主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡，是電動(dòng)汽車(chē)BMS業(yè)界爭(zhēng)論熱點(diǎn)之一。像極了華山劍派的氣宗和劍宗，業(yè)內(nèi)爭(zhēng)論的不亦樂(lè)乎，業(yè)外看的是不明所以。　　

沒(méi)有均衡的鋰電池組就像是得不到保養(yǎng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，沒(méi)有均衡功能的BMS只是一個(gè)數(shù)據(jù)采集器，很難稱(chēng)得上是管理系統(tǒng)。主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡都是為了消除電池組的不一致性，但兩者的實(shí)現(xiàn)原理可謂是截然相反。

因?yàn)橐灿腥税岩揽?a target="_blank">算法由BMS主動(dòng)發(fā)起的均衡都定義為主動(dòng)均衡，為避免歧義，這里把凡是使用電阻耗散能量的均衡都稱(chēng)為被動(dòng)均衡，凡是通過(guò)能量轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的均衡都稱(chēng)為主動(dòng)均衡。

基本電池組設(shè)計(jì)原則

為什么電池要做主被動(dòng)均衡，首先我們了解一下基本電池組設(shè)計(jì)原則。

基本電池組設(shè)計(jì)原則:

·當(dāng)?shù)谝粋€(gè)單電池充滿(mǎn)電時(shí)，必須停止充電。

·當(dāng)?shù)谝粋€(gè)單電池?zé)o電時(shí)，放電必須終止。

·弱蓄電池節(jié)比強(qiáng)蓄電池老化得更快。

·弱蓄程度最高的電池節(jié)將最終限制電池組的可用電量(最弱環(huán)節(jié))。

·電池組中的系統(tǒng)溫度梯度使運(yùn)行在較高平均溫度的電池節(jié)變?nèi)酢?/p>

·在不使用均衡的情況下，在每個(gè)充放電周期中，最弱蓄和最強(qiáng)蓄單電池之間的電壓差將增加。最終，其中一個(gè)單電將始終接近最大電壓，而另外一個(gè)單電池接近最低電壓→從而阻礙了電池組的充放電能力。

由于這些電池再也不會(huì)像它們最初使用時(shí)那么互相匹配，而且由于我們的安裝方式將使它們處于不同的溫度環(huán)境中，我必須做好單電池均衡。

鋰離子電池主要出現(xiàn)兩種不匹配;充電不匹配和容量不匹配。充電不匹配在容量相同的單電池所容納的充電量逐漸產(chǎn)生差別時(shí)出現(xiàn)。容量不匹配出現(xiàn)在同時(shí)使用初始容量不同的電池節(jié)時(shí)。由于電池組通常由幾乎在同一時(shí)間生產(chǎn)的單電池組裝而成，這些單電池的制造工藝也相差無(wú)幾，所以單電池通常情況下匹配良好。然而，如果電池組由來(lái)源不明的單電池組裝而成，或者在制造工藝方面差別很大的話(huà)，也有可能出現(xiàn)容量不匹配。

主動(dòng)均衡VS被動(dòng)均衡

1.目的

電池系統(tǒng)組是由眾多電池串聯(lián)而成的，每一節(jié)電池不可能完全一樣，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)單電池充滿(mǎn)電時(shí)，必須停止充電。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)單電池?zé)o電時(shí)，放電必須終止。均衡的意義在于利用電子技術(shù)，使鋰離子電池單體電壓偏差保持在預(yù)期的范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)整體可用可控，從而保證每個(gè)單體電池在正常的使用時(shí)不發(fā)生損壞，延長(zhǎng)其使用壽命。

2.設(shè)計(jì)比較
被動(dòng)均衡一般通過(guò)電阻放電的方式，對(duì)電壓較高的電池進(jìn)行放電，以熱量形式釋放電量，在充電過(guò)程中為其他電池爭(zhēng)取更多充電時(shí)間。

主動(dòng)均衡是一種復(fù)雜的均衡技術(shù)，在充電和放電循環(huán)期間，使得電池單元內(nèi)的電荷得到重新分配，從而縮短充電時(shí)間，延長(zhǎng)放電使用時(shí)間。放電模式下一般采用底部均衡策略，充電模式下一般采用頂部均衡策略。

結(jié)語(yǔ)

BMS概念和產(chǎn)品最早是由國(guó)外提出，國(guó)外半導(dǎo)體廠商最先設(shè)計(jì)出專(zhuān)用IC,開(kāi)始只是檢測(cè)電壓和溫度，后來(lái)均衡的概念提出后，就采用了電阻放電的方法并將這個(gè)功能加入到IC中(因?yàn)檫@個(gè)放電控制的功能容易集成進(jìn)芯片里)，現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的TI\MAXIM\LINER均有此類(lèi)芯片在產(chǎn)，有的是將開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)做到芯片里，有的甚至試圖將開(kāi)關(guān)也做進(jìn)了芯片里。

從上面的被動(dòng)均衡原理及示意圖中我們可以看出，如果電池組比作木桶，串接的電池就是組成木桶的板，電量低的電池是短板，電量高的就是長(zhǎng)板，被動(dòng)均衡做的工作就是“截長(zhǎng)不補(bǔ)短”。電量高的電池中的能量變成熱耗散掉，電能使用效率低。不僅如此，因?yàn)閷㈦娔苻D(zhuǎn)變成熱量耗散，帶來(lái)了兩難的問(wèn)題，這就是如果均衡電流大，熱量就多，最后如何散熱成為問(wèn)題;如果均衡電流小，那么在大容量電池組中、電量差別大的情況下所起到的電量平衡作用效率很低，要達(dá)到平衡需要很長(zhǎng)時(shí)間，在應(yīng)用中有種隔靴搔癢的感覺(jué)。權(quán)衡利弊，所以現(xiàn)在被動(dòng)均衡的電流一般都在百毫安(100mA)級(jí)別。

因?yàn)楸粍?dòng)均衡的局限，主動(dòng)均衡的概念得以提出并發(fā)展。主動(dòng)均衡是把高能量電池中的能量轉(zhuǎn)移到低能量電池中，相當(dāng)于對(duì)木板“截長(zhǎng)補(bǔ)短”。因?yàn)椴幌癖粍?dòng)均衡只有“截”，在如何“補(bǔ)”的問(wèn)題上業(yè)內(nèi)充分發(fā)揮了各自的優(yōu)勢(shì)和想象力，主動(dòng)均衡的方案可謂異彩紛呈。
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主動(dòng)均衡帶來(lái)的好處顯而易見(jiàn)：效率高，能量被轉(zhuǎn)移，損耗只是變壓器線圈損耗，占比小;均衡電流可以設(shè)計(jì)的大，達(dá)到幾安甚至10A級(jí)別，均衡見(jiàn)效快。雖然有這些好處，主動(dòng)均衡也帶來(lái)了新的問(wèn)題。首先是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是變壓器方案。幾十串甚至上百串電池需要的開(kāi)關(guān)矩陣如何設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)要怎么控制，這都是令人頭痛的問(wèn)題，所以這也是為什么至今主動(dòng)均衡功能無(wú)法完全集成進(jìn)專(zhuān)用IC的原因。半導(dǎo)體廠家一直希望能做出大一統(tǒng)的芯片，但在BMS上實(shí)在是力有不逮。對(duì)BMS整機(jī)廠家也是如此，主動(dòng)均衡電路結(jié)構(gòu)方面，少有廠家的設(shè)計(jì)可以令人耳目一新，擊節(jié)叫好。其次是成本問(wèn)題，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)必然帶來(lái)復(fù)雜的電路，成本與故障率上升是必然的。

因兩種均衡功能各有利弊，在這里小智建議大家電池一致性較好的，可以選擇被動(dòng)均衡，而電池一致性離散程度比較大，則可以考慮選擇主動(dòng)均衡。
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審核編輯：湯梓紅