磷酸铁锂离子电池的均衡维护技能
摘要：根据磷酸铁锂电池的充放电特性以及单体电池存在必定差异的这一实践情况，需要对电池组中各单体之间完成均衡操控，然后防止单个单体的过充、过放所导致的电池组失效，使其功能挨近单体电－池的平均水平。本文描绘了电池的均衡操控办法、电路规划和完成进程，并对磷酸铁锂电池进行均衡充电试验，成果表明该办法能有用的补偿电池的不一致性。
The technique to ensure the consistency of the batteries
with LiFePO4 cathodes
LI Ge-chen, LI Jin-lu, XU Yu-lin, JIN Gui-cai
(ZEEMOO Sci & Tech Co.,Ltd., Harbin Heilongjiang 150080, China)
Abstract: According to the charge/discharge properTIes of the batteries with LiFePO4 cathodes, there are differences between the cells. In order to avoid the invalidaTIon of the batteries caused the over charge or over discharge of one of the cells, it is necessary to solely control the cell and ensure its performance very close to the average level of the battery. This paper reports the technique to ensure battery consistency, circuit design and its realizaTIon steps. The test results of the batteries with LiFePO4 cathodes indicate that the technique reported here effecTIvely improved the battery consistency.
Keywords: LiFePO4；consistency；protection
锂离子电池已广泛用于便携式电子产品、电动工具和电动车电源。而以磷酸铁锂为正极资料的锂离子二次电池具有优异的热安稳性和循环充放电功能，被业界称为“最安全的锂电池”，因此在近年来，磷酸铁锂电池备受国内外重视。磷酸铁锂具有安稳、安全、环保等氧化钴锂正极资料难以比较的长处，完全可以运用到比方电动汽车、低谷电力贮藏、风力与太阳能发电电能贮藏、应急于电力储藏和车用辅佐电源等设备。
在运用进程中供电电源一般由多个单体电池串联组成，以满意设备所需电压和功率要求。在实践运用中，因为单体电池之间的差异，电池组的容量只能到达最弱的电池的容量。在串联电池组中，尽管经过单体电池的电流相同，可是因为其容量不同，电池的放电深度也会不同，容量大的总会欠充欠放，而容量小的总会过充过放，这就形成容量大的衰减缓慢、寿数延伸；容量小的衰减加速、寿数缩短，两者之间的差异会越来越大，终究小容量电池的失效会导致电池组的提早失效。
一般咱们把因单体电池的功能差异而导致的电池组功能下降的现象称为电池匹配失衡。大多数情况下，引起匹配失衡的原因是电池的制造工艺和检测手法的不完善，而不是锂离子电池自身的化学特点改变。即便在生产出电池后进行检测分类再进行组合，也会呈现电池匹配失衡的现象。比方：各单体的自放电量不同导致电池组在放置进程中的容量失衡、单体之间电阻不同导致单个单体在电池组充电进程中过充等。
电池匹配失衡首要表现在两个方面：电池荷电状况失衡（即：一切单体的容量相同，但在电池组制造或放置进程中，单体的荷电状况不同）和电池容量或能量的失衡。选用电池均衡处理技能便可处理以上两种失衡问题，然后改善串联电池组的电功能。电池荷电态失衡需在电池组初度充、放电时进行均衡调整电池,尔后只需在充电期间进行均衡即可，而容量或能量失衡则必须在充、放电进程都进行均衡。
1 均衡维护原理
在抱负状况下，锂离子电池组中的单体电池满意以下条件，便以为完成了均衡维护办理：电池组中一切单体电池的容量和荷电状况都相同；电池组中一切单体的容量不同，但单体电池的荷电状况相同。其间电池的荷电状况是指电池的现有容量与电池的实践容量之比。
从上可以看出：电池组均衡是指在电池组的运用进程中，确保各单体电池的荷电状况相同。为了改善串联电池组的电功能，使不匹配的单体电池到达相同的荷电状况，要求一些电池的充电或放电量比其它电池多，所以要给电池组添加额定的元件和电路，对串联单体进行均衡办理。这种均衡是经过对电压最高的单体电池分流来完成的。经过数据收集电路，检测每只串联电池的电压，然后判别其在整个电池组中所在的状况，当它的电压超出总平均电压必定起伏后，操控与该只电池并联的分流电路导通，对其进行分流。
一般的分流电路是由一个功率晶体管和限流电阻串联，再与单体电池并联组成。在充电进程中操控功率晶体管道通，将高电压电池的电流部分分流，然后使它的充电速度比其它电池慢；在放电进程中导通功率晶体管，添加高电压电池的负载，使它的放电速度比其它电池快，然后完成了电池均衡。当一切电池都到达相同的荷电状况时，从电池组中取得的总电能相对于均衡前会添加，且各单体电池不会过充、过放，然后延伸了电池组的运用寿数。
2 均衡维护电路规划
2.1 均衡维护电路结构
从均衡电路的拓扑结构来分，常见的规划有会集均衡和独立均衡两种，会集均衡是经过操控器操控继电器网络来切换不同单体，用同一个均衡单元对不同单体电池进行均衡办理，这种办法对硬件设备要求简略，但对继电器网络操控逻辑要求高，每次只能给电池组内的一只单体进行均衡，功率低。独立均衡有若干均衡单元，经过操控器操控每个均衡单元对一节电池或一组电池进行均衡办理，该办法比会集均衡的硬件杂乱，设备本钱高，可是均衡的自动化程度高，操控灵敏，可以一起对多只电池进行均衡办理，其结构如图1所示。
