電池管理中的保護與均衡

電子發燒友網報道（文/李寧遠）電源相關的芯片，一直是很受關注的一類產品，電池保護芯片就是一類用于檢測單芯和多芯電池中各種故障情況的電源相關芯片?，F在的電池系統里，鋰離子電池的特性非常適合便攜式電子系統，但鋰離子電池需要在額定限值內工作，注重性能和安全性。

因此對鋰離子電池組的保護是必要且關鍵的，各種電池保護功能的應用就是為了避免諸如放電過流OCD和過熱OT等故障情況的發生，增強電池組的安全性。

電池管理引入均衡技術

首先說電池組最普遍的問題，一致性。單體電池組成電池組后容易發生熱失控，出現各種故障情況，這就是電池組不一致引發的問題。組成電池組的單體電池在容量、充電、放電各項參數上是不一致的，而“木桶效應”導致了屬性更差的單體電池會影響整個電池組的綜合性能。

電池均衡技術是公認的解決電池組一致性最好的辦法，均衡是通過調節均衡電流來調節不同容量電池的實時電壓，均衡能力越強，抑制電壓差擴大和防控熱失控的能力就越強，對電池組的適應性就更好。

這個和最簡單的基于硬件的保護器不一樣，電池保護器可以是基本過壓保護器，也可以是能夠對欠壓、溫度故障或電流故障進行響應的高級保護器。一般來說能提供電池均衡功能的，是電池監控器和電量監測計這種級別的電池管理IC。電池監控器提供電池均衡功能還會包含可配置性較高的IC保護功能，電量監測計的集成度則更高，包含了電池監控器的功能，并在其基礎之上集成了高級監測算法。

不過，現在也有一些電池保護IC還通過集成式FET將電池均衡功能加入進來，能夠在充電時，自動為高壓滿電的電池放電，保持串聯中電壓低的電池充電，從而使電池組達到平衡。在實現一整套的電壓、電流和溫度保護功能之外，電池保護IC也開始引入均衡功能適應多節電池的保護需求。

從初級保護到次級保護

最基礎的保護是過壓保護，所有的電池保護IC都會按照不同的保護等級提供過壓保護，在此基礎之上，有的是過壓加放電過流保護，有的是過壓加放電過流加過熱保護。對于一些高芯數的電池組，這種保護已經不足以滿足電池組的需求，這時候就需要具有電池自主均衡功能的電池保護IC。

這種保護IC屬于初級保護，控制充電和放電FET以響應不同類型的故障保護。這種均衡，可能很好地解決電池組熱失控的問題。單個電池積熱過多會導致電池組平衡開關和電阻的損壞，電池均衡讓電池組中的每個無缺陷電池應均衡到與其他缺陷電池相同的相對容量，降低熱失控出現的風險。

目前有主動均衡和被動均衡兩種途徑實現電池均衡，主動均衡就是把能量或者電荷從高電壓/高SOC的電池轉移到低SOC的電池，被動均衡則是運用電阻，將高電壓或高電荷量電芯的能量消耗掉，以達到減小不同電芯之間差距的目的。被動均衡的能量損耗和熱風險都是很高的，相比之下主動均衡效果更好，不過控制的算法難度很高。

從初級保護到次級保護，這時候電池系統都需要配置電池監視器或電量監測計來實現次級保護了。雖然初級保護可以實現無需MCU控制的智能電池均衡算法，但是次級保護要將電池電壓和電流傳輸到MCU以進行系統級決策，電池監視器或電量監測計上基本都會帶有電池均衡功能。

小結

拋開電池監視器或電量監測計這種本身就會提供電池均衡功能的器件不說，在提供初級保護的保護IC上，保護已經不僅僅局限于過壓等基礎保護。隨著多節鋰電池的應用越來越多，大容量的電池組對保護IC的要求會越來越高，均衡功能的引入是非常有必要的。

均衡更像是一種維護，每次充放電都會有小額的均衡補償，來平衡電池間的差異。不過如果電芯、電池組本身有質量缺陷，保護和均衡都是沒法提升電池組品質的，并不是萬能鑰匙。