完美解决电池均衡性的低成本方案

所谓完美其一是电路简单成本低，其二是非耗能不影响电池容量





图1-1 电池均衡电路
电路连接方式如图1所示每组模块功能都相同可以根据电池组的数量自由组合，模块中包含一个开关管、三个二极管、两个变压器、一个电感及一个光耦（驱动开关管用）仅此而已。各模块的驱动信号可由外部一占空比不变的定频信号提供，也可由各模块内部自行提供，信号无同频同相位要求，这种电路还有一个优点就是不需采样电压信号。这种均衡电路简单元件少控制简单，电路只处理不平衡的功率所以只需小颗的功率元件，当然根据实际应用对要求快速均衡的或电池极其不平衡的应选取适当的功率元件。


在均衡电路中没有阻性元件，开关管工作于开关状态整个电路无损耗，电路只有一种模式——Buck模式，这种模式的特点是只要保持占空比固定不变就能保证输出电压不受负载影响而保持恒定。由于电路内部的特殊接法这种均衡电路能双向工作，电压高的电池组通过Buck向电压低的释放电量，这种方式不仅能保持电池电压的平衡还能保持电量的平衡，即充电时大、小容量的电池都能充满放电时大、小容量的电池都能用尽做到物尽其用。当所有电池组平衡后电路无电压差Buck电路“停止”工作。
下面是对这种均衡电路的仿真
在DC电源上串联一电阻构成电池模型如图1-1，假设三组电池不平衡内阻分别为100欧姆、10欧姆、1欧姆每组DC电源300V，由于电池内阻的存在当电池组接不同的负载时输出电压会发生变化，当负载较轻时输出电压接近开路电压900V如图1-2



图1-2 负载100K欧姆的电池电压

当负载加重后由于内阻的分压各电池组的电压都有所下降在均衡电路的作用下仍然保持原来的1:2:3的比例如图1-3



图1-3 负载100欧姆的电池电压

当负载继续加重电池输出电压降的更厉害但输出电压依然保持比例见图1-4



图1-4 负载10欧姆的电池电压

为验证这种均衡电路也能实现电量均衡将其中一组电池组从电路中断开，结果如下图1-5



图1-5 负载10欧姆其中一组电池断路的电池电压

从图1-5可见这种均衡电路可用两组电池实现三组电池的效果，换句话说只要任意一组电池有电整个电池组就可以正常使用直到所有电池电量用尽。
这种电路还有一个待改进的地方，当各组电池平衡后开关管依然动作这个开关损耗不可避免，所以最好的方案是借鉴电源控制方法在电池平衡后降低开关频率或关闭开关，实现零“待机”损耗。