LFP 充电末端库仑计数均衡策略

LFP 充电末端库仑计数均衡策略

针对磷酸铁锂平台区压差均衡失效问题，基于充电末端膝点触发的库仑计数法，计算容量差 ΔC 并择机执行放电均衡。

一、背景：为什么压差均衡在 LFP 上失效

LFP 电芯的 OCV-SOC 曲线存在一个极平坦的平台区（约 40%~90% SOC），电压变化仅 ±0.1V：

3.5V ┤ ╭── 满充区（斜率陡，OCV-SOC 强相关） │ ╱ 3.3V ┤──────────────────────────── ← 平台区（斜率≈0，40%~90%） │ ╱ 3.0V ┤──────────────╱ ← 低端区（斜率陡） └──┬──────────┬──────────┬──► 0% 40% 90% SOC

致命后果：在平台区，SOC 相差 30% 的两个电芯 OCV 可能完全一样（都是 3.30V），基于压差的均衡策略既无法判断谁该被均衡，也不知道该均衡多少。

二、核心思路：避开平台区，利用充电末端做判断

既然平台区电压不可用，那就等到电压离开平台区的那一刻再做判断。

LFP 电芯在充电接近满充时，电压会进入一个明显的膝点（knee point）——约 3.40V——此后 OCV-SOC 变得陡峭，电压可以可靠反映 SOC 差异。

3.65V ┤ ╱ ← 电芯A（最先到膝点，跑得快） │ ╱ 3.40V ┤ ─ ─ ─ ─ ─ ╱ ← 膝点（V_knee = 3.40V） │ ╱╱ 3.33V ┤──────╱╱────── ← 电芯B（一直在平台区，跑得慢） │ ╱╱ └────────────────► 时间 ↑ 充电截止（A 到 3.65V 或总压达标）

策略思路：当某个电芯电压跨过膝点，为它启动一个独立的库仑计数器，记录从膝点到充电截止这段时间内充入了多少电量。这个计数值直接反映了各电芯之间剩余可充容量的差异。

三、三个步骤

第一步：膝点触发库仑计数

充电过程中，当任一电芯电压 ≥V_knee（如 3.40V），为该电芯启动库仑计数，从零开始累积充电量：

电芯A：到达 3.40V → 开始计数 → 充电截止时累计 = 350mAh 电芯B：始终低于 3.40V → 从未启动计数 → 计数值 = 0 电芯C：后来到达 3.40V → 开始计数 → 充电截止时累计 = 180mAh

充电截止条件可以是：任一电芯达到V_max（3.65V），或总压达标，或充电电流降至C/20。

第二步：计算容量差 ΔC

取所有电芯中计数值最小的那个作为参考（C_ref），其余电芯的计数值与参考值的差就是需要均衡掉的容量：

C_ref = min(350, 0, 180) = 0 ← 电芯B 最落后 ΔC_A = 350 - 0 = 350mAh ← 需要放掉 ΔC_B = 0 - 0 = 0 ← 不动 ΔC_C = 180 - 0 = 180mAh ← 需要放掉

ΔC 含义：该电芯比最落后电芯多"吃"了多少电量。放掉这些多余的，下次充电所有电芯就能同时吃饱。

第三步：择机放电均衡

ΔC 算出来后，接通旁路电阻，按 ΔC 目标值放电，实时库仑计数，放够即停。

四、关键设计点

4.1 最低电芯到不了膝点怎么办？

这是常态，算法天然处理。

到不了膝点的电芯，库仑计值 = 0，自动成为C_ref，算法完全不需要它到达膝点。实际上，正因为所有电芯的计数值都是相对于"最落后电芯"的差值，才精确刻画了失衡度。

唯一需要注意的边界：如果所有电芯都没到膝点（比如长期浅充至 55%），所有计数值都是 0，ΔC 全部为 0，均衡不触发。这不是 bug——浅充场景下确实没有足够信息判断谁多谁少。应对方式是定期触发一次维护性满充（如每周充至 95%+）让算法有机会刷新 ΔC。

4.2 均衡目标需持久化

ΔC 在充电末端计算出来后，立即写入 NVM（非易失性存储器）。均衡可能分多次完成，掉电后重新上电，从 NVM 读取未完成的 ΔC 继续执行。

充电末端计算 ΔC → 写入 NVM │ ├─ 立即均衡 → 更新 NVM 中剩余值 │ └─ 推迟均衡 → 下次任意窗口读 NVM 继续

4.3 分时间歇执行

一次性放完所有 ΔC 可能导致均衡电阻或 PCB 过热。采用间歇方式：每轮放电 5 分钟，冷却 2 分钟，多轮迭代直至 ΔC 归零。每轮结束后更新 NVM 中的剩余值。

4.4 温度保护

均衡发热叠加在电芯和 PCB 已有温升之上。需监控均衡板温度，超过 65°C 暂停，冷却后继续。

五、均衡什么时候执行？

5.1 核心结论

ΔC 一旦算出、写入 NVM，随时随地都可以均衡。唯一约束是均衡板温度。

100mA 的旁路电流放在哪里都是 100mA——充电时、放电时、静置时，库仑计数一样精准，均衡效果没有区别。均衡的是高 SOC 电芯而非最低电芯，也不会导致提前触发欠压保护。

5.2 唯一需要区分的：用的是哪份 ΔC？

5.3 窗口无所谓

传统压差均衡喜欢"等 CV 阶段"——那是因为 CV 阶段电流小、IR 压降小、电压信号更干净，有利于电压差判断。但方案一的均衡目标是 ΔC（库仑值），执行靠的是库仑计数，和电压信号质量毫无关系。CC 还是 CV、充电还是放电，对均衡效果没影响。

窗口的选择最终只退化为一个热管理问题：当前均衡板温度是否允许再多开几路旁路。

六、迭代收敛

单次充电的静置窗口可能均衡不完所有 ΔC，但算法是迭代的：

第1次充电 → 计算 ΔC₁ → 均衡一部分 → 剩余记入 NVM 第2次充电 → 计算 ΔC₂ → 继续均衡 → ... ... 第N次充电 → 计算 ΔC_N → ΔC_N < 阈值 → 收敛

每次充电末端重新计算 ΔC，覆盖旧值，多轮迭代后 ΔC 逐渐缩小至收敛阈值以下。

七、适用场景与局限

适合

• 有周期性满充机会的场景（如每天一充的储能、车辆）
• 被动均衡硬件（旁路电阻型），无需改造电路
• LFP 电芯（膝点特征明显）

不适合

• 长期浅充浅放且从不满充的场景——算法永远没有机会刷新 ΔC，只能退化到依赖 NVM 中可能已过期的旧值
• 此场景需要补充其他均衡策略（如 OCV-SOC 分区法，在低端区 (SOC < 15%) 同样可以触发判断）

八、总结