浅析BMS均衡技术应用

一路上

一、常用均衡策略

1.基于外电压均衡策略。它是指在电池组均衡管理中始终以电池的外电压作为电池组一致性的判断标准，处于电压较高的电池采取降压放电措施，电压较低的电池采用充电抬压均衡。这种均衡实现起来较为容易，仅需知道电池的外电压作即可实现均衡判断。弊端是容易受到电池内部参数的影响，长期使用会导致判断不稳定。

2.基于容量均衡策略。基于容量的均衡方法主要是以电池内部容量的使用率作为电池组整体一致性的评价标准，均衡实现目标就是使得电池组整体的容量使用率达到最大。这种均衡策略的优点是通过

该法可以实现容量的最大化利用。由于现实条件下针对锂电池的最大可用容量只能在静置时进行测量的原因，因此该法不适合动态条件下的均衡控制。

3.基于剩余电量 SOC 的均衡策略。该法主要是以各电池的 SOC 作为均衡衡量标准，因为 SOC 和容量性质相似，因此基于 SOC 的均衡控制策略一定程度上也可以提高电池组容量的总体利用率。该法的优点是只需针对电池的 SOC 进行测量，并不考虑单体电池的容量，实用性较好。

二、充放电均衡电路的功能分类

1.充电状态下的电压均衡，以防止过充；主要的充电状态下均衡方式有开关电阻均衡方式与能量转换式均衡。

2.放电状态下的均衡。放电均衡是在放电状态下对单体电池的均衡,均衡电路向被检测出容量低的单体电池传输能量。电池组到单体能量转移的能量均衡主要用在放电均衡,另一种放电均衡方式是通过检测单体电池的电压的大小来变化均衡电压和时间。

3.充放电动态均衡。电池动态均衡整合了充电和放电两种均衡的优点,在两种状态下都工作来均衡各单体电池。通过不断的能量传递,各单体电池达到了动态均衡状态,这种均衡方式尤其针对电池组中不同单体电池容量差别较大的情况,使用此种均衡方式会收到较好的效果,不过此种均衡实现所需的开关逻辑较为繁琐。

三、耗能均衡方法：

1.恒定均流电阻均衡充电电路

图 1、恒定均流电阻均衡充电电路

功能描述：在单体电池 B1、B2、B3、B4 上都并联一个均流电阻,电阻取值是由均流所需时间和均流电流的大小所决定的,一般是电池内阻的几十倍。

电池在充电状态下,若单体电池 B1 两端电压较高,根据欧姆定律,在其两端并联的电阻两端电压 U1 也较高,分流的电流的大小和单体电池两端的电压值是成正比的,所以单体电池两端电压越高,分流电流也越大,则在电池 B1 消耗的能量较多。电池 B2、B3、B4 由于电压较低,消耗的能量较少,从而最终达到均衡。

反之,在放电过程中,假设 B2 放电较多,电压较低,则并联电阻两端电压下降,消耗的能量也下降。而其它电池两端均流电阻消耗的能量较多,最终各单体电池电压一致,电池组达到均衡。

2.开关控制均流电阻均衡充电电路

图2、开关控制均流电阻均衡充电电路

功能描述：幵关控制均流电阻均衡充电电路,主要原理是均衡电路在单体电池充电过程中超过预定。

值开启,断开充电电路,并通过均流电阻消耗单体电池能量最终达到各个单体电池均充满而无过冲状态；预定值有过冲阀值电压和电池组平均电压两种。

四、非损耗型电池均衡方法：

1.飞渡电容均衡电路

图 3、飞渡电容均衡电路

采用电容作为储能与转换元件,能够实现同时在充放电状态下对电池组内不均衡电池单体电池的均衡控制,通过能量的移动,从能量高单体转移到能量低单体上,进而减小单体间电量的不一致性。

均衡原理:假设在上图中三个单体电池它们两端的电压差大于一定值时,如 C1>C2>C3,相邻单体通过开关的控制,利用电容作为能量的载体,均衡电容器组在串联电容器组内电压最高的单体电池 C1 和电压最低单体电池 C3 之间进行并联切换,完成电荷由电压最高的单体电池到电压最低的单体电池的转移,从而使电压高的单体电池 C1 的电压下降,电压低的单体电池 C3 的电压上升,达到锂电池组单体电池电量趋向于均衡。

2.电感传递均衡电路

图 4、电感传递均衡电路

电感传递均衡电路是通过电感能够储能的特性,将电池组的电流信号转化为电感内部储能，然后转移到其他的单体电池组的均衡方式。

图 5、状态 1

状态 1:当第 x(1<x<n)节电池在充放电过程中需要均衡时,开关 Qx 打开,所形成的等效电路如上图所示,由于有电池电压的存在,两个电感流过的电流增大,开始储能。

图 6、状态 2

状态 2:当开关管断开时,电感的电流通过 Dx-1,Dx-2,…,D1 续流,并向 Bx-1,Bx-2…,B1 充电；电感的电流通过 Dx+1, Dx+2 …,Dn 续流,同时也给 Bx+1,,Bx+2,…,Bn 充电，同时其余电感上也有电流流过。

3.反激式多抽头变压器均衡电路

图 7、反激式多抽头变压器均衡电路示意图

反激式多抽头变压器均衡电路的均衡电路结构如图所示,选用 N节串联的电池组为均衡对象,总电压作为输出电压经过均衡策略通过副边多抽头变压器传输到各单体电池上。副边每个抽头输出电压均为电池组平均到每个单体电池的电压。通过变压器将原边电池组的能量分配到各个电池组,实现电池电压的动态平衡。

4.双向均衡控制电路

图 8、双向均衡控制充放电

“双向”，指的是对任意一个单体电池而言，既可以进行单独的充电，又可以单独的放电。

存在以下几种工作情况：
a、电池组内的一个或者多个电池释放能量，转移给整个电池组；
b、整个电池组释放能量，转移给电池组内的一个或者多个电池；
c、能量从电池组内的电池 A 转移到电池 B;
d、能量从电池组内若干个电池转移到另外若干个电池。

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