在锂电池应用中,需要将单体锂电池进行串联,组成不同电压和不同容量的电池组进行使用。电池串联在一起后,由于每节电池的自身差异,在电池使用过程中,每节电池的电压和容量是有差异的(这种差异随环境和时间越来越大)。在电池组充放电过程中,由于木桶效应,最低容量的单节电池会限制电池组的整体放电和充电,导致整体容量的缩减。
为了解决上述问题,一般在保护板或电池管理系统设计中会增加均衡功能。电阻均衡功能的加入,能够在充电时,自动为高压满电的电池放电,保持串联中电压低的电池充电,从而使电池组达到平衡。电池组中,串联的所有电池都能充满电,也能充分完全放电,实现电池组的满充满放,最大化电池组容量。
主动均衡锂电芯片
目前主流的电池均衡设计方向有两种,也就是被动均衡和主动均衡。主动均衡通过在电池组内部传输能量,将电压较高的电池能量转移到电压较低的电池,从而实现均衡,而被动均衡则是通过耗散电阻将电压较高的电池的多余能量消耗掉。
目前市面上的大多数均衡芯片都是被动均衡芯片,主动均衡芯片的优势在于能更高效地利用电池组的能量,减少能量浪费,并延长电池寿命,特别适用于大容量和高精度要求的场景。充电头网也查询各方资料,汇总出多款主动均衡锂电芯片如下表所示。
排名不分先后,按企业英文首字母排序。
ETA钰泰
钰泰ETA300x
钰泰半导体推出了ETA300x系列主动均衡系列芯片,当相邻两节或多节电池的压差达到一定值时,芯片就会通过电感转移多余能量,将电压较高电池的能量储存在电感中,并为电压较低的电池充电。
由于采用主动式的电感储能均衡,实现了高效的大电流主动均衡,并可以兼容快速充放电。ETA300x系列芯片的专利技术可以在电池充电、放电和静置阶段实现高效均衡,有效降低均衡电路带来的能量损耗。
钰泰ETA300x系列芯片采用钰泰自主的专利技术,不同于传统被动均衡技术,ETA300x系列芯片采用电感储能,从电压高的电池放电,为电压低的电池充电。
由于采用电感主动均衡方式,均衡功率更大,发热也更低,均衡时间大大缩短,均衡电流大小不再受到散热的限制。
钰泰ETA3000
ETA3000芯片在待机模式下仅消耗2μA的待机电流,芯片具有低至50mV的均衡电压精度,可以自动检测需要均衡的电池,当相邻两节电池的压差达到一定值的时候,自动进行均衡,适用于2-6节串联的电池组使用。其均衡电流支持电阻设置,最大均衡电流可达2A。
ETA3000芯片支持均衡状态指示,开关频率为1MHz,支持使用小体积电感,芯片支持电池过电压保护,欠压保护和过热保护,适用于2~6串电池系统,如:移动电源,电子烟,无人机电池等便携设备和电池备份系统。ETA3000采用SOT23-6和DFN2*2-8等小封装形式,其中DFN2*2-8封装支持使能控制和均衡状态指示。
钰泰ETA3005
ETA3005系列芯片是ETA新一代的大电流主动均衡控制芯片,在待机模式下仍然维持着超低的待机电流(2μA);芯片具有更低的均衡电压精度(10mV);可以自动检测需要均衡的电池,当相邻两节电池的压差达到一定值的时候(低至30~50mV),自动进行均衡;其均衡电流支持电阻设置,由于其MOS外置,最大均衡电流可达10A;另外,为了方便MCU的控制,增加了使能级联控制,使得均衡工作更加灵活、安全。
ETA3005系列芯片还集成了电池过压保护,欠压保护和过热保护等保护功能,特别适用于2-16节及以上的串联电池组使用,如:户外电源、家庭储能、电动车、电动工具等大功率多串电池储能系统。
ETA3005采用MSOP-10封装形式,封装小,外围精简。
钰泰ETA3006
钰泰ETA3006是一颗电感能量转移的锂电池主动平衡芯片,芯片采用钰泰自主的专利技术,采用电感储能,从电压高的电池放电,为电压低的电池充电,相比传统电阻均衡功率更大,均衡时间更短,发热也更低。
ETA3006在待机模式下仅消耗2μA的待机电流,芯片具有高均衡电压精度,均衡电压精度高达10mV,均衡电流支持电阻灵活设置,最大均衡电流可达2A,满足大容量电池组应用,采用ESOP-8封装。
应用案例:
INJOINIC英集芯
英集芯IP2305
IP2305 是一款两节串联电池均衡充电芯片,工作电压为4.5V至6V,内置 1000mA 线性充电和串并切换电路,支持锂电池和磷酸铁锂电池,可以实现给2串电池均衡充电。
IP2305可定制充电电流,最大为1A,具有完整的涓流充电(TC)、恒流(CC)和恒压(CV)充电三种充电过程;涓流充电(TC)阶段可预充电恢复完全放电的电池;恒流(CC)模式下安全地提供降压快速充电;最后阶段恒压(CV)充电模式确保安全地达到电池满容量。
IP2305 集成串并切换 MOS,单路切换 MOS的导通内阻 150 mΩ,可以把 2 串电池切换成单节电池充电;切换 MOS 的控制时序由硬件实现,切换可靠性高;
IP2305 支持两串电池压差检测,如果 2 节电压大于 30mV,就会先对电压低的电池充电,保证 2 节电池充电的均衡;
IP2305 支持一路 LED 充电状态指示引脚和两路电池状态指示引脚。当切换为对应的电池时,B1_SAT 和 B0_SAT 会对应输出高电平,用于指示当前连接电池;
IP2305 具有输入欠压保护功能,可以智能调节充电电流,自适应适配器负载能力,防止将适配器拉挂。IP2305 采用 ESOP8 封装。
总体来说,该芯片具备充电均衡功能,解决了电池配对烦恼,无需担心电池充不满,影响续航能力或因电压过充异常导致鼓包等问题,延长电池寿命。电池充电切换时序采用硬件实现,可靠性高。同时外围简单,性价比高。
英集芯IP2305与一元硬币实观大小对比。
充电头网总结
随着USB PD3.1标准的普及,越来越多的移动电源等电子设备采用多串锂电池架构,来实现高效的大功率输出,主动均衡芯片的高均衡电流,低待机功耗优势非常适合内置多串电池组的设备使用,例如移动电源、户外电源、电动车、电动工具等产品。
通过使用主动均衡芯片,能够消除传统被动均衡的电阻发热和电量消耗,通过高效的主动均衡将电量由电压高的电池搬运到电量低的电池中,高效快捷的实现电池均衡,将电池组潜力充分发挥。在大功率充放电时代,延长多串电池组的使用寿命,给消费者更好的体验!
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