電池平衡在電動(dòng)汽車 （EV） 的電池管理系統(tǒng)中非常重要，因?yàn)樗兄谘娱L(zhǎng)車輛行駛里程并確保電動(dòng)汽車電池的安全運(yùn)行。為了糾正電池本身的不平衡，還需要電池平衡。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下的不匹配而隨著時(shí)間的推移而失去平衡，從而導(dǎo)致電池之間的不平等老化。

電池只能在其最弱的電池完全放電之前提供電荷，即使其他電池可能還剩下大量電量。因此，平衡電池通過最大化電池組的容量并確保其所有能量可用來延長(zhǎng)電池壽命，這在電動(dòng)汽車電池的情況下延長(zhǎng)了行駛里程。除了最大化電池容量外，電池平衡還通過防止電池過度充電和過度放電來確保電池的安全運(yùn)行，這兩者都可能導(dǎo)致電池加速退化并產(chǎn)生潛在的危險(xiǎn)操作場(chǎng)景。

細(xì)胞平衡的工作原理

細(xì)胞平衡有兩種常見的方法：主動(dòng)電池平衡和被動(dòng)電池平衡。主動(dòng)電池平衡使用DC/DC轉(zhuǎn)換器為容量較低的電池提供更高的容量，從而重新分配電池的電荷。如今，電池制造和分選已得到顯著改進(jìn)，可為電池組內(nèi)的電池提供非常低的不匹配。因此，可以避免在工作開始時(shí)用大電池平衡電流平衡電池中的大失配。以較小的平衡電流進(jìn)行頻繁的電池平衡可以管理在運(yùn)行過程中逐漸出現(xiàn)的任何不匹配。

被動(dòng)平衡通常通過散熱從容量更大的電池中去除電荷，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匹配具有最低電荷的電池。被動(dòng)平衡是一種更流行的方法，因?yàn)樗?jiǎn)單且成本較低。

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)

電動(dòng)汽車電池中的被動(dòng)電池平衡

被動(dòng)平衡通過切換與電池并聯(lián)的電阻器并將能量耗散到該電阻器中來消除過充電電池的電荷。這種能量耗散導(dǎo)致電池以及用于耗散的開關(guān)和電阻器中的熱量。保持鋰電池溫度盡可能接近室溫至關(guān)重要。如果不這樣做，當(dāng)內(nèi)部熱量產(chǎn)生速率超過熱量釋放速率時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致熱失控。

鋰電池在高溫下以更快的速度降解，這是由結(jié)構(gòu)變化和電極表面膜形成引起的。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。典型的電動(dòng)汽車具有大量電池和電池平衡開關(guān)和電阻器，這些開關(guān)和電阻器通常封裝得很近，這使得在被動(dòng)平衡期間管理電池及其電池管理系統(tǒng)的散熱成為必要。

通過 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)行被動(dòng)單元平衡。由于這些開關(guān)，在電池平衡期間，BQ79616-Q1 內(nèi)部存在散熱。熱點(diǎn)位于器件的印刷電路板 （PCB） 和平衡電阻上。BQ79616-Q1 提供兩種熱管理功能，以避免芯片過熱并監(jiān)控 PCB 溫度。

一個(gè)熱管理功能監(jiān)視管芯溫度，另一個(gè)監(jiān)視熱敏電阻溫度。高芯片溫度會(huì)觸發(fā)微控制器（MCU）故障，從而暫停電池平衡，以使集成電路（IC）溫度下降。一旦 IC 溫度下降且故障清除，MCU 即可命令 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)溫度降至恢復(fù)閾值以下時(shí)，平衡將自動(dòng)恢復(fù)。在這種情況下，BQ79616-Q1 會(huì)暫停并恢復(fù)電池平衡，無需 MCU 的任何干預(yù)。圖2顯示了器件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)，這些計(jì)時(shí)器和設(shè)置就會(huì)恢復(fù)。為了管理由外部平衡電阻引起的熱增加，如果連接到通用輸入/輸出的任何有源熱敏電阻檢測(cè)到溫度高于設(shè)定的過熱電池平衡閾值，BQ79616-Q1 可以暫停所有通道上的電池平衡。一旦觸發(fā)過熱電池平衡檢測(cè)，一旦所有有源熱敏電阻檢測(cè)到溫度低于既定的恢復(fù)閾值，所有使能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，這是電動(dòng)汽車電池的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。BQ79616-Q1 為 MCU 增加了增強(qiáng)的 IC 熱管理和故障指示功能，能夠以成本優(yōu)化的方式實(shí)現(xiàn)快速安全的電池平衡，從而延長(zhǎng)充電器之間的電池工作時(shí)間，并延長(zhǎng)電動(dòng)汽車電池的使用壽命。

審核編輯黃宇