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平衡铅酸电池

铅酸电池在众多的行业和应用中得到了广泛的使用。电信业采用一个由 4 节铅酸电池组成的串联堆栈来提供 48V 电池组。能量存储解决方案 (ESS) 使用多种串

铅酸电池在很多的职业和运用中得到了广泛的运用。电信业选用一个由 4 节铅酸电池组成的串联仓库来供给 48V 电池组。能量存储解决方案 (ESS) 运用多种串联和并联装备的铅酸电池来存储由风和太阳等可再生能源所发生的能量。在 UPS (不间断电源) 职业中大量地选用了串接式铅酸电池,以在失掉主电源时供给后备电源。高尔夫球车及其他工业电动车辆一般运用一个串接式铅酸电池组来供电。

在上面说到的一切比如中,都是把两个或更多的铅酸电池串接起来运用。当电池组中的某个铅酸电池发生毛病时,将需求替换串联仓库中的一切铅酸电池以坚持电池组的功能。这是一笔相当可观的费用。

当电池制作完结时,它们契合针对能量容量、ESR (有用串联电阻)、漏电流和放电循环次数等许多参数的严厉目标,旨在保证质量、保证最低寿数和满意各种规范。此外,这些标准目标仅适用于单个电池。由于制作工艺中的约束要素,电池标准中存在改动,并且当多个电池串联堆叠时这些标准目标不再适用于电池组。由于漏电流不持平,因而串联衔接的电池将随时刻而发生漂移,单个电池的容量有或许跟着时刻的推移而改动。极点的工作条件和频频的放电循环将使此类问题进一步加重,然后终究导致电池组中的某节电池呈现毛病。此刻,整个电池组被视为失效,且必需替换电池组中一切的电池。只替换那节失效电池自身并不能解决问题,由于替换的电池其特性将与电池组中的其他电池存在很大的差异,这将形成电池组毛病。这个问题关于选用任何化学组成电池制成的电池组都存在,并不仅限于铅酸电池。

在大多数串接式电池组中,仅丈量电池组顶端的电压,并假定电池组中的电池是匹配的,因而它们均等地同享电荷。图 1 描绘了一幅场景:电池组顶端电压被设置为 53.2V,可是单个电池的电压是不知道的,且或许并非都是 13.6V。由于并不是电池组的一切电池都将均匀地共享电荷,所以电池组中的某些电池或许严重地过度充电,而与此同时其间的某个电池则或许处于充电缺乏的状况。铅酸电池过度充电和充电缺乏都会导致电池寿数的缩短。

图 1:电池组顶端电压并非均匀地分配在电池组中的各个电池上

假如对铅酸电池进行过度充电,则导致电解液分解成氧气和氢气,然后使电池中的电解液液面下降。这会发生两个影响。电解液中的硫酸浓度添加,这将损坏电池极板并缩短电池寿数。并且,由于电解液液面下降,一部分极板现在露出于空气之中,因而引发极板氧化并下降电池容量。密封型铅酸 (SLA) 电池和凝胶电池对过度充电是特别灵敏,由于任何失掉的电解液都是无法代替的。铅酸电池充电缺乏会引起极板硫酸化,在此过程中硫酸与极板发生化学反应而形成了硫酸铅晶体。这下降了电池承受满充电的才能,充电缺乏的状况因而进一步地恶化。这将导致电池过早地失效。

为了延伸电池组的寿数,需求对电池组中的单个电池进行平衡。传统的观念是:对串联式铅酸电池组进行过度充电可完成电池组中单个电池的平衡,从理论上讲这有助于延伸电池寿数。但是,此种办法是有缺点的。

仅有能保证电池组中一切电池处于相同电压的办法是选用一种平衡解决方案,其将使过度充电的电池释放出剩余的电荷,而向充电缺乏的电池运送额外的电荷。有用的电池平衡解决方案需求一个开关网络,该网络可用于把电荷从一个电池移动至另一个电池以完成电池组的平衡。控制电路很杂乱,并且分立式施行方案体积巨大且价格昂贵。LTC3305 铅酸电池平衡器是业界创始、并且是仅有的一款自动铅酸电池平衡器,该器材可使串接式电池组中的单个电池到达互相平衡的状况。

图 2a 示出了一款运用电路,其间单个 LTC3305 用于对四个串接式铅酸电池施行平衡。电池组中的每节电池独自且次序地与一个辅佐电池相并联,该辅佐电池选用了一个由 10 个外部低 RDS(ON) NMOS 晶体管组成且受控于 LTC3305 的网络。假如电压不同,那么电流将在适宜的方向上活动,直到电池组中单个电池的电压与辅佐电池的电压持平停止。LTC3305 随后换向至电池组中的下一节电池。该续发事情将继续 (1、2、3、4、1、2、3、4),直至电池组中一切电池 (和辅佐电池) 的电压均被平衡至一个规则的门限之内,如图 2b 中的曲线所示。在任何衔接期间所答应活动之电流的最大值受限于一个外部正温度系数 (NTC) 热敏电阻元件。

图 2:完好的四电池平衡器

LTC3305 供给了两种操作形式 (可通过 MODE 引脚来设置) 和四种停止门限 (可通过 TERM1 和 TERM2 引脚来编程)。别的,LTC3305 还具有过压和欠压比较器,这些比较器担任监督电池电压,并在电池电压超越编程门限时陈述毛病。欠压和过压门限可别离选用 VL 和 VH 引脚 (连同 ISET 引脚) 来设置。

可把多个 LTC3305 器材堆叠起来以平衡包括四个以上串接式铅酸电池的电池组。在图 3 中,选用了三个 LTC3305 器材来平衡一个电池组中多达 10 节的电池。每个 LTC3305 需求其自己的辅佐电池以履行平衡操作。

图 3:可把多个 LTC3305 器材堆叠起来以平衡四个以上串接式电池

选用 LTC3305 来平衡铅酸电池还具有其他的优点。低电压电路可从电池组的中心节点来供电,并不会在电池组中发生不平衡,如图 4 所示。这有助于下降解决方案本钱,由于分立式组件和 IC 的本钱是随额外电压而调理的。辅佐电池的容量对电池组容量起到了弥补效果,然后延伸了运转时刻。

图 4:低电压电路可从中心节点来供电

总归,铅酸电池组将从施行电荷平衡傍边获益。通过平衡的电池组可协助将电池组的运转时刻延伸至超越电池组中最低容量电池的运转时刻。并且,电池寿数也延伸了,然后下降了因毛病而替换电池组中电池所发生的费用。由 LTC3305 供给的完好铅酸电池平衡解决方案仅需很少的规划工作量即可完成电池组的平衡。

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