聊聊电池均衡器（聊到了BMS）

骇客

1 概述

强能蓄电池均衡维护模块（BATTERY BALANCE MAINTAINER,QNBBM）是一个以高频脉冲方式工作的双向能量转移系统，可用于锂离子电池、铅酸电池、镍氢电池和超级电容器。主要功能是均衡电池电压，通过电压均衡达到对电池的长期保养，延长电池组的使用寿命。对铅酸电池具有防止电池硫化，并对硫化有一定的修复功能。

QNBBM采用的均衡方案是：每个模块分散并联安装在每节蓄电池上，实现长期在线动态均衡，利用开关电源技术，以能量转移方式将高电压电池的电量转移到低电压电池，电量转移是双向并行进行，即任何一节高电压电池的电量，都可以同时并行转移到任何一节低电压电池，从而达到电池电压均衡。

QNBBM连接电池后，系统内部电路即开始工作，一边检测其所连接的电池电压，一边通过均衡线检测其他电池电压，得出电池组平均电压，将电池电压和电池组平均电压比较，如果电池电压高于平均电压，模块内DC/DC电路将电池电量通过均衡线并行传递到其它电压低的电池中，如果电池电压低于平均电压，则由其它电压高的电池通过均衡线向电池充电，实现电压均衡，通过对电池组中的每只电池的电压做精细管理，及时防止并纠正电池过充、欠充、过放现象，对电池时刻进行活化保养维护，从而达到延长电池组使用寿命的目的。

QNBBM功率大，最大均衡电流可达10A以上，效率高，1A均衡电流时效率可达94以上，精度高，均衡后电池最大电压差小于10mV，损耗小，均衡后电流小于10mA，接线简单，只要将QNBBM与电池正负极正确连接，然后把QNBBM均衡端全部并联连接即可，图1为QNBBM与电池接线图。QNBBM接入电池后，使电池电量在各个单节电池中动态流动，可以使所有的电池充电时充满而不过充、放电时放完而不过放，实现各个单节电池的电量共享，使电池容量的最大化利用。

骇客

行者无域

看来我没有急着买均衡器用是对了。
原来看似简单的东西的背后竟然会蕴藏着这么多复杂的东西。
无知到有知可能就象一层窗户纸，捅破了即可。骇客就是捅破窗户纸的人。

骇客

1 蓄电池使用现状

蓄电池实际上是一个“活”的物体，有一定的寿命，从一诞生就时刻需要人们的维护照料，否则就会性能下降，寿命说短。蓄电池使用过程中经过精心的维护保养，就能充分发挥蓄电池的性能，使其寿命达到或接近理论寿命。蓄电池组的使用寿命受多种因素影响，如果电池组寿命低于单体平均寿命的一半以下，可以推断都是由于使用技术不当造成的，首要原因当推过充电、欠充电和过放电导致单体电池提前失效。

蓄电池的使用往往需要多个蓄电池串连起来才能达到所需的电压值，该电压值要比单个电池的电压值要高出许多。从技术上讲现有蓄电池组运行存在一些缺陷，都是用充电机对一组串联的蓄电池组进行充电，放电是整组一起放电，并不是对每个电池单独控制充放电的。这样，即使电池组充电压严格按照要求电压设定，并根据温度对充电压进行补偿，由于单节蓄电池的内阻容量等性能不一致，导致各个单节蓄电池的实际承受电压与要求电压发生偏离。造成部分电池充电电压过高处于过充状态，部分电池充电电压过低处于欠充状态，多次充放电后，单体电池的差异进一步放大，单体差异造成电池组中的任何一节电池不是处于过充就是欠充，进一步导致单体电池性能恶化，形成恶性循环，而且单体电池恶化造成整组电池在“充满”时的充电电量低于标称值。

v  铅酸蓄电池组充电管理的定期（720h）均衡充电，目的是对蓄电池组中的性能落后蓄电池进行补偿性充电，但这种充电方式往往把蓄电池组中好的蓄电池过充电了。并不能有效解决蓄电池组均衡为题。

v  在电池组放电时，虽然可以精确设置电池组总的放电截止电压，但由于电池组中各个单节电池的不一致，造成放电后期，有的单节电池被过放电，而有的电池的有效电量并没有放完，使电池组的有效使用电量降低。


为了能够有效的使用蓄电池组的容量，延长电池组的使用寿命,就必须对蓄电池组进行有效的均衡管理。

骇客

1 目前均衡技术方案分析及QNBBM的技术方案

目前电池组的均衡管理方案主要有以下几种：
1）串联型与并联型，串联型是指在监控单体电压变化的基础上，通过串联在电池组中的开关，在满足一定条件时把单体电池的充电或负载回路断开，使电池电压均衡。如果蓄电池组使用时电流很大而且双极性变化，串联型的实施难度极大。并联型并不断开电池的工作回路，而是给每只电池各增加一个并联旁路装置，来实现电池电压均衡。


2）能耗型与转移型，能耗型指给各单体电池提供并联电流支路，将电压过高的单体电池通过分流消耗电能达到均衡目的。与能耗不同，转移型是依据高频开关电源(SMPS)的原理和技术，通过电压变换器将单体之间的偏差能量馈送回电池组或组中某些单体。


3）静态型与动态型，静态型均衡包括两种，一种是充电均衡，充电过程后期，单体电池电压达到或超过截止电压时，减小单体电流，限制单体电压不高于充电截止电压；另一种是放电均衡，电池组输出功率时，通过补充电能限制单体电压不低于预设的放电终止电压。动态均衡不论在充电状态、放电状态，还是浮置静置状态，都可以通过能量转换的方法实现组中单体电压的平衡，使每节电池实时保持相近的荷电程度。


充电均衡的可以防止过充电，而在放电使用中带来的负面影响是：不加充电均衡时，容量小的电池被一定程度过充，组内任何单体过放以前，电池组输出电量略高于单体最小容量；使用充电均衡时，小容量电池没有过充，能放出的电量小于不用均衡器时轻度过充电所能释放的电能，使得该单体电池放电时间更短，过放的可能性就更大了。另外，当电池管理以电池组总电压降低到一定程度为依据减小或停止输出功率时，由于大容量电池因充电均衡被充入更多电能而表现出较高的平台电压，淹没和淡化了小容量电池的电压跌落，将出现组电压足够高，而小容量单体已经过放。放电均衡与充电均衡情形相似，大容量浅充足放，小容量过充足放，加速单体性能差异性变化的结果是相同的，都不能形成真正实用的产品。只有动态均衡集中了两种均衡的优点，尽管单体之间初始容量有差异，工作中却能保证相对的充放电强度和深度的一致性，渐进达到共同的寿命终点。


4）单向型和双向型，单向型是均衡工作时单节电池电量只能流出或只能流进，而双向型使用双向变换器，输入输出方向动态调整。比较而言，双向型更具优势，基于均衡效率考虑，对于单向型均衡器，使用自组高压到单体低压的变换器适用于放电均衡，使用自单体低压到组高压的逆变器适合充电均衡。


5）集中型与分散型，当把上述单向和双向变换器集中一起来向蓄电池整组充电或放电，就是集中型均衡，优点是变换器成本和技术复杂度大幅降低，但缺点是均衡电路外部连线复杂了，均衡电路到各单体之间的导线长度和形状不同，电阻有差异，均衡误差大，而且均衡电路与电池组之间的至少n+1 条功率导线的布线复杂。集中式可应用于中小功率、以及电池组无振动或移动的场合。使用单只电容器循环均衡每只单体的方法即飞渡电容法，也属于集中式。


6）渐进型与并行型，渐进型有两种，一种是每两只邻近的单体实现均衡，进而达到所有单体之间的均衡，问题是如果组中高压单体与低压单体之间间隔数只单体，从高压单体导出能量给低压单体，需要多只级联的变换器同时工作，到达目的单体的能量转换效率极低，极端情况与能耗型变换器接近；另一种是对电池电压进行巡检，每次只处理最高电压电池或最低电压电池，均衡速度较慢。并行型是从高压单体直接把能量变换到低压单体，任何一个高压单体都可以直接传递能量到任何一个低压单体，具有最佳的均衡效率和均衡速度。

骇客

从以上分析可以看出，最优秀的均衡方案是：均衡电路分散并联在每个单体电池上，动态双向并行将高电压电池的能量转移到低电压电池。均衡所采用的电源变换器必须采用最新技术和器件，如同步整流、软开关等，以实现高的效率和可靠性。


均衡控制方案应当把电池电化学特性、电源技术、控制技术相结合，不能仅依据简单公式计算，应避免往复均衡，造成电池能源的浪费。均衡系统的发展方向是低成本、高功率密度、高效率和高可靠性。


QNBBM蓄电池均衡维护模块以高频脉冲方式工作，采用分散、并联、动态、双向、并行、能量转移型均衡维护方案，是一种比较来说最优秀的方案.

骇客

1 QNBBM性能特点

◆ 接入后自动在线动态均衡维护电池，无论是充电、放电还是静置，对电池均衡、保养维护，不需要人工干涉。


◆ 适用于各种蓄电池、超级电容器，包括铅酸电池、锂电池组、镍氢电池组。


◆ 电池数量和连接方式无限制，可以串联连接，也可以不连接，可无限扩容。


◆ 均衡速度块，自动检测，并行工作，一旦发现各单体电压不一致，将所有电压高的电池的电量并行输送到所有电压低的电池。


◆ 均衡电流大，峰值电流可达10A,允许长期电流6A。


◆ 均衡精度高，均衡后各个单体的电压差小于10mV。


◆ 均衡效率高，均衡电流为1A时效率高达94%，可不需要外加散热而长期稳定可靠的工作。


◆ 静态损耗低，均衡后，均衡维护模块的直流损耗电流小于10mA。


◆ 无串联压降，均衡维护模块并联连接在电池上，对其它电路、电器设施及电池本身的充电放电工作方式不产生任何影响


◆ 实现电量共享，通过均衡维护模块，将每节电池的电量动态的相互流动，任何一节电压高的电池的电量都可以被分配到任何一节电压低的电池中。


◆ 对电池保养修复，无论在放电、充电或静置过程中，均衡维护模块反复持续对电池进行高频脉冲充放电，对电池进行活化保养，防止电池性能下降并对落后电池的进行脉冲修复。


◆ 允许用户采用电压不同而标称容量相同，容量有5%差异的电池串联应用，可不检测直接更换落后电池减少更换电池的工作量；


◆ 独特的封胶工艺使得它能满足各种恶劣环境条件下的工作,具有防防水、防潮、防污、防腐烛、防震动和耐高低温(-20°C—85°C)的功能，符合防爆规范要求。

◆ 低纹波干扰符合行业标准，低电磁辐射特合国家标准，绿色节能环保、体积小重量轻、安装方便、安全可靠。


◆ 延长蓄电池组的运行使用寿命，单节电池寿命能用到多久，整组电池寿命就能用到多久，节省电池更换费用，减少环境污染，减少例行维护工作量，降低维护成本。

骇客

QNBBM系列产品性能参数

总体性能参数：
工作方式：与蓄电池组长期连接使用；
最高耐压：DC500V；
工作环境：室内室外均可；
使用环境温度：-10C∼50C；
存储环境温度：-40C∼70C；
环境相对湿度：45%∼90%；

骇客

型号：QNBBM-1-3
使用对象：单节锂离子电池，容量范围：50AH-1000AH；
均衡电流：峰值10A，允许长期6A工作；
均衡精度：0.5%，均衡后电池电压差：≺10mV；
工作效率：大于94%（均衡电流为1A时）；
均衡损耗：均衡后电流小于10mA；
均衡电压范围：2V∼5V；
外型尺寸：80（长）X 40(宽)X 20(高)mm；
重量：100g。

骇客

（1） 型号：QNBBM-1-2

u 使用对象：单节2V铅酸蓄电池，也可用于超级电容器，电池容量范围：50AH-1000AH；
u 均衡电流：峰值10A，允许长期6A工作；
u 均衡精度：0.5%，均衡后电池电压差：≺10mV；
u 工作效率：大于94%（均衡电流为1A时）；
u 均衡损耗：均衡后电流小于10mA；
u 均衡电压范围：1.5V∼5V；
u 外型尺寸：80（长）X 40(宽)X 20(高)mm；
u 重量：100g。