锂电池组就像缺乏维护的发动机；楼宇管理系统没有均衡功能的电池组仅仅是一个数据收集器，不能算作一个管理系统。主动均衡和被动均衡都旨在消除电池组内部的不一致性，但它们的实现原理有着根本的不同。
为了清晰起见，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。
电池组设计基本原则
- 当第一个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的'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变得更弱。
- 如果没有均衡，最弱电池和最强电池之间的电压差会随着每次充放电循环而增大。最终，一个电池会接近最大电压，而另一个电池则接近最小电压，从而影响电池组的充放电能力。
由于电池随着时间的推移而出现不匹配的情况，并且安装时的温度条件也发生变化，因此电池平衡至关重要。
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。充电不匹配是指相同容量的电池单元的电荷逐渐出现差异。容量不匹配是指初始容量不同的电池单元一起使用。虽然如果电池单元是在大致相同的时间以相似的制造工艺生产的，它们通常匹配良好，但来源不明或制造工艺存在显著差异的电池单元也可能导致不匹配。
主动平衡与被动平衡
1.目的
电池组由许多串联电池单元组成，这些电池单元不太可能完全相同。平衡可确保电池电压偏差保持在预期范围内，从而保持整体可用性和可控性，防止损坏并延长电池寿命。
2. 设计比较
- 被动平衡：通常使用电阻器对高电压电池进行放电，将多余的能量转化为热量。这种方法可以延长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，在充电和放电周期中重新分配电池内的电荷，从而缩短充电时间并延长放电持续时间。它通常在放电期间采用底部平衡策略，在充电期间采用顶部平衡策略。
- 优缺点比较： 被动平衡更简单、更便宜，但效率较低，因为它会将能量浪费为热量，并且平衡效果较慢。 主动平衡效率更高，能够在电池单元之间转移能量，从而提高整体使用效率并更快地实现平衡。然而，主动平衡结构复杂，成本较高，很难将这些系统集成到专用IC中。
结论
BMS的概念最初是在国外发展起来的，早期的IC设计侧重于电压和温度检测。后来引入了均衡的概念，最初是将电阻放电方法集成到IC中。这种方法现在已非常普遍，TI、MAXIM和LINEAR等公司都生产此类芯片，有些公司甚至将开关驱动器集成到芯片中。
从被动均衡的原理和示意图来看，如果把电池组比作一个木桶，那么电芯就像桶的木条。能量高的电芯就像长木板，能量低的电芯就像短木板。被动均衡只会“缩短”长木板，导致能量浪费和效率低下。这种方法存在局限性，例如在大容量电池组中散热严重，均衡效果较慢。
相比之下，主动平衡则“补短板”，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地实现平衡。然而，它带来了复杂性和成本问题，并且在设计开关矩阵和控制驱动器方面也面临挑战。
考虑到权衡，被动平衡可能适合一致性较好的电池，而主动平衡则更适合差异较大的电池。
发布时间：2024年8月27日
