都在b点，电容C通过K4、K3、KA、KB向B3释放电能，使B2电压下降，B3电压上升，如此反复循环n次使得锂离子电池组各单元电池能平衡充电。此方案亦较为简单、可靠，但使用中应注意掌握好电容充放电时间，其最大的优点是充、放电(工作)使用中，都可平衡各单元电池的功能，且不消耗锂离子电池组的电能。
用能量转换进行单体均衡是采用电感线圈或变压器来将能量从一节或一组电池转移到另一节或一组电池。两种积极的能量转换方法是开关变压器方法和共享变压器方法。
开关变压器方法共享一个与前面快速电容器相同的开关。拓扑如图3-10.整个电池组的电流I流入变压器T，变压器的输出经过二极管D校正后流入单体Bn.这由开关S的设置来决定，此外还需要一个电子控制器件来选择目标电池和设置开关S.
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