通过自主电池平衡增强电动汽车的热管理-电动汽车电池系统的热管理

电池平衡在电动汽车 （EV） 的电池管理系统中非常重要，因为它有助于延长车辆行驶里程并确保电动汽车电池的安全运行。为了纠正电池本身的不平衡，还需要电池平衡。所有电池，包括电动汽车中的电池，都会因制造过程中的不匹配或操作条件下的不匹配而随着时间的推移而失去平衡，从而导致电池之间的不平等老化。

电池只能在其最弱的电池完全放电之前提供电荷，即使其他电池可能还剩下大量电量。因此，平衡电池通过最大化电池组的容量并确保其所有能量可用来延长电池寿命，这在电动汽车电池的情况下延长了行驶里程。除了最大化电池容量外，电池平衡还通过防止电池过度充电和过度放电来确保电池的安全运行，这两者都可能导致电池加速退化并产生潜在的危险操作场景。

细胞平衡的工作原理

细胞平衡有两种常见的方法：主动电池平衡和被动电池平衡。主动电池平衡使用DC/DC转换器为容量较低的电池提供更高的容量，从而重新分配电池的电荷。如今，电池制造和分选已得到显着改进，可为电池组内的电池提供非常低的不匹配。因此，可以避免在工作开始时用大电池平衡电流平衡电池中的大失配。以较小的平衡电流进行频繁的电池平衡可以管理在运行过程中逐渐出现的任何不匹配。

被动平衡通常通过散热从容量更大的电池中去除电荷，直到所有电池具有相同的电荷量。被动平衡和主动平衡之间的主要区别在于，被动平衡不分配能量，而是耗散能量，直到所有具有较高初始电荷的电池最终匹配具有最低电荷的电池。被动平衡是一种更流行的方法，因为它简单且成本较低。

电池容量通常用充电状态表示，以解释电池相对于其容量的充电水平。图1说明了电池平衡类型的差异。

图 1：各种平衡模式下的电池充电状态

电动汽车电池中的被动电池平衡

被动平衡通过切换与电池并联的电阻器并将能量耗散到该电阻器中来消除过充电电池的电荷。这种能量耗散导致电池以及用于耗散的开关和电阻器中的热量。保持锂电池温度尽可能接近室温至关重要。如果不这样做，当内部热量产生速率超过热量释放速率时，可能会导致热失控。

锂电池在高温下以更快的速度降解，这是由结构变化和电极表面膜形成引起的。此外，过多的热量积聚可能会损坏电池平衡开关和电阻器。典型的电动汽车具有大量电池和电池平衡开关和电阻器，这些开关和电阻器通常封装得很近，这使得在被动平衡期间管理电池及其电池管理系统的散热成为必要。

通过 TI 电池监视器和平衡器提高 EV 电池安全性

TI 的 BQ79616-Q1 通过使用器件内部的开关来执行被动单元平衡。由于这些开关，在电池平衡期间，BQ79616-Q1 内部存在散热。热点位于器件的印刷电路板 （PCB） 和平衡电阻上。BQ79616-Q1 提供两种热管理功能，以避免芯片过热并监控 PCB 温度。

一个热管理功能监视管芯温度，另一个监视热敏电阻温度。高芯片温度会触发微控制器（MCU）故障，从而暂停电池平衡，以使集成电路（IC）温度下降。一旦 IC 温度下降且故障清除，MCU 即可命令 BQ79616-Q1 恢复电池平衡。

通过热敏电阻监控，如果温度超过暂停阈值，BQ79616-Q1 会自动暂停平衡。当温度降至恢复阈值以下时，平衡将自动恢复。在这种情况下，BQ79616-Q1 会暂停并恢复电池平衡，无需 MCU 的任何干预。图2显示了器件和热敏电阻的温度监控。

图 2：PCB 上的 BQ79616-Q1 温度监控位置

单元平衡暂停状态还会冻结所有平衡计时器和设置，一旦设备退出暂停状态，这些计时器和设置就会恢复。为了管理由外部平衡电阻引起的热增加，如果连接到通用输入/输出的任何有源热敏电阻检测到温度高于设定的过热电池平衡阈值，BQ79616-Q1 可以暂停所有通道上的电池平衡。一旦触发过热电池平衡检测，一旦所有有源热敏电阻检测到温度低于既定的恢复阈值，所有使能通道上的平衡将恢复。

自主电池平衡有助于最大限度地延长电池寿命，这是电动汽车电池的关键优势。BQ79616-Q1 为 MCU 增加了增强的 IC 热管理和故障指示功能，能够以成本优化的方式实现快速安全的电池平衡，从而延长充电器之间的电池工作时间，并延长电动汽车电池的使用寿命。