动力电池均衡管理：被动均衡与主动均衡的原理与应用

动力电池均衡管理：被动均衡与主动均衡的原理与应用

动力电池是由多个单体电芯通过串并联方式连接而成，各单体电芯的电压不均衡会影响整体电池性能。电池均衡技术通过减少或消除单体间的差异，优化电池组的整体性能并延长使用寿命。本文将详细介绍电池均衡的定义、意义以及被动均衡和主动均衡两种主要方法。

电池为何需要均衡处理？
动力电池是由若干单体电芯通过串并联连接而成，各单体电芯电压不均衡时，电压最低的单体电芯会影响整体电池的性能，电池组无法获得应有的性能。为使动力电池获得最佳的工作性能，通常会在模块管理单元和电池管理单元中设置电压均衡电路。
电池均衡技术的引入，旨在通过技术手段减少或消除这些单体间的差异，以优化电池组的整体性能和延长其使用寿命。电池均衡技术，它不仅能够提升电池组的整体效能，还能显著延长电池的使用寿命。因此，深入理解电池均衡的本质和重要性，对于优化能源利用具有重要意义。

动力电池均衡的定义与意义

定义： 所谓的电池均衡，是指采用特定的技术和手段，确保电池组中的每个单体电池在电压、容量及其运行状态上尽可能保持一致。这一过程旨在通过技术干预，实现电池性能的最优化和寿命的最大化。

意义： 电池均衡技术可以显著提高整个电池组的性能表现。这是因为，通过均衡处理，可以避免由于个别电池的性能退化而引起的整体性能下降。电池均衡也有助于延长电池组的使用寿命。通过减少电池单体之间在电压和容量上的差异，降低内阻，从而有效延长了电池的使用期限。

电池均衡的方法

BMS（电池管理系统）均衡功能：通过调整电池单体之间的能量分配，来减小这种不一致性，从而提高电池组的可用容量和延长其使用寿命。目前，实现BMS均衡的主要方法有两种：被动均衡和主动均衡。

被动均衡

被动均衡，又称为能量耗散型均衡，被动均衡的工作原理是通过将高电压或高容量的电池单体中的过剩能量以热能形式释放掉，从而降低其电压和容量，达到整个电池组内单体之间的均衡。

当某个电池单体的电量高于其他单体时，这个高能电池的能量就会通过并联的电阻被消耗掉，实现与其他电池单体的均衡。 被动均衡技术因其简单、成本低而广泛应用于各类电池系统中。然而，它也存在能量损失较大的缺点，因为过程中消耗的能量转化为了热能而非有效利用。在设计被动均衡系统时，工程师们通常将均衡电流控制在很低的水平（大约100mA）。并且为了简化结构，均衡与采集过程共用相同的线束，两者交替进行。这种设计虽降低了系统的复杂度和成本，但也带来了均衡效率不高的问题，需要相对较长的时间才能见到明显的均衡效果。被动均衡的实现方式主要分为固定分流电阻和开关分流电阻两种。前者通过连接固定分流器来避免电池过充的情况；而后者则通过精确控制开关的开闭来消除多余的能量。

主动均衡

主动均衡是一种更为高效的能量管理方式。它不是简单地将多余的能量耗散掉，而是通过特定的电路设计，如利用电感、电容、变压器等组件，将容量较高的电池单体中的能量转移到容量较低的电池单体中。这样一来，不仅实现了电池单体之间电压的均衡，而且还提高了整体的能量利用率。

在充电过程中，当某个电池单体率先达到了其工作电压上限时，BMS便会启动主动均衡机制。它会识别出那些容量相对较低的电池单体，并通过精心设计的均衡器电路，将高压电池中的能量转移至这些低压电池中。这一过程既精确又高效，极大地提升了电池组的整体性能。

无论是被动均衡还是主动均衡，它们都是BMS中不可或缺的一部分，对于提高电池组的可用容量、延长使用寿命以及提升系统整体效率都发挥着重要作用。

当我们比较被动均衡与主动均衡技术时，可以发现它们在设计理念和执行效果上的明显差异：主动式均衡通常涉及复杂的算法来计算能量转移的具体量，而被动式均衡则更多依赖于精确控制开关的时间以消耗多余的能量。

在整个均衡过程中，系统将持续监测每个电池单体的参数变动，以确保均衡操作不仅有效，同时也是安全的。当电池单体之间的差异达到预设的接受范围内时，系统将结束均衡操作。

通过精心选择适合的均衡方法，严格控制均衡速度和程度，并有效管理均衡过程中产生的热量，可以大大提高电池组的性能和使用寿命。