锂电池组就像无需维护的发动机；电池管理系统没有均衡功能的电池组仅仅是一个数据采集器，不能被视为管理系统。主动均衡和被动均衡的目的都是为了消除电池组内部的不一致性，但它们的实现原理截然不同。
为清晰起见，本文将电池管理系统（BMS）通过算法启动的均衡定义为主动均衡，而将使用电阻器耗散能量的均衡定义为被动均衡。主动均衡涉及能量转移，而被动均衡涉及能量耗散。
电池组设计基本原则
- 当第一节电池充满电时，充电必须停止。
- 当第一个电池电量耗尽时，放电必须停止。
- 较弱的细胞比较强的细胞衰老得更快。
- 电池组中电量最弱的电芯最终会限制电池组的性能。'可用容量（最薄弱的环节）。
- 电池组内部的系统温度梯度会导致在较高平均温度下工作的电池单元性能下降。
- 如果没有均衡措施，电池组中电压最低和电压最高的电芯之间的电压差会随着每次充放电循环而增大。最终，一个电芯的电压会接近最大值，而另一个电芯的电压则会接近最小值，从而影响电池组的充放电能力。
由于电池会随着时间推移而出现不匹配，并且安装时的温度条件也会发生变化，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。充电不匹配是指容量相同的电芯逐渐出现充电差异。容量不匹配是指初始容量不同的电芯混用。虽然如果电芯是在同一时期采用相似的制造工艺生产的，通常匹配度较高，但如果电芯来源不明或制造工艺存在显著差异，则可能出现不匹配的情况。
主动平衡与被动平衡
1. 目的
电池组由许多串联的电芯组成，这些电芯不太可能完全相同。均衡技术可确保电芯电压偏差保持在预期范围内，从而维持整体可用性和可控性，防止损坏并延长电池寿命。
2. 设计对比
- 被动均衡：通常使用电阻器对高压电池进行放电，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。
- 主动均衡：一种复杂的技术，可在充放电循环期间重新分配电池内部的电荷，从而缩短充电时间并延长放电时间。它通常在放电期间采用底部均衡策略，在充电期间采用顶部均衡策略。
- 优缺点比较： 被动平衡更简单、更便宜，但效率较低，因为它会以热量的形式浪费能量，而且平衡效果较慢。 主动均衡技术效率更高，它通过在电池间转移能量来提高整体使用效率，并更快地实现均衡。然而，它涉及复杂的结构和更高的成本，并且将这些系统集成到专用集成电路中也面临挑战。
结论
电池管理系统（BMS）的概念最初在国外发展起来，早期的集成电路设计主要集中于电压和温度检测。后来引入了电池均衡的概念，最初采用电阻放电技术并将其集成到集成电路中。如今，这种方法已得到广泛应用，德州仪器（TI）、MAXIM 和 LINEAR 等公司都在生产此类芯片，其中一些芯片还集成了开关驱动器。
从被动均衡原理和图示来看，如果将电池组比作一个圆筒，那么电池单元就像圆筒的木条。能量较高的电池单元就像长木条，能量较低的电池单元就像短木条。被动均衡只是“缩短”了长木条，导致能量浪费和效率降低。这种方法存在局限性，例如在大容量电池组中散热量大、均衡效果慢。
相比之下，主动平衡则“填补能量缺口”，将能量从高能电池转移到低能电池，从而提高效率并更快地达到平衡。然而，它也带来了复杂性和成本问题，在开关矩阵和驱动控制的设计方面都面临挑战。
考虑到各种利弊，被动均衡可能适用于一致性较好的单元格，而主动均衡则更适用于差异较大的单元格。
发布时间：2024年8月27日
