用于ROS移動(dòng)機(jī)器人高集成電源解決方案(二)

上篇文章，詳細(xì)分析了ROS移動(dòng)機(jī)器人最大耗電電流，并根據(jù)鋰電池放電倍率，給出鋰電池的推薦選型。 具體分析可以在我的公眾號(hào)歷史文章中查看。 這篇文章，來(lái)介紹供電系統(tǒng)中的鋰電池均衡電路。

鋰電池為什么要均衡

由于鋰電池生產(chǎn)工藝的原因，在生產(chǎn)過(guò)程中每一塊鋰電池都會(huì)存在多多少少的差異。 比如鋰電池內(nèi)阻的差異，容量的差異。 這就造成了鋰電池在串聯(lián)使用時(shí)，組內(nèi)每塊電池在使用過(guò)程中出現(xiàn)容量不均衡的現(xiàn)象。

如上圖所示，高度為電池容量，在電池使用過(guò)程中由于內(nèi)阻的差異，會(huì)慢慢出現(xiàn)容量不均衡的情況。

鋰電池組存在的短板效應(yīng)，表示電池組中容量最小的電池決定了整個(gè)電池組的充電質(zhì)量，也決定了電池組的壽命。

所以鋰電池組在使用過(guò)程中，需要給鋰電池加入均衡電路，在鋰電池每次充電程中對(duì)每塊鋰電池進(jìn)行均衡。

鋰電池均衡原理

目前鋰電池最常用的兩種均衡技術(shù)分別是被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡。 主動(dòng)均衡雖說(shuō)具有被動(dòng)均衡不可超越的優(yōu)點(diǎn)，但其拓?fù)鋸?fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本高，常用與電動(dòng)汽車鋰電池均衡。 所以在這里只采用被動(dòng)均衡技術(shù)。

如上圖所示，被動(dòng)均衡表示在電池組使用過(guò)程中出現(xiàn)不均衡現(xiàn)象時(shí)使用電阻消耗掉能量較多電池的能量，向最低容量電池看齊。 比如此時(shí)，三節(jié)電池容量分別為90%，92%，93%，這時(shí)均衡系統(tǒng)會(huì)通過(guò)控制電路將92%和93%的鋰電池使用電阻消耗掉能量，向容量為90%的那塊電池看齊。 當(dāng)電池組充電時(shí)先充滿的電池同樣會(huì)使用電阻進(jìn)行消耗能量，等待其余電池依次充滿電后才指示充電完成。

鋰電池均衡充電電路

由于單節(jié)鋰電池最大充電電壓為4.2V，當(dāng)給三節(jié)鋰電充電時(shí)，其最大充電電壓應(yīng)為12.6V。 充電器需要提供穩(wěn)定充電電壓的同時(shí)還需要具有三段式充電功能（鋰電池三段式充電介紹可看公眾號(hào)第一個(gè)項(xiàng)目中相關(guān)文章）。 充電器的選擇，直接購(gòu)買12.6V電源適配器即可。

下圖所示，為本系統(tǒng)中采用的鋰電池均衡方案。 使用三片HY2213，在鋰電池充電時(shí)，用來(lái)檢測(cè)每塊鋰電池電壓，如果當(dāng)某一塊鋰電池電壓達(dá)到4.2V時(shí)，相應(yīng)的HY2213就會(huì)控制MOS管打開(kāi)，通過(guò)電阻消耗鋰電池能量，直到三塊鋰電池電壓都沖到4.2V時(shí)，此次充電結(jié)束。

電路設(shè)計(jì)中用于均衡的電阻的阻值為100歐，根據(jù)歐姆定律在均衡過(guò)程中電阻消耗功率為0.1764W，所以在電阻選型上可選擇1206封裝貼片電阻。