BMS主动电池单元平衡

一路上

通过被动和主动电池平衡，电池组中的每个电池都受到监控，以保持健康的电池充电状态 (SoC)。这延长了电池循环寿命，并通过防止因深度放电过度充电而损坏电池单元，从而提供额外的保护层。被动平衡通过简单地将多余电荷消散在泄放电阻器中，使所有电池单元具有相似的 SoC；但是，它不会延长系统运行时间（请参阅博客“被动电池单元平衡”）。主动电池平衡是一种更复杂的平衡技术，它在充电和放电循环期间在电池之间重新分配电荷，从而通过增加电池组中的总可用电量来增加系统运行时间，与被动平衡相比减少充电时间，

放电期间的主动电池平衡

下图代表了一个典型的电池组，所有电池都以满容量开始。在此示例中，满容量显示为 90% 的电量，因为长时间保持电池处于或接近其 100% 容量点会更快地降低使用寿命。30% 代表完全放电，以防止电池深度放电。

图 1. 全部容量。

随着时间的推移，一些电池会变得比其他电池更弱，从而产生下图所示的放电曲线。  

图 2. 不匹配放电。

可以看出，即使几节电池可能还有相当多的剩余容量，但电池电量不足会限制系统的运行时间。5% 的电池失配会导致 5% 的容量未使用。对于大电池，这可能是多余的能量未被使用。这在远程系统和难以访问的系统中变得至关重要，因为它会导致电池充电和放电循环次数的增加，从而缩短电池的使用寿命，从而导致与更频繁的电池更换相关的更高成本。

通过主动平衡，电荷从较强的电池重新分配到较弱的电池，从而导致电池组完全耗尽。

图 3. 使用主动平衡的完全耗尽。

充电时主动电池平衡

在没有平衡的情况下为电池组充电时，弱电芯先于强电芯达到满容量。同样，弱细胞是限制因素。在这种情况下，它们限制了我们的系统可以容纳的总电荷量。下图说明了具有此限制的充电。

图 4. 不平衡充电。

通过在充电周期中主动平衡电荷再分配，电池组可以达到其全部容量。请注意，分配给平衡的时间百分比以及所选平衡电流对平衡时间的影响等因素在这里没有讨论，但它们是重要的考虑因素。  

主动式电池平衡器

Analog Devices Inc. 拥有一系列有源电池平衡器，每个器件都针对不同的系统要求。LT8584 是一款 2.5A 放电电流、单片反激式转换器，可与 LTC680x 系列多化学电池监视器一起使用；电荷可以从一个电池重新分配到电池组的顶部或另一个电池或电池组内的电池组合。每个电池单元使用一个 LT8584。

图 5. 具有主动平衡功能的 12 节电池组模块。

图5是一款用于锂电池和 LiFePO4 电池的独立双向反激式控制器，可提供高达 10A 的平衡电流；由于它是双向的，任何选定电池的电荷都可以高效地传输到或从 12 个或更多相邻的电池传输。单个 LTC3300 可以平衡多达六个电池。

图 6. 高效双向平衡。

图6是一款独立的铅酸电池平衡器，最多可用于四节电池；它使用第五个蓄水池电池单元 (AUX) 并不断地将其与其他每个电池并联（一次一个）以平衡所有电池单元（铅酸电池坚固耐用，可以处理这个问题）。

图 7. 具有可编程高低电池电压前端的四电池平衡器。

总结

主动和被动电池平衡都是通过监控和匹配每个电池的 SoC 来改善系统健康状况的有效方法。主动式电池平衡在充电和放电循环期间重新分配电荷，与被动式电池平衡不同，被动式电池平衡只是在充电循环期间耗散电荷。因此，主动电池平衡增加了系统运行时间，并可以提高充电效率。主动平衡需要更复杂、占用空间更大的解决方案；被动平衡更具成本效益。