锂电池组就像缺乏维护的发动机；一个电池管理系统没有平衡功能的只是一个数据收集器，不能被视为一个管理系统。主动平衡和被动平衡都旨在消除电池组内的不一致性，但它们的实现原理有根本不同。
为了清楚起见，本文将BMS通过算法发起的平衡定义为主动平衡，而使用电阻耗散能量的平衡称为被动平衡。主动平衡涉及能量转移，而被动平衡涉及能量耗散。
基本电池组设计原则
- 当第一节电池充满电时，必须停止充电。
- 当第一个电池耗尽时，放电必须结束。
- 较弱的细胞比较强的细胞衰老得更快。
- - 电量最弱的电池最终将限制电池组's 可用容量（最薄弱的环节）。
- 电池组内的系统温度梯度使得在较高平均温度下运行的电池性能较差。
- 如果没有平衡，最弱和最强电池之间的电压差会随着每次充电和放电周期而增加。最终，一个电池将接近最大电压，而另一个电池接近最小电压，从而阻碍电池组的充电和放电能力。
由于电池随着时间的推移不匹配以及安装时的温度条件变化，电池平衡至关重要。
锂离子电池主要面临两种类型的不匹配：充电不匹配和容量不匹配。当相同容量的电池的电荷逐渐不同时，就会发生充电不匹配。当具有不同初始容量的电池一起使用时，会发生容量不匹配。虽然如果电池是在大约同一时间使用相似的制造工艺生产的，那么它们通常是匹配良好的，但来源未知或显着制造差异的电池可能会导致不匹配。
主动平衡与被动平衡
1. 目的
电池组由许多串联的电池组成，这些电池不太可能完全相同。平衡可确保电池电压偏差保持在预期范围内，保持整体可用性和可控性，从而防止损坏并延长电池寿命。
2. 设计比较
- 被动平衡：通常使用电阻器对较高电压的电池进行放电，将多余的能量转化为热量。这种方法延长了其他电池的充电时间，但效率较低。
- 主动平衡：一种复杂的技术，可在充电和放电周期期间重新分配电池内的电荷，从而减少充电时间并延长放电持续时间。一般在放电时采用底部平衡策略，在充电时采用顶部平衡策略。
- 优缺点比较： 被动平衡更简单、更便宜，但效率较低，因为它以热量的形式浪费能量，并且平衡效果较慢。 主动平衡更高效，在电池之间传递能量，从而提高整体使用效率并更快地实现平衡。然而，它结构复杂，成本较高，将这些系统集成到专用 IC 中存在挑战。
结论
BMS的概念最初是在国外提出的，早期的IC设计主要集中在电压和温度检测上。后来引入了平衡的概念，最初使用集成到 IC 中的电阻放电方法。这种方法现在很普遍，TI、MAXIM 和 LINEAR 等公司都生产此类芯片，其中一些公司将开关驱动器集成到芯片中。
从被动平衡原理和示意图来看，如果将电池组比作一个木桶，那么电芯就像是木板。能量较高的细胞是长木板，能量较低的细胞是短木板。被动平衡只会“缩短”长木板，导致能量浪费和效率低下。这种方法有局限性，包括大容量电池组中的散热显着和平衡效果缓慢。
相比之下，主动平衡“填补了短板”，将能量从高能量电池转移到低能量电池，从而提高效率并更快达到平衡。然而，它带来了复杂性和成本问题，在设计开关矩阵和控制驱动器方面面临挑战。
考虑到权衡，被动平衡可能适合一致性好的电池，而主动平衡更适合差异较大的电池。
发布时间：2024年8月27日
