由串联、高能量密度、高峰值功率锂聚合物或锂铁磷酸 (LiFePO4) 电池组成的大型电池组被遍及运用于全电动 (EV 或许 BEV) 、混合燃气 / 电动轿车 (HEV 和插电式混合电动轿车或 PHEV)、以致储能体系 (ESS) 中。据预测，电动轿车市场对大规模串联 / 并联电池组的需求将越来越大。2016 年全球 PHEV 销量为 77.5 万台 [材料来历：EVvolumes.com]，估计 2017 年将到达 113 万台。可是，尽管对高容量电池的需求日益增长，电池价格仍然很高，是 EV 或 PHEV 中价格最高的组件，能行进几百公里的电池价格根本都超越 10,000 美元。抵挡高本钱的战略可所以经过运用低本钱 / 创新电池来减轻本钱压力，但随之而来的问题是，这类电池会有较大的容量不匹配问题，这会削减可运用时刻，或许缩短一次充电后的行进间隔。即便是本钱更高、质量更好的电池也会老化，而不断的重复运用会导致电池失配。有两种办法能够进步具不匹配电池之电池组的容量，第一种办法是一开始就选用比较大的电池，这种做法十分不符合本钱效益;第二种办法是自动平衡，这种新技术能够康复电池组的电池容量，并且正日渐遍及。
串联衔接的一切电池需求坚持平衡
平衡的电池是指一个电池组中的每节电池都具有相同的电荷状况 (SoC)。SoC 是指单个电池跟着充电和放电，相关于其最大容量的剩下容量。例如：一个剩下容量为 5A-hr 的 10A-hr 电池具有 50% 的 SoC。一切电池都需求坚持在某个 SoC 规模之内，以防止受损或寿数缩短。运用的不同可容许的 SoC 最小值和最大值也会不同。在最注重电池运转时刻的运用中，一切电池都能够在 20% 的 SoC 最小值和 100% 的最大值 (满充电状况) 之间作业。而就要求电池寿数最长的运用而言，或许将SoC规模约束在 30% 最小值和 70% 最大值之间。在电动型轿车和电网存储体系中，这些数值是典型的SoC 约束，电动型轿车和电网存储体系运用十分大和十分贵重的电池，替换费用极高。电池办理体系 (BMS) 的首要作用是，细心监督电池组中的一切电池，确保每一节电池的充电或放电都不超出该运用充电状况约束的最小值和最大值。
选用串联 / 并联电池阵列时，并联衔接电池会彼此自动平衡，这种假定一般来说是对的。也便是说，跟着时刻推移，只需电池接线端子之间存在传导通路，那么在并联衔接的电池之间，电荷状况就会自动平衡。串联衔接电池的电荷状况会跟着时刻改动而分解，这种假定也是对的，这么说有几个原因。因为电池组遍地温度改动率的不同，或许电池之间阻抗不同、自放电速率或加载之不同，SoC 会逐步发生改动。尽管电池组的充电和放电电流往往使电池之间的这些差异显得不那么重要，可是累积起来的失配会越来越大，除非对电池进行周期性的平衡。之所以要完成串联衔接电池的电荷平衡，最根本的原因便是补偿各节电池 SoC 的逐步改动。一般，在一个各节电池具有紧密匹配之容量的电池组中，运用被迫或耗散电荷平衡计划足以使 SoC 从头到达平衡。
如图 1a 所示，无源平衡简略并且本钱低价。不过，无源平衡速度十分慢，在电池组内部发生不想要的热量，而平衡是经过下降一切电池的余留容量，以与电池组中 SoC 值最低的电池相匹配。因为另一个常见的容量失配，无源平衡还缺少有用地应对 SoC 差错的才干。跟着老化，一切电池的容量都会减小，并且电池容量减小的速率往往是不同的，原因与之前所述的相似。因为流进和流出一切串联电池的电池组电流是持平的，所以电池组的可用容量由电池组中容量最小的电池决议。只要选用有源平衡办法 (例如图 1b 和 1c 中所示的那些办法) 才干向电池组遍地从头分配电荷，以及补偿因为不同电池之间的失配而丢掉的容量。
图 1：典型的电池平衡拓扑
电池之间的失配能大幅度地缩短运转时刻
电池之间无论是容量仍是 SoC 之间的失配都或许严峻缩短电池组的可用容量，除非这些电池是平衡。要最大极限地进步电池组的容量，就要求在电池组充电和电池组放电时电池都是平衡。
在图 2 所示的比如中，电池组由 10 节电池串联组成，每节电池的容量均为100A-hr (标称值)，容量最小的电池与容量最大的电池之间的容量差错为 ±10%，对该电池组充电或放电，直至到达预订的 SoC 约束中止。假如 SoC 值约束在 30% 至 70% 之间，并且没有进行容量平衡，那么在一个完好的充电 / 放电周期之后，相关于这些电池的理论可用容量，可用电池组容量下降了 25%。在电池组充电阶段，无源平衡从理论上能够让每节电池的 SoC 相同，可是在放电时，无法防止第 10 节电池在其他电池之前到达其 30% 的 SoC 值。即便在电池组充电时选用无源平衡，在电池组放电时也会明显丢掉容量 (容量不可用)。只要有源平衡处理放案才干完成容量康复，有源平衡处理计划在电池组放电时从 SoC 值较高的电池向 SoC 值较低的电池从头分配电荷。
图 2：因为电池之间的失配而导致电池组容量丢掉的比如
图 3 说明晰怎样选用抱负的有源平衡，使因为电池之间的失配而丢掉的容量得到 100% 的康复。在安稳状况运用时，当电池组从 70% SoC 的“满”再充电状况放电时，实际上有必要从第 1 号电池 (容量最高的电池) 取出所存储的电荷，将其转移到第 10 号电池 (容量最低的电池)，不然，第 10 号电池会在其他电池之前到达其 30% 的最低 SoC 点，并且电池组放电有必要中止，以防止进一步缩短寿数。相似地，在充电阶段，电荷有必要从第 10 号电池移走，并从头分配给第 1 号电池，不然第 10 号电池会首先到达其 70% 的 SoC 上限，并且充电周期有必要中止。在电池组作业寿数期的某时点上，电池老化的差异将不可防止地导致电池之间的容量失配。只要有源平衡处理计划才干完成容量康复，这种处理计划按照需求，从 SoC 值高的电池向 SoC 值低的电池从头分配电荷。要在电池组的寿数期内完成最大的电池组容量，就需求选用有源平衡处理计划，以高功率地给每节电池充电和放电，在电池组遍地坚持 SoC 平衡。
图 3：用抱负有源平衡完成容量康复
高功率双向平衡供给最强的容量康复才干
LTC3300-2 (参见图 4) 是一个新产品，专门为满意高功能有源平衡的需求而规划。LTC3300-2 是一款高功率、双向有源平衡操控 IC，是高功能 BMS的要害组件。每个 %&&&&&% 都能一起平衡多达 6 节串联衔接的锂离子 (Li-Ion) 或磷酸铁锂 (LiFePO4) 电池。
图 4：LTC3300-2 高功率双向多节电池有源平衡器
SoC 平衡经过在一节选定的电池和一个由多达 12 节或更多节相邻电池构成的子电池组之间从头分配电荷来完成。平衡决议计划和平衡算法有必要由独自的监督器材以及操控 LTC3300-2 的体系处理器来应对。电荷从一个指定电池从头分配给由 12 节或更多相邻电池组成的电池组，以给该电池放电。相似地，从 12 节或更多相邻电池组成的电池组将电荷转移给一个指定的电池，以给该电池充电。一切平衡器或许一起在任一方向上作业，以最大极限地缩短电池组的平衡时刻。LTC3300-2 具有一个兼容 SPI 总线的串行端口。器材能够运用数字阻隔器并联进行衔接。多个器材由 A0 至 A4 引脚确认的器材地址仅有标识。在 LTC3300-2 上，四个引脚组成串行接口：CSBI、SCKI、SDI 和 SDO。假如需求，SDO 和 SDI 引脚能够衔接在一起以构成单个双向端口。 器材地址由五个地址引脚 (A0 至 A4) 进行设置。 一切串行通讯相关引脚都是电压形式，参阅电压为 VREG 和 V- 电源。
LTC3300-2 中的每个平衡器都选用非阻隔的鸿沟形式同步反激式电源级，以完成对每一节电池的高功率充电和放电。6 个平衡器中的每一个都需求自己的变压器。每个变压器的主端跨接在接受平衡的电池上，副端跨接在 12 节或更多相邻电池上，包含接受平衡的电池。副端上电池的数量仅受外部组件击穿电压的约束。在相应的外部开关和变压器调理规模内，电池的充电和放电电流可由外部检测电阻器设定为高达 10 安培以上。高功率是经过同步作业以及组件的恰当挑选完成的。每个平衡器都是经过 BMS 的体系处理器发动的，并且平衡器将坚持发动状况，直至 BMS 宣布中止的指令或指示检测到毛病。
平衡器功率事关重要!
电池组面临的大敌之一是热量。高环境温度会快速缩短电池寿数并下降其功能。不幸的是，在大电流电池体系中，平衡电流也有必要很高，以延伸运转时刻或完成电池组的快速充电。假如平衡器的功率不高，就会在电池体系内部导致不想要的热量，并且这个问题有必要经过削减能在给定时刻运转的平衡器之数量来处理，或经过选用贵重的下降热量办法来应对。如图 5 所示，LTC3300-2 在充电和放电方向完成了 >90% 的功率，与具有相同平衡器功耗、功率为 80% 的处理计划比较，这答应平衡电流进步一倍多。此外，更高的平衡器功率答应更有用地从头分配电荷，这反过来又可发生更有用的容量康复和更快速的充电。
图 5：LTC3300-2 的电源级功能
定论
尽管比如电动轿车和 PHEV 等新式运用的开展十分迅猛，但顾客关于长作业寿数及牢靠运作的等待却并未改动。关于轿车，不论选用电池仍是汽油作为动力，人们都希望其在运用 5 年以上之后不出现任何可察觉的功能劣化。就 EV 和 PHEV 而言，功能等同于以电池为动力时的可行进间隔。EV 和 PHEV 供货商不只有必要供给很高的电池功能，并且还要供给多年的质保期，确保车辆具有合理的最低行进间隔以使本身具有满足的竞争力。跟着电动轿车数量的不断攀升及运用年限的添加，电池组内部的不规则电池老化逐步成为一个继续存在的问题，并且是导致运转时刻缩短的首要本源。串接式电池的作业时刻一直受限于电池组中容量最低的那节电池。仅仅一节弱电池就会连累整个电池组。关于轿车供货商来说，因为车辆行进间隔缺乏而按照质保条款要为客户替换或整修电池是一种本钱十分贵重的建议。为了防止接受如此昂扬的价值，能够选用较大和较贵的电池，或许运用高功能的自动平衡器 (例如：LTC3300-2) ，以补偿因为电池的不均匀老化而引起电池之间的容量失配问题。一个严峻失配的电池组利用了 LTC3300-2 后，它的运转时刻与一个具相同均匀电池容量的彻底匹配电池组简直相同。
