由串聯的、高功率密度、高峰值功率鋰聚合物或鋰鐵磷酸(LiFePO4)電池組成的大型電池組被普遍用於全電動(EV或者BEV)
，混合燃氣/電動汽車(HEV和插電式混合電動汽車或PHEV)
、儲能係統(ESS)等各種應用中。據預測
，電動汽車市場對大規模串聯/並聯電池組將有很強的需求。PEV和EV銷售在2012～2020年度的複合增長率(CAGR)將達到37.4%。對大容量電池的需求越來越強烈，而電池價格一直非常高
，它是EV或PHEV價格最高的組件，能行駛幾十公裏範圍的電池價格通常就要超過10,000美元。

高成本可以通過使用低成本/翻新電池來減輕成本壓力
，但這類電池會有較大的容量不匹配問題，這會縮短可使用時間和在一次充電後的行駛距離。即使是成本較高
、質量較好的電池也會老化
，不斷重複使用會導致電池失配。要提高具不匹配電池的電池組容量可以通過兩種方式來實現：開始時采用較大的電池，但這樣做非常不符合成本效益；或采用主動平衡，該新技術可恢複電池組的電池容量，正有快速上升勢頭。

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所有的串聯連接電池必需保持電荷平衡

當一個電池組中的每節電池具備相同的電荷狀態(SoC)時

，這些電池就是“平衡”的。SoC指的是個別電池在充電和放電狀態下
，相對於其最大容量的剩餘容量。例如：一個剩餘容量為5Ahr的10Ahr電池具有50%的SoC。所有的電池都必須保持在某個SoC範圍之內以避免受損或壽命縮短。可容許的SoC最小值和最大值因應用而異。在最重視電池運行時間的應用中，所有電池都可以在20%的SoC最小值和100%的最大值(滿充電狀態)之間工作。而就要求電池壽命最長的應用而言
，可能將SoC範圍限製在30%最小值和70%最大值之間。在電動型汽車和電網存儲係統中
，這些數值是典型的SoC限製，電動型汽車和電網存儲係統使用非常大和非常昂貴的電池
，更換費用極高。電池管理係統(BMS)的主要作用是，仔細監視電池組中的所有電池，確保每一節電池的充電或放電都不超出該應用充電狀態限製的最小值和最大值。

在采用串聯/並(bing)聯(lian)電(dian)池(chi)陣(zhen)列(lie)時(shi)
，並(bing)聯(lian)連(lian)接(jie)電(dian)池(chi)會(hui)相(xiang)互(hu)自(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)，這(zhe)種(zhong)假(jia)定(ding)一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)是(shi)對(dui)的(de)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)，隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)推(tui)移(yi)，隻(zhi)要(yao)電(dian)池(chi)接(jie)線(xian)端(duan)子(zi)之(zhi)間(jian)存(cun)在(zai)傳(chuan)導(dao)通(tong)路(lu)

，那(na)麼(me)在(zai)並(bing)聯(lian)連(lian)接(jie)的(de)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)


，電(dian)荷(he)狀(zhuang)態(tai)就(jiu)會(hui)自(zi)動(dong)平(ping)衡(heng)。串(chuan)聯(lian)連(lian)接(jie)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)荷(he)狀(zhuang)態(tai)會(hui)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)而(er)分(fen)化(hua)
，這(zhe)種(zhong)假(jia)定(ding)也(ye)是(shi)對(dui)的(de)。由(you)於(yu)電(dian)池(chi)組(zu)各(ge)處(chu)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)率(lv)的(de)不(bu)同(tong)，或(huo)者(zhe)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)阻(zu)抗(kang)不(bu)同(tong)、自放電速率或加載之不同，SoC會hui逐zhu步bu發fa生sheng變bian化hua。盡jin管guan電dian池chi組zu的de充chong電dian和he放fang電dian電dian流liu往wang往wang使shi電dian池chi之zhi間jian的de這zhe些xie差cha異yi顯xian得de不bu那na麼me重zhong要yao，但dan是shi累lei積ji起qi來lai的de失shi配pei會hui越yue來lai越yue大da，除chu非fei對dui電dian池chi進jin行xing周zhou期qi性xing的de平ping衡heng。之zhi所suo以yi要yao實shi現xian串chuan聯lian連lian接jie電dian池chi的de電dian荷he平ping衡heng，最zui基ji本ben的de原yuan因yin就jiu是shi補bu償chang各ge節jie電dian池chiSoC的逐步變化。通常，在一個各節電池具有嚴密匹配之容量的電池組中，運用被動或耗散電荷平衡方案足以使SoC重新達到平衡。

如圖1A所(suo)示(shi)
，無(wu)源(yuan)平(ping)衡(heng)簡(jian)單(dan)而(er)且(qie)成(cheng)本(ben)低(di)廉(lian)。不(bu)過(guo)，無(wu)源(yuan)平(ping)衡(heng)速(su)度(du)非(fei)常(chang)慢(man)，在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)內(nei)部(bu)產(chan)生(sheng)不(bu)想(xiang)要(yao)的(de)熱(re)量(liang)，而(er)平(ping)衡(heng)是(shi)通(tong)過(guo)降(jiang)低(di)所(suo)有(you)電(dian)池(chi)的(de)餘(yu)留(liu)容(rong)量(liang)，以(yi)與(yu)電(dian)池(chi)組(zu)中(zhong)SoC值最低的電池相匹配。由於另一個常見的問題“容量失配”，無源平衡還缺乏有效應對SoC誤(wu)差(cha)的(de)能(neng)力(li)。隨(sui)著(zhe)老(lao)化(hua)，所(suo)有(you)電(dian)池(chi)的(de)容(rong)量(liang)都(dou)會(hui)減(jian)小(xiao)，而(er)且(qie)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)減(jian)小(xiao)的(de)速(su)率(lv)往(wang)往(wang)是(shi)不(bu)同(tong)的(de)，原(yuan)因(yin)與(yu)之(zhi)前(qian)所(suo)述(shu)的(de)類(lei)似(si)。因(yin)為(wei)流(liu)進(jin)和(he)流(liu)出(chu)所(suo)有(you)串(chuan)聯(lian)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)電(dian)流(liu)是(shi)相(xiang)等(deng)的(de)，所(suo)以(yi)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)可(ke)用(yong)容(rong)量(liang)由(you)電(dian)池(chi)組(zu)中(zhong)容(rong)量(liang)最(zui)小(xiao)的(de)電(dian)池(chi)決(jue)定(ding)。隻(zhi)有(you)采(cai)用(yong)有(you)源(yuan)平(ping)衡(heng)方(fang)法(fa) (如圖1B和1C中所示的那些方法)才能向電池組各處重新分配電荷，以及補償由於不同電池之間的失配而導致容量的減小。 

電池之間的失配將大幅度地縮短運行時間

電池之間無論是容量還是SoC之(zhi)間(jian)的(de)失(shi)配(pei)都(dou)可(ke)能(neng)嚴(yan)重(zhong)縮(suo)短(duan)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)可(ke)用(yong)容(rong)量(liang)

，除(chu)非(fei)這(zhe)些(xie)電(dian)池(chi)是(shi)平(ping)衡(heng)。要(yao)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)提(ti)高(gao)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)容(rong)量(liang)，就(jiu)要(yao)求(qiu)在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)充(chong)電(dian)和(he)電(dian)池(chi)組(zu)放(fang)電(dian)時(shi)電(dian)池(chi)都(dou)是(shi)平(ping)衡(heng)。
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在圖2所示的例子中，電池組由10節電池串聯組成，每節電池的容量均為100Ahr(標稱值)
，容量最小的電池與容量最大的電池之間的容量誤差為±10%，對該電池組充電或放電，直至達到預定的SoC限製為止。如果SoC值限製在 30%～70%之間，而且沒有進行容量平衡，那麼在一個完整的充電/放電周期之後
，相對於這些電池的理論可用容量，可用電池組容量降低了25%。在電池組充電階段，無源平衡從理論上可以讓每節電池的SoC相同，但是在放電時，無法防止第10節電池在其他電池之前達到30%的SoC值。即使在電池組充電時采用無源平衡，在電池組放電時也會顯著“丟失”容量(容量不可用)。隻有有源平衡解決放案才能實現“容量恢複”，有源平衡解決方案在電池組放電時從SoC值較高的電池向SoC值較低的電池重新分配電荷。

圖3說明了怎樣采用“理想的”有源平衡，使由於電池之間的失配而“丟失”的容量得到100%的恢複。在穩定狀態使用時，當電池組從70%SoC的“滿”再充電狀態放電時，實際上必須從第1號電池(容量最高的電池)取出所存儲的電荷

，將其轉移到第10號電池(容量最低的電池)
，否則，第10號電池會在其他電池之前達到其30%的最低SoC點，而且電池組放電必須止
，以防止進一步縮短壽命。類似地，在充電階段，電荷必須從第10號電池移走，井重新分配給第1號電池，否則第10號電池會首先達到其70%的SoCshangxian，erqiechongdianzhouqibixutingzhi。zaidianchizugongzuoshoumingqidemoushidianshang，dianchilaohuadechayijiangbukebimiandidaozhidianchizhijianderongliangshipei。zhiyouyouyuanpinghengjiejuefangancainengshixian“容量恢複”，這種解決方案按照需要，從SoC值高的電池向SoCzhididedianchizhongxinfenpeidianhe。yaozaidianchizudeshoumingqineishixianzuidadedianchizurongliang
，jiuxuyaocaiyongyouyuanpinghengjiejuefangan，yigaoxiaolvdigeimeijiedianchichongdianhefangdian，zaidianchizugechubaochiSoC平衡。


高效率雙向平衡提供最強的容量恢複能力

LTC3300-1(見圖4)是一個新產品
，，專門為滿足高性能有源平衡的需求而設計。LTC3300-1是一款高效率、雙向有源平衡控製IC,是高性能BMS的關鍵組件。每個IC都能同時平衡多達6節串聯連接的鋰離子(Li-Ion)或磷鐵鋰(LiFePO4)電池。
SoC平衡通過在一節選定的電池和一個由多達12節或更多節相鄰電池構成的子電池組之間重新分配電荷來實現。平衡決策和平衡算法必須由單獨的監視器件以及控製LTC3300-1的係統處理器來應對。電荷從一個指定電池重新分配給12節或更多相鄰電池組成的電池組，以給該電池放電。類似地，從12節(jie)或(huo)更(geng)多(duo)相(xiang)鄰(lin)電(dian)池(chi)組(zu)成(cheng)的(de)電(dian)池(chi)組(zu)將(jiang)電(dian)荷(he)轉(zhuan)移(yi)給(gei)一(yi)個(ge)指(zhi)定(ding)的(de)電(dian)池(chi)，以(yi)給(gei)該(gai)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)。所(suo)有(you)平(ping)衡(heng)器(qi)可(ke)能(neng)同(tong)時(shi)在(zai)任(ren)一(yi)方(fang)向(xiang)上(shang)工(gong)作(zuo)，以(yi)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)縮(suo)短(duan)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)平(ping)衡(heng)時(shi)間(jian)。所(suo)有(you)平(ping)衡(heng)控(kong)製(zhi)命(ming)令(ling)都(dou)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)可(ke)疊(die)置(zhi)和(he)噪(zao)聲(sheng)裕(yu)度(du)很(hen)大(da)的(de)串(chuan)行(xing)SPI接口提供給每一個IC，對電池組的高度沒有限製。
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LTC3300中每個平衡器都采用非隔離式、邊界模式同步反激式電源級，以實現對每一節電池的高效率充電和放電(見圖5)。6個平衡器中的每一個都需要自己的變壓器。每個變壓器的“主”端跨接在接受平衡的電池上
，“副”端跨接在12節(jie)或(huo)更(geng)多(duo)相(xiang)鄰(lin)電(dian)池(chi)上(shang)，包(bao)括(kuo)接(jie)受(shou)平(ping)衡(heng)的(de)電(dian)池(chi)。副(fu)端(duan)上(shang)電(dian)池(chi)的(de)數(shu)量(liang)僅(jin)受(shou)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)擊(ji)穿(chuan)電(dian)壓(ya)的(de)限(xian)製(zhi)。在(zai)相(xiang)應(ying)的(de)外(wai)部(bu)開(kai)關(guan)和(he)變(bian)壓(ya)器(qi)調(tiao)節(jie)範(fan)圍(wei)內(nei)，電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)和(he)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)可(ke)由(you)外(wai)部(bu)檢(jian)測(ce)電(dian)阻(zu)器(qi)設(she)定(ding)為(wei)高(gao)達(da)10A以上的值。

通過主端和副端組件進行的排序和IPEAK/IZERO電流檢測取決於平衡器是否啟動以給電池充電或放電。高效率是通過同步工作以及組件的恰當選擇實現的。每個平衡器都是通過BMS的係統處理器啟動的
，而且平衡器將保持啟動狀態，直到BMS發出停止的命令或指示檢測到故障。

平衡器效率事關緊要

dianchizumianduidedadirenzhiyishireliang。gaohuanjingwenduhuikuaisusuoduandianchishoumingbingjiangdiqixingneng。buxingdeshi，zaidadianliudianchixitongzhong，pinghengdianliuyebixuhengao
，yiyanchangyunxingshijianhuoshixiandianchizudekuaisuchongdian。ruguopinghengqidexiaolvbugao
，jiuhuizaidianchixitongneibudaozhibuxiangyaodereliang

，erqiezhegewentibixutongguojianshaonengzaigeidingshijianyunxingdepinghengqizhishulianglaijiejue，huotongguocaiyongangguidejiangdireliangfangfalaiyingdui。rutu6所示，LTC3300-1在充電和放電方向實現了>90%的效率
，與具備相同平衡器功耗、效率為80%dejiejuefanganxiangbi，zheyunxupinghengdianliutigaoyibeiduo。ciwai，genggaodepinghengqixiaolvyunxugengyouxiaodizhongxinfenpeidianhe，zhefanguolaiyoukechanshenggengyouxiaoderonglianghuifuhegengkuaisudechongdian。

局部電池負責完成大部分的平衡工作整個電池組內的電荷轉移是通過使副端接線交錯(如圖7所示)來實現的。以這種方式進行交錯將允許電荷在任何一組電池(6節)與(yu)一(yi)組(zu)相(xiang)鄰(lin)電(dian)池(chi)之(zhi)間(jian)來(lai)回(hui)轉(zhuan)移(yi)。請(qing)注(zhu)意(yi)，相(xiang)鄰(lin)的(de)電(dian)池(chi)在(zai)電(dian)池(chi)組(zu)中(zhong)既(ji)可(ke)以(yi)位(wei)於(yu)上(shang)方(fang)也(ye)可(ke)以(yi)位(wei)於(yu)下(xia)方(fang)。當(dang)優(you)化(hua)某(mou)種(zhong)平(ping)衡(heng)算(suan)法(fa)時(shi)這(zhe)種(zhong)靈(ling)活(huo)性(xing)是(shi)有(you)幫(bang)助(zhu)的(de)。關(guan)於(yu)任(ren)何(he)交(jiao)錯(cuo)式(shi)係(xi)統(tong)存(cun)在(zai)著(zhe)一(yi)種(zhong)常(chang)見(jian)的(de)誤(wu)解(jie)：將(jiang)電(dian)荷(he)從(cong)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)高(gao)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)頂(ding)端(duan)重(zhong)新(xin)分(fen)配(pei)至(zhi)底(di)端(duan)其(qi)效(xiao)率(lv)一(yi)定(ding)是(shi)極(ji)低(di)的(de)，這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)將(jiang)電(dian)荷(he)從(cong)電(dian)池(chi)組(zu)頂(ding)端(duan)移(yi)至(zhi)底(di)端(duan)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)大(da)量(liang)的(de)轉(zhuan)換(huan)。然(ran)而(er)，如(ru)圖(tu)7中給出的實例所示，大多數平衡隻是通過在與那些需要電荷平衡之電池的最靠近電池之間的電荷重新分配來完成。含有10個或更多電池的副端電池組使得一個電荷不足的電池(若不補充電荷則其將限製整個電池組工作時間)簡單地通過運行一個平衡器就能恢複其“丟失”容量的90%以上。因此，利用LTC3300D的交錯式拓撲將無須把電荷從電池組的頂端一路轉移至底端，大多數的平衡工作都是由相鄰的局部電池完成的。
安全是第一位的

除了提供卓越的電氣性能
，LTC3300雙向有源平衡器還提供眾多安全功能

，以防止平衡時出現差錯，並保持最高的可靠性。數據完整性檢查(對所有傳入和傳出的數據、看門狗定時器和數據回讀等進行CRC校驗)防止平衡器響應無意間發出或錯誤的命令。可編程伏-秒miao鉗qian位wei確que保bao在zai平ping衡heng時shi的de電dian流liu檢jian測ce故gu障zhang不bu會hui導dao致zhi電dian流liu失shi控kong情qing況kuang。逐zhu節jie電dian池chi的de過guo壓ya和he欠qian壓ya檢jian查zha以yi及ji副fu端duan過guo壓ya檢jian測ce可ke防fang止zhi在zai平ping衡heng時shi突tu然ran發fa生sheng的de電dian池chi線xian束shu故gu障zhang而er導dao致zhi損sun壞huai電dian路lu。

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