ZHCAG91 October 2026 BQ76907-Q1
本节给出一个简化设计示例,用于说明被动均衡电流、超级电容容量和目标压差之间的关系。该示例仅用于一阶估算,实际系统仍需结合均衡电阻误差、MOSFET导通阻抗、PCB温升、ADC采样误差以及超级电容ESR进行验证。
假设系统采用5串超级电容,每串电容参数如下:
C=100F
假设某一串超级电容电压高于最低串:
ΔV=50mV
目标是通过被动均衡将该电压差消除。超级电容需要移除的电荷量为:
ΔQ=C× ΔV
代入参数:
ΔQ=100F×0.05V=5C
若均衡支路的平均均衡电流为:
IBAL,AVG=20mA
则理想均衡时间为:
代入参数:
即在20 mA平均均衡电流条件下,将100 F超级电容的50 mV压差削减掉,理论上约需要250 s。
如果均衡电流提高至100 mA,则:
该结果说明,对于大容量超级电容系统,均衡时间主要由电容值和平均均衡电流决定。若目标是缩短均衡时间,应优先提高允许的平均均衡电流,同时评估均衡电阻和MOSFET的功耗与热设计。
被动均衡支路的瞬时电流可近似表示为:
若考虑均衡开关并非100%持续导通,可引入有效均衡占空比 ηBAL:
因此,均衡时间可进一步写为:
因此,在超级电容系统中,低电压区间的均衡速度会明显变慢。即使开启了均衡通道,当单体电压较低时,由于均衡电流本身较小,短时间内电压变化可能不明显。这也是测试中常观察到高电压单体变化明显,而低电压单体变化不明显的原因之一。
在实际算法中,该设计示例也说明了两个工程原则:
第一,均衡判断不应基于过短时间内的电压变化。对于100 F级别的超级电容,即使几十毫安均衡电流持续数秒,电压变化也可能只有毫伏级,容易被采样噪声、ESR动态压降和电压恢复效应覆盖。
第二,均衡控制应采用阈值和滞回机制。例如,当某一串相对于最低串的压差大于50 mV时开启均衡,当压差降低到20 mV以下时关闭均衡。这样可以避免由于瞬态电压误差导致均衡通道频繁切换。