中心議題：

• 討論適用於混能及全電動汽車的電池管理係統
• 研究被動平衡解決方案及其相關問題

解決方案：

• 采用優化的隔離式電感拓撲結構
• 確保各模塊內及各模塊之間保持高度平衡

混能及全電動汽車廣受市場歡迎，其增長率更是一直大幅飆升，因此顯示汽車電動化的發展即將進入另一個嶄新的階段。

對於電動汽車來說，電池組shicheneizuiangguierwendingxingyouzuichengyiwendezujian。gaoxingnengdedianchiguanlixitongkeweihunnengjiquandiandongdeqichetigongyigelixiangdejiejuefangan，jiejuedianchizudianliangbuzudewenti。zhengruChevy Volt 的設計團隊所言：“我wo們men的de工gong程cheng師shi在zai研yan發fa過guo程cheng中zhong發fa現xian采cai用yong電dian池chi管guan理li係xi統tong可ke大da幅fu延yan長chang電dian池chi壽shou命ming，確que保bao電dian池chi能neng充chong分fen發fa揮hui其qi性xing能neng。換huan言yan之zhi
，電dian池chi管guan理li係xi統tong是shi解jie決jue電dian池chi問wen題ti的de關guan鍵jian。”

被動平衡解決方案及其相關問題

電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)的(de)設(she)計(ji)要(yao)麵(mian)對(dui)許(xu)多(duo)問(wen)題(ti)，諸(zhu)如(ru)大(da)量(liang)串(chuan)聯(lian)的(de)小(xiao)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)問(wen)題(ti)以(yi)及(ji)如(ru)何(he)確(que)保(bao)電(dian)池(chi)組(zu)內(nei)每(mei)一(yi)枚(mei)小(xiao)電(dian)池(chi)都(dou)不(bu)會(hui)過(guo)量(liang)充(chong)電(dian)等(deng)。鋰(li)電(dian)池(chi)對(dui)於(yu)過(guo)壓(ya)情(qing)況(kuang)極(ji)為(wei)敏(min)感(gan)
，過(guo)壓(ya)會(hui)降(jiang)低(di)電(dian)池(chi)性(xing)能(neng)，甚(shen)至(zhi)會(hui)令(ling)電(dian)池(chi)嚴(yan)重(zhong)受(shou)損(sun)，無(wu)法(fa)再(zai)用(yong)。不(bu)同(tong)的(de)電(dian)池(chi)各(ge)有(you)不(bu)同(tong)的(de)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)
，因(yin)此(ci)性(xing)能(neng)也(ye)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)。此(ci)外(wai)，每(mei)次(ci)重(zhong)新(xin)充(chong)電(dian)前(qian)，不(bu)同(tong)的(de)電(dian)池(chi)也(ye)各(ge)有(you)不(bu)同(tong)的(de)殘(can)餘(yu)電(dian)荷(he)
，因(yin)此(ci)部(bu)分(fen)電(dian)池(chi)會(hui)較(jiao)快(kuai)充(chong)滿(man)電(dian)
，以(yi)致(zhi)這(zhe)些(xie)電(dian)池(chi)會(hui)因(yin)為(wei)出(chu)現(xian)過(guo)壓(ya)而(er)嚴(yan)重(zhong)受(shou)損(sun)，無(wu)法(fa)再(zai)次(ci)使(shi)用(yong)。

muqianyouyigefangfakeyiquebaodianchizuneidesuoyouxiaodianchidounengchongmandian，jijiangdianliufenliuzhipangludianzu，chengweibeidongpinghengfangfa。gaifangfakejiangbuxuyaodechongdiandianliufenliuzhidianzu，rangdianzuhaosanzhexiedianliu，yimiandianchiguoliangchongdian。zhegegonglvhaosangongnengkejiangdianchifenliuchulaidedianliuxiandingzaimouyifanweinei。

被動平衡方法無法在電池放電時發揮作用
，因此必須尋求其他辦法。

即ji使shi電dian池chi組zu內nei的de不bu同tong小xiao電dian池chi之zhi間jian取qu得de高gao度du的de平ping衡heng
，其qi儲chu電dian量liang也ye是shi不bu盡jin相xiang同tong。這zhe個ge現xian象xiang稱cheng為wei儲chu電dian量liang失shi衡heng。即ji使shi不bu同tong小xiao電dian池chi的de儲chu電dian量liang在zai開kai始shi時shi完wan全quan相xiang同tong，但dan由you於yu部bu分fen小xiao電dian池chi的de內nei部bu損sun耗hao較jiao大da，因yin此ci到dao後hou來lai它ta們men的de實shi際ji儲chu電dian量liang也ye會hui各ge不bu相xiang同tong。此ci外wai，同tong一yi廠chang商shang生sheng產chan的de小xiao電dian池chi都dou各ge有you不bu同tong的de性xing能neng參can數shu，因yin此ci廠chang商shang通tong常chang會hui嚴yan格ge挑tiao選xuan參can數shu差cha距ju最zui少shao的de小xiao電dian池chi放fang在zai同tong一yi電dian池chi組zu內nei。但dan整zheng個ge測ce試shi過guo程cheng需xu要yao花hua費fei較jiao多duo時shi間jian，而er且qie不bu合he格ge的de小xiao電dian池chi會hui被bei篩shai出chu，這zhe樣yang會hui增zeng加jia廠chang商shang的de成cheng本ben負fu擔dan。隨sui著zhe電dian池chi老lao化hua，其qi儲chu電dian量liang也ye會hui相xiang應ying遞di減jian，令ling各ge小xiao電dian池chi的de參can數shu差cha距ju進jin一yi步bu擴kuo大da。加jia上shang電dian池chi組zu內nei不bu同tong的de小xiao電dian池chi各ge有you不bu同tong的de溫wen度du梯ti度du，因yin此ci小xiao電dian池chi的de老lao化hua程cheng度du也ye各ge不bu相xiang同tong。熱re量liang管guan理li技ji術shu可ke以yi在zai電dian池chi平ping衡heng方fang麵mian發fa揮hui關guan鍵jian作zuo用yong，但dan引yin進jin這zhe種zhong技ji術shu會hui大da幅fu增zeng加jia成cheng本ben。

實際儲電量較低而且呈“弱勢”的小電池承受最大的放電壓力，因此耗電最快

，令其充電量比其他強勢電池少。經過一段時間的使用之後
，這類“弱勢”的小電池會較快老化，儲電量的跌幅也較大。換言之，這些小電池的壽命會更短
，整個電池組的壽命也會因此而縮短。
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主動平衡的解決方案

主動平衡方法可以解決鋰電池所麵對的問題。主動平衡係統無需先將電池電流分流
，然後再將電流耗散，其優勝之處是可以通過直流/直流轉換器將電荷傳送至電池組內的小電池。無論小電池處於充電、fangdianhaishikongxianzhuangtai，doukechuansongdianhe
，ergexiaodianchizhijianyekejingchangbaochipingheng。youyuzhudongpinghengfangfadedianhechuansongxiaolvjigao，yincikeyitigongjiaogaodepinghengdianliu，lingdianchizuneigexiaodianchikeyigengkuaididadaopingheng

，erqiechongdiansuduyegenggao，zheshibeidongpinghengfangfasuowufazuodaode。

空kong閑xian的de電dian池chi也ye會hui漏lou電dian，而er且qie即ji使shi不bu同tong的de小xiao電dian池chi之zhi間jian已yi達da到dao完wan全quan平ping衡heng狀zhuang態tai，由you於yu溫wen度du梯ti度du不bu同tong
，令ling各ge小xiao電dian池chi的de內nei部bu漏lou電dian速su度du各ge不bu相xiang同tong，以yi致zhi電dian荷he漏lou失shi率lv也ye各ge不bu相xiang同tong。電dian池chi溫wen度du每mei升sheng高gao10 ℃，loudianlvbianshangshengyibei。zhudongpinghenggongnengkeyiquebaokongxiandexiaodianchibuduanzhongxinxunqiupingheng。butongxiaodianchizhijianbixujingchangbaochipinghengcaikechongfenliyongdianchizuneidesuoyouchudian。

圖1xianshilezhudongpinghengfangfaxiangbibeidongpinghengfangfadeyoushi。youyudianchigeyoubutongdechudianliang，caiyongbeidongpinghengfangfa

，dianchizudezongchudianliangxiangdengyuchongdianshidezuigaohezuidichudianliangzhijiandechae。 整(zheng)個(ge)電(dian)池(chi)組(zu)可(ke)以(yi)不(bu)斷(duan)放(fang)電(dian)，直(zhi)至(zhi)某(mou)一(yi)小(xiao)電(dian)池(chi)的(de)儲(chu)電(dian)量(liang)已(yi)降(jiang)至(zhi)其(qi)最(zui)低(di)水(shui)平(ping)為(wei)止(zhi)

，此(ci)時(shi)其(qi)他(ta)小(xiao)電(dian)池(chi)還(hai)有(you)未(wei)用(yong)的(de)殘(can)餘(yu)電(dian)能(neng)，因(yin)此(ci)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)實(shi)際(ji)儲(chu)電(dian)量(liang)（充電量）會減少。

由(you)於(yu)主(zhu)動(dong)平(ping)衡(heng)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)在(zai)充(chong)電(dian)時(shi)利(li)用(yong)高(gao)效(xiao)率(lv)的(de)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)器(qi)傳(chuan)送(song)電(dian)荷(he)
，因(yin)此(ci)儲(chu)電(dian)量(liang)不(bu)同(tong)的(de)小(xiao)電(dian)池(chi)可(ke)完(wan)全(quan)充(chong)滿(man)電(dian)，而(er)且(qie)功(gong)率(lv)損(sun)耗(hao)可(ke)以(yi)減(jian)至(zhi)最(zui)少(shao)。若(ruo)采(cai)用(yong)被(bei)動(dong)平(ping)衡(heng)方(fang)法(fa)，部(bu)分(fen)電(dian)荷(he)會(hui)被(bei)耗(hao)散(san)掉(diao)，但(dan)主(zhu)動(dong)平(ping)衡(heng)方(fang)法(fa)會(hui)將(jiang)這(zhe)些(xie)電(dian)荷(he)傳(chuan)送(song)到(dao)儲(chu)電(dian)量(liang)較(jiao)大(da)的(de)小(xiao)電(dian)池(chi)。放(fang)電(dian)時(shi)情(qing)況(kuang)也(ye)大(da)致(zhi)相(xiang)同(tong)
，由(you)於(yu)大(da)容(rong)量(liang)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)能(neng)可(ke)以(yi)重(zhong)新(xin)分(fen)配(pei)到(dao)容(rong)量(liang)較(jiao)小(xiao)的(de)電(dian)池(chi)之(zhi)內(nei)，因(yin)此(ci)所(suo)有(you)小(xiao)電(dian)池(chi)都(dou)可(ke)充(chong)分(fen)放(fang)電(dian)，電(dian)池(chi)組(zu)內(nei)不(bu)會(hui)有(you)殘(can)餘(yu)的(de)電(dian)能(neng)留(liu)下(xia)。具(ju)備(bei)主(zhu)動(dong)平(ping)衡(heng)功(gong)能(neng)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)擁(yong)有(you)較(jiao)大(da)的(de)實(shi)際(ji)儲(chu)電(dian)量(liang)，這(zhe)方(fang)麵(mian)比(bi)被(bei)動(dong)平(ping)衡(heng)的(de)電(dian)池(chi)優(you)勝(sheng)。

zhudongpinghengxitongdexingnengqujueyupinghengdianliuyudianchichongdianhefangdianlvzhijiandebilv。dianchidebupinghenglvyuegaoerqiechongdianhuofangdianlvyueda

，suoxudepinghengdianliubianyuegao。zhudongshidianchiguanlixitongkeyizaichongdianhuofangdianshiweixiaodianchizhijiandechudianliangchaetigongbuchang（假設采用的平衡電流恒定不變），圖2顯示這個差額的補償數值。 [page]
針對電池模塊的平衡方法

電dian動dong汽qi車che的de電dian池chi組zu一yi般ban內nei含han多duo達da幾ji百bai枚mei的de小xiao電dian池chi，全quan部bu劃hua分fen為wei多duo個ge不bu同tong的de模mo塊kuai。小xiao電dian池chi之zhi間jian與yu各ge模mo塊kuai之zhi間jian都dou同tong樣yang必bi須xu保bao持chi平ping衡heng
，因yin為wei不bu同tong模mo塊kuai各ge有you不bu同tong參can數shu，不bu同tong的de溫wen度du也ye會hui影ying響xiang性xing能neng以yi及ji令ling模mo塊kuai出chu現xian不bu同tong程cheng度du的de老lao化hua，而er且qie電dian池chi組zu必bi須xu定ding期qi檢jian查zha，甚shen至zhi要yao不bu時shi更geng換huan舊jiu模mo塊kuai。

以上介紹的平衡方法忽略了模塊之間互相傳送電荷的問題。

youyizhongfangfakequebaomokuaizhijianbaochipingheng，jijiangmeiyimokuaidexiaodianchiyulinjinmokuaineideqizhongyimeixiaodianchilianjieyiqi，yibianzailiangzhezhijianjianliyitiaochuansongdianhedelujing。gaifangfadequedianshixiaolvjiaodi，yinweidianhebixuxianchuansongzhimouyixiaodianchi，ranhouzaifenpeigeimokuaineideqitaxiaodianchi。ruodianheyaochuansongdaojiaoyuandemokuai，dianhebianxuyaofenkaiduocichuansong，lingxiaolvjinyibuxiajiang。

美國國家半導體的主動平衡電池管理係統解決方案

meiguoguojiabandaotidezhudongpinghengdianchiguanlixitongshiyigeshiyongyudaxinglidianchidequanfangweixitongjiejuefangan。jibenshang，zheshiyikuaiyinzhidianluban，qizhongpeizhileduoketeshuyingyongjichengdianlu（ASIC），因此可以提供主動電池平衡、高精度數據采集、保護及完善的電池管理等功能。

美mei國guo國guo家jia半ban導dao體ti的de電dian池chi管guan理li係xi統tong采cai用yong優you化hua的de隔ge離li式shi電dian感gan拓tuo撲pu結jie構gou，可ke以yi提ti供gong高gao效xiao率lv及ji高gao電dian流liu的de電dian池chi平ping衡heng功gong能neng，確que保bao各ge模mo塊kuai內nei及ji各ge模mo塊kuai之zhi間jian保bao持chi高gao度du平ping衡heng。電dian荷he可ke在zai同tong一yi模mo塊kuai內nei的de任ren何he小xiao電dian池chi之zhi間jian以yi及ji在zai不bu同tong模mo塊kuai之zhi間jian雙shuang向xiang傳chuan送song
，這zhe樣yang可ke將jiang傳chuan送song過guo程cheng中zhong的de轉zhuan發fa次ci數shu減jian至zhi最zui少shao
，而er且qie小xiao電dian池chi之zhi間jian和he模mo塊kuai之zhi間jian可ke以yi同tong時shi取qu得de平ping衡heng。係xi統tong也ye可ke通tong過guo智zhi能neng控kong製zhi算suan法fa選xuan擇ze最zui理li想xiang的de平ping衡heng策ce略lve，以yi便bian優you化hua係xi統tong性xing能neng。此ci外wai

，由you於yu這zhe套tao係xi統tong采cai用yong模mo塊kuai式shi的de架jia構gou，因yin此ci係xi統tong的de規gui模mo具ju有you較jiao大da的de靈ling活huo性xing。由you於yu一yi塊kuai電dian路lu板ban可ke以yi管guan理li多duo個ge內nei含han多duo達da14枚(mei)小(xiao)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)池(chi)模(mo)塊(kuai)
，因(yin)此(ci)負(fu)責(ze)管(guan)理(li)這(zhe)些(xie)模(mo)塊(kuai)的(de)每(mei)一(yi)塊(kuai)電(dian)路(lu)板(ban)都(dou)可(ke)堆(dui)疊(die)在(zai)一(yi)起(qi)
，以(yi)便(bian)管(guan)理(li)高(gao)壓(ya)電(dian)池(chi)組(zu)。堆(dui)疊(die)一(yi)起(qi)的(de)模(mo)塊(kuai)基(ji)本(ben)上(shang)沒(mei)有(you)數(shu)目(mu)上(shang)的(de)限(xian)製(zhi)，唯(wei)一(yi)的(de)條(tiao)件(jian)是(shi)模(mo)塊(kuai)電(dian)壓(ya)不(bu)可(ke)超(chao)過(guo)絕(jue)緣(yuan)元(yuan)器(qi)件(jian)的(de)最(zui)高(gao)額(e)定(ding)電(dian)壓(ya)。平(ping)衡(heng)電(dian)流(liu)的(de)大(da)小(xiao)取(qu)決(jue)於(yu)所(suo)選(xuan)擇(ze)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)，工(gong)程(cheng)師(shi)可(ke)以(yi)按(an)照(zhao)需(xu)要(yao)選(xuan)擇(ze)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)，以(yi)便(bian)在(zai)成(cheng)本(ben)與(yu)性(xing)能(neng)之(zhi)間(jian)作(zuo)出(chu)適(shi)當(dang)的(de)取(qu)舍(she)，確(que)保(bao)兩(liang)者(zhe)都(dou)符(fu)合(he)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)。

chulezhixingdianhepinghenggongnengzhiwai，dianchiguanlixitonghaifuzequanmianjiankongdianchizudecaozuo，quebaoxitongnengyiqiansuoweiyoudejingqueduceliangdianchizuneimeiyixiaodianchidedianya。meiguoguojiabandaotidemoniqianduandianlufuzepinghengdianhe，erqiezaizhefangmianyizhifahuiguanjiandezuoyong，danchucizhiwai
，moniqianduandianluhaikebaozhengyouguandianchizuchongdianliangjijiankangqingkuangdegusuanshuzhizhunquewuwu。

電池管理係統在極短時間內完成電池組內所有小電池的電壓測量。換言之
，整個電池組內所有小電池的測量工作都會同步進行。

電池管理係統的內部設有多層診斷和故障檢測電路，可以檢測電池欠壓
、過壓

、通信故障
、傳chuan感gan器qi線xian路lu開kai路lu以yi及ji電dian池chi過guo熱re等deng故gu障zhang情qing況kuang
，並bing向xiang主zhu控kong製zhi器qi發fa送song報bao告gao。另ling外wai


，係xi統tong還hai有you冗rong餘yu故gu障zhang檢jian測ce電dian路lu，可ke以yi通tong過guo主zhu硬ying件jian和he固gu件jian通tong道dao之zhi外wai的de其qi他ta通tong道dao通tong報bao故gu障zhang情qing況kuang。有you關guan參can數shu會hui與yu儲chu存cun在zai固gu件jian內nei的de可ke編bian程cheng閾yu值zhi互hu相xiang比bi較jiao，內nei置zhi比bi較jiao器qi的de獨du立li式shi故gu障zhang檢jian波bo器qi也ye會hui同tong時shi監jian控kong有you關guan數shu值zhi。

每一電路板都配備一個多接點的絕緣CAN總線接口，讓電路板可與其他模塊及主控製器進行高速通信。電路板也可利用CAN總線執行多種不同的診斷、可編程和可配置功能。

由(you)於(yu)這(zhe)套(tao)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)能(neng)夠(gou)準(zhun)確(que)平(ping)衡(heng)電(dian)壓(ya)和(he)準(zhun)確(que)估(gu)算(suan)充(chong)電(dian)量(liang)
，因(yin)此(ci)可(ke)確(que)保(bao)係(xi)統(tong)能(neng)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)電(dian)池(chi)組(zu)內(nei)的(de)儲(chu)電(dian)，進(jin)一(yi)步(bu)延(yan)長(chang)行(xing)程(cheng)裏(li)數(shu)，而(er)且(qie)還(hai)可(ke)通(tong)過(guo)先(xian)進(jin)可(ke)靠(kao)的(de)“剩餘容量估算功能”幫助駕駛者準確預測所餘“行程裏數”，讓他們安心駕駛。

由於美國國家半導體的電池管理係統具備許多先進功能，因此無論電池處於充電
、fangdianhaishikongxianzhuangtai，zhetaodianchiguanlixitongdoukezhunquekongzhidianchizuneigexiaodianchidechongdianliang
，youzhuyudafutigaodianchizudeanquanxinghekekaoxing
，yijiyanchangqishoumingzhouqi。

這套電池管理係統可為汽車用大型電池

、汽(qi)車(che)充(chong)電(dian)站(zhan)儲(chu)電(dian)係(xi)統(tong)和(he)較(jiao)小(xiao)型(xing)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)提(ti)供(gong)一(yi)個(ge)先(xian)進(jin)而(er)有(you)效(xiao)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。其(qi)獨(du)特(te)之(zhi)處(chu)在(zai)於(yu)一(yi)方(fang)麵(mian)適(shi)用(yong)於(yu)大(da)型(xing)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)，而(er)另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)又(you)與(yu)其(qi)他(ta)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)不(bu)同(tong)，沒(mei)有(you)采(cai)用(yong)舊(jiu)式(shi)小(xiao)型(xing)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)設(she)計(ji)，因(yin)此(ci)性(xing)能(neng)遠(yuan)比(bi)其(qi)他(ta)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)係(xi)統(tong)優(you)勝(sheng)。