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TI利用自动电池平衡 强化EV热管理与续航力
 

【CTIMES/SmartAuto 編輯部 报导】   2021年02月25日 星期四

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电池单元平衡对电动车电池管理十分重要,因为它可帮助延长车辆行驶距离,并确保EV电池运作。此外,透过电池单元平衡,还能修正电池本身内部的不平衡。所有电池(包含EV中的电池)都会因制造过程或操作条件不匹配,造成电池单元间老化不相等,随着时间发生不平衡情况。

各种平衡模式下的电池电量状态
各种平衡模式下的电池电量状态

当最弱的电池单元完全放电,电池便无法再提供电荷,即使其他电池单元仍剩下许多电荷。平衡电池单元可使电池组容量最大化并确保提供其所有能量,进而延长电池续航力,在EV电池则能延长行驶距离。

除了电池容量最大化外,电池单元平衡也可防止电池过度充电和过度放电以确保电池运作安全,两种情况都可能加快电池单元退化并产生潜在危险操作情境。

德州仪器Sudhir Nagaraj指出,电池单元平衡的主要方式有两种。一种是主动式电池平衡和被动式电池平衡。主动式电池平衡可重新分配电池单元的电荷,利用DC/DC转换器为容量较低的电池单元提供较高容量。目前电池单元制造与筛选分类已大幅改善,可在电池组内提供非常低的电池单元不匹配。因此可避免在操作一开始,需对较大电池单元平衡电流所产生的较大电池单元不匹配情况进行平衡。若以较小平衡电流频繁进行电池单元平衡,可对操作期间任何逐渐形成的不匹配进行管理。

另一种则是被动式平衡,通常会透过散热功能移除容量较大电池单元中的电荷,直到所有电池单元电荷数量皆相同为止。被动式平衡与主动式平衡的主要差异,在於被动式平衡不会分配能量而是耗散能量,直到所有初电荷较高与最低电荷的电池单元相匹配为止。被动式平衡方法较简单且成本较低,因此较受欢迎。

Sudhir Nagaraj解释,被动式平衡会在与电池单元并联的电阻器中进行切换,并将能量耗散至该电阻器中,以将电荷自过度充电的电池单元移除。此能量耗散会造成电池单元和用来进行耗散的开关与电阻器温度升高。务必尽可能将锂电池单元的温度维持在室温。否则在内部热产生率超过热释放率时,就可能导致热失控。

若因结构改变和电极形成表面薄膜造成温度上升,将会加快锂电池单元退化。此外,累积过多热能可能会对电池单元平衡开关与电阻器造成损害。

典型的EV具有大量电池单元和电池单元平衡开关与电阻器,且通常会采用近距离封装,因此在进行被动式平衡时,务必对电池与其电池管理系统进行散热功能管理,Sudhir Nagaraj强调。

TI的BQ79616-Q1会利用装置内部的开关,来执行被动式电池单元平衡。因为有这些开关,BQ79616-Q1可在电池单元平衡执行期间於内部进行散热功能。热点位於装置的印刷电路板 (PCB)和平衡电阻器上。BQ79616-Q1提供两个热管理功能,以避免晶粒过热并监视PCB温度。

其中一个热管理功能会监控晶粒温度,另一个则监控热敏电阻温度。晶粒高温会触发微控制器(MCU)故障,进而暂停电池单元平衡以使 IC 温度下降。当 IC 温度下降且故障排除,MCU便可命令BQ79616-Q1恢复电池单元平衡。

在热敏电阻监控下,若温度超过暂停??值,BQ79616-Q1便会自动暂停平衡。温度下降至复原??值以下时,平衡将会自动恢复。此情况下,BQ79616-Q1会在无MCU介入下暂停并恢复电池单元平衡。

电池单元平衡暂停状态也会冻结所有平衡计时器和设定,当装置解除暂停状态後便会恢复。为了管理外部平衡电阻器所造成的热能上升,若任何连接至通用输入/输出的主动式热敏电阻侦测到温度高於设定之过热电池单元平衡阙值,BQ79616-Q1将可暂停所有通道上的电池单元平衡。一旦触发过热电池单元平衡侦测,当所有主动式热敏电阻侦测到温度低於设定复原阙值,便会恢复所有启用通道上的平衡。

自动电池单元平衡可帮助延长电池续航力,可为EV电池带来重要优势。若为MCU新增强化式IC热管理与故障显示(如BQ79616-Q1),将可以最具成本效益的方式,进行快速安全的电池单元平衡,可提高充电器间的电池操作时间,并能延长EV电池操作寿命。

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