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标题: 分流式与独立式平衡充的进阶分析 [打印本页]
作者: nnn_ooo_111    时间: 2008-5-17 15:42
标题: 分流式与独立式平衡充的进阶分析
近来常在坛里看到大家对分流平衡充和独立平衡充谁是谁非的争论，我觉得有必要把两种充电器的特点原理做一分析，以供即将购买的朋友参考。
　　
　　分流平衡充原理图
　　
　　独立平衡充原理图
　　分流平衡充特点：
　　1、生产成本较低，因为只需要提供一路充电电流，其平衡功能由分流功率管实现。
　　2、也因为只需提供一路充电电流，因而实现大功率充电较为容易。
　　3、结构相对简单，故障率低。
　　4、容易实现对多种电池的充电，达到一机多用。
　　5、对电源利用率因有分流损耗不如独立式平衡充，但实际使用中并不突出，具体下文讲原理时陈述。
　　6、平衡性能对电池有一定要求，这是此平衡充电方法最大的缺点，也是大家所误会而诟病的地方，具体的道理和克服方法也在下文中陈述。
　　独立平衡充特点：
　　1、对电池要求低，甚至不同容量、不同电压的同类型电池在一起也能进行正常充电。
　　2、对电源利用率高，这对场外用电瓶充电时有一定优势。
　　3、扩展使用容易，因为一节电池对应一组独立电源，当一台充电器不够用时（比如4S充电器充6S电池），可以两台合并使用，十分方便。
　　4、使用单一，一般只能对锂系列电池充电。
　　5、受自身结构原因，受成本影响，难以扩大功率，对应大容量的电池有些力不从心。
　　6、因为实际上是每支电池配一独立的充电电路，所以成本较高，而且当电池支数增加时，充电器制造难度和成本会增加得越来越快。因而市面上的充电器，分流式的6S已经很常见，但鲜见多于4S的成品独立平衡充。
　　鉴于对独立平衡充电路大家很容易理解，而且在众多使用多支锂电池串联供电的领域，如笔记本电脑、电动助力车、摄像机、便携电动工具等几乎全部是采用分流式平衡充电器。我有理由认为，在今后高电压、大功率的锂电池供电设备，分流平衡充电器有着越来越广阔的市场，它才是今后的主流。所以重点分析分流式平衡充电器原理。
　　如图，这就是一典型3S分流式平衡充电器原理图。
　　充电时，电流由充电电源正极D通过电池B3、B2、B1流向充电电源负极A，由“检测控制电路”检测DC（电池B3）、CB（电池B2）、BA（电池B1）的电压，以对达Q3、Q2、Q1实施控制，达到控制充电的目的。具体为：如当B1、B2、B3的电压分别为4.15V、4.20V、4.16V时，而设定结束充电电压为4.20V，于是检测控制电路检测到CB间的电压为4.20V，意味着B2电池已经充满，检测控制电路对G2输出正电压，Q2导通，充电电流通过C－R2－Q2－B被旁路，B2没有充电电流流过，停止充电。因为B2内阻的影响，充电时检测电压为4.20V，停止充电时就会小于4.20V，于是检测控制电路把G2拉低，Q2截止，充电继续，如此反复进行，而Q2的导通会越来越频繁，B2的充电时间也越来越短，根据占空比原理，充电电流也越来越小，电流小了，充电与停充时电池内阻对电压检测的影响也越来越小，电池电压无限逼近于4.20V。我上述所讲只是为了便于分析明白，从理论上让Q2工作在开关状态下，而实际电路中，这完全相当于一个并联式稳压电源，Q2一般是工作在放大状态下的，当电池逐渐充满，电流趋于稳定，并联稳压的结构本身就可以在负载变化小时自动的趋向于静止，也就是Q2刚好把充电电流旁路，而电池基本上可以说没电流通过。
　　大家所担心的在此过程中电池会反复充放而影响寿命，这种情况确实会存在，严不严重呢，如何克服，平衡性好不好，这就涉及到我上文提出的分流式平衡充电器对电池有要求了。我再来一一分析。
　　首先，谈谈此类充电器在实际设计中的一个问题，就是旁路电流的大小。这个电流的大小直接影响着充电跨的性能。据我对有关资料的查阅，及笔记本平衡电路成品芯片的技术指标了解，一般为了功耗也成本的合理性，这个电流一般在200mA左右。这就带来了一个问题，我们的充电电流一般在1A以上，这个旁路只200mA还起作用吗？一般的固定对象的充电器是这样设计的，比如一笔记本的充电器，因电池容量大，充电电流可以超过4A，远大于模型的使用值，而它的旁路电流也只有200mA，而各位有机会可以拆开看看，那几只电池的电压是相当的一致。这是因为它的电池支数固定，所以如3S的IBM笔记本充电电路，当充满电压设为4.20V时，充电电源（不是外接电源哦）提供的电压就是4.20*3＝12.60V，这样当电池快充满时，接近12.60V时，因为电池内阻（还是内阻，内阻对充电末电压检测十分重要）影响，电流会逐渐变小，趋向于0，于是当电压小于200mA时旁路电流就可以很好的起作用，而且损耗会变得很小。
　　而我们的模型充电器就没这个条件了，主要原因就是对生产厂家有兼容性要求，充2S、3S、4S，直到6S都可以，这样厂家无法给出一个很高精度的充电电源电压（当然，可以通过单片机检测电池数量然后数字化控制充电电源电压，但我不知道这个成本要提高多少，我后面想了个更容易实现的办法），于是乎，充电电源电压将按照最大电池数量设计，比如6S，这样当充3S、4S时，充电电源可提供的电压远高于电池所需电压，内阻对末期电流减小根本不起作用，充电电流从开始到结束都一样大，这样对于电池间电压相差小的电池组是完全没有问题的，因为几十mV的压差完全可以让200mA左右电流所平衡，而对于压差大的电池组则平衡性能完全不如独立式平衡充，这也就是大家对分流式平衡充电器映像不好的原因。当然我们也不可能指望旁路电流能达到5A（因为好多分流平衡充最大充电电流达到了5A），这样旁路功率管工作在放大状态下的散热是非常麻烦的，怎么办呢？
　　我们知道，用数字化电路控制高精度的电压输出是很复杂的，而电池对电流大小的要求则远没有电压高，我们是否可以这样设计充电器：正常充电时按用户给定的电流（数A）进行充电，而当开始检测到电池组内有一节电池充满时，直接把充电电流减少到200mA左右，这在单片机内部很好处理，对限流电阻上的电压用两个公式换算就行了，这样电池就完全能够用旁路达到平衡的目的。会不会增加很多充电时间呢，我想不会，因为如果严重不平衡表面充满了，实现有的过充有的没满，对电池组寿命严重影响，而当电池电压差很小时，平衡所占的时间是很少的，当检测到所充的几支电池电压全部到设定时，立即断开充电电源电流。所以我说实际使用中损耗并不突出，当然平衡时的充放电也就对电池寿命影响微乎其微。
　　综上所述，我希望大家对分流式平衡充电器有一个新的认识，我相信以后随着设计的完善，我们会用得越来越多。
　　最好，上述我对分流式平衡充电器的减电流充电方式的想法，完全是对电路分析产生的，因为看评测有的高级充电器也能很好平衡压差大的电池，不知是否运用了类似亦或更简单更先进的方法，因为手头没有此类高档充电器，无法得知，希望有条件的朋友测试后告知在下，也多一个学习的机会。
　　祝大家开心！
　　
　　
作者: nnn_ooo_111    时间: 2008-5-17 15:43
写了一中午，午觉也没睡成，手好酸，自己顶一下。
作者: jy_zhf    时间: 2008-5-17 15:53
不错，好贴
作者: kiki_sdj    时间: 2008-5-17 16:53
好帖，对平衡冲电器的原理有了大致的了解。也知道了我现在使用的充电器是独立式平衡充电器。希望LZ多发此类言简易懂的好文章。
作者: gale    时间: 2008-5-17 17:52
写得不错
作者: yanjian    时间: 2008-5-17 19:15
好!
写的不错
作者: junsi    时间: 2008-5-17 19:22
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作者: RENAULT    时间: 2008-5-17 23:59
好贴，学习了
作者: jxxuya    时间: 2008-5-18 00:15
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
作者: binbin30    时间: 2008-5-18 00:34
所以玩450电直继续抵制串联+平衡模块的充电器，暴利的代名词！继续用我的独立平衡冲！

PS:别说笔记本，笔记本电池使用的多数是18650这类的电池，根本不是锂聚合物电池。而且本身属于小电流放电，远远没有达到动力电池的放电要求，做到串联+平衡模式很容易，还有一个别忘记了，笔记本电池具备信息通讯能力，他用的芯片一般都比较成熟。
作者: msn    时间: 2008-5-18 00:46
睇得出LZ 很用心去寫.:em26:
作者: ckyo    时间: 2008-5-18 11:18
笔记本等的电池不能和动力电池比较，工作方式完全不同。

越是高电压、大电流放电的时候越是不适合分流充电方法。即使是镍氢电池，在用于大功率工作的时候也是把几个电池单元组成一组配合一个电池管理单元，然后再组成更高电压的电池组。

最简单地说，分流充电器能达到的任何指标独立充电器都一样可以完成，因为独立充电器相当于多个单独的充电器+多路隔离电源。
多功能充电器用分流的方式无非是为了兼容其他电池的充电。除了电路简、降低成本以外，分流充电器比独立充电器并没有什么优势。
作者: nnn_ooo_111    时间: 2008-5-18 20:23
楼上的，你好，我文中提到了笔记本和动力电池的比较，一个充电电流大，一个放电电流大，但我想它们有共通的地方，就是不管是什么锂电，一般都是以1C的充电电流把它充满的，我文中提到的分流式的缺点在后文中想出了办法解决，而且不会再次造成太大的新生问题，现在我们可以很方便的使用独立充，但数年后呢，如果我们向着高功率发展，高电压是肯定的，那时独立充可能成本会太高，想一想如果有10S以上的电池，3台DN要多少钱，而分流式成本并不会比4S的提高多少，因为它的平衡电流远小于充电电流，所以我很看好它。我想到我们用1*S电池时它可以提供独立式的性能，也能保持独立式几分之一的售价。
作者: jy_zhf    时间: 2008-5-18 20:34
我看到国外高级点的充电器都是带一个独立的平衡器，这个应该也是分流的充电方式吧，但用平衡器的电池电压相差很小，我就是用的充电器+平衡器的方式，冲出来的电池电压差在10mV以内，虽然达不到每个都是4。2V的精度，但是应该是很平衡的
作者: 正在充电    时间: 2008-5-18 21:03
楼主写得不错！辛苦了
作者: yanrhfj    时间: 2008-7-11 08:41
我更看好独立式他的省电及有的级低的浮充保养功能啊
作者: dadodo    时间: 2008-7-11 17:15
分流式平衡充也可以做到大电流平衡的，主要用在电动车上，国外早有研究，网上可以搜到相关资料。
作者: icefire    时间: 2008-7-11 20:41
如果在相邻的电池2极间串入大电流MOS管，有特制的电池保护电路控制，并提供接口给充电器，那么分流充电就可以做到100%分流。只是模型上没有采用。。
作者: 辉辉1    时间: 2008-7-13 10:39
串联式平衡充关键是要看软件的设计，我用过不下30个分压平衡充，楼主这样说的话有误导的成分，不能说分压平衡充是暴利，因为充电的算法，充电的波形都是有技术含量的，使用过程中很多独立平衡充电池寿命没有高级的分压平衡充长，这就注意说明问题了，再说价格暴利的问题，我们拿G2充电器和南韩产的MEGA POWER 860DS来对比，我敢肯定的跟你说，用g2充电的电池唇环次数绝对没有860DS的多，这就是技术的先进性，因为我专门用示波器看过，人家充电的时候是有波形优化充电的。
作者: fishsu27    时间: 2012-5-22 12:39
浅显易懂的技术好文！楼主辛苦了！
作者: richard_wz    时间: 2012-5-22 14:02
我是来学习的
作者: MIYO    时间: 2012-5-22 14:12
我一直没搞明白好多人都说UNA6好，因为是独立平衡充电器。但是为什么列如PL8 720I之类的充电器却是受人抵制的串联+平衡模块的模式呢？难道高端充电器研发人员不知道独立平衡充电好吗？:em22:
作者: gyro    时间: 2012-5-22 15:52
原帖由 MIYO 于 2012-5-22 14:12 发表
我一直没搞明白好多人都说UNA6好，因为是独立平衡充电器。但是为什么列如PL8 720I之类的充电器却是受人抵制的串联+平衡模块的模式呢？难道高端充电器研发人员不知道独立平衡充电好吗？:em22:

高电压电池，谁鼓包谁知道。。。
看看着火记录就知道una6的质量控制有多差劲了。
作者: cookxk    时间: 2012-5-30 00:11
我一直怀疑是不是串冲的那个分流管子工作在放大状态，因为B6先充满的那一芯经常电压波动很大啊。如果不工作在放大状态，岂不是电芯就反复充电放电，折寿啊。
作者: dy1191    时间: 2012-5-30 08:06
:em24:
作者: pcdmm    时间: 2012-5-30 11:25
顶楼主辛苦原创。



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