新能源汽車的快速發(fā)展離不開高效、可靠的電池管理系統(tǒng)(BMS)。電池組作為電動汽車的核心部件，其性能直接影響車輛的運行效率和安全性。電池均衡作為BMS的重要功能之一，旨在確保電池組中每個單體電池的電荷狀態(tài)(SOC)和電壓保持在相似的水平，以提高電池組的整體性能、延長使用壽命并確保安全性。本文將詳細探討主動和被動電池平衡機制的工作原理及其優(yōu)缺點。

被動電池平衡機制

被動電池平衡是一種較為簡單且成本較低的均衡方法，主要通過外部電阻或放電裝置來耗散多余能量。當電池單體之間的電壓差異超過一定閾值時，被動均衡系統(tǒng)會激活，將多余的能量通過電阻或負載轉(zhuǎn)換成熱能，從而將電池單體的電壓水平調(diào)整到相似的狀態(tài)。

工作原理

被動均衡機制通常使用與每個電芯并聯(lián)的開關(guān)和泄放電阻來實現(xiàn)。在充電周期中，當某個電芯的電壓高于其他電芯時，BMS會激活開關(guān)，使多余的能量通過泄放電阻以熱能的形式釋放。這一過程將持續(xù)進行，直到所有電芯的電壓接近一致。被動均衡機制主要依賴于電阻放電方式，將電壓較高的電池中的電量以熱能的形式釋放，從而為其他電池創(chuàng)造更多的充電時間。

優(yōu)缺點

優(yōu)點：

成本低廉：被動均衡系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)相對簡單，成本較低。

電路設(shè)計簡單：無需復(fù)雜的控制系統(tǒng)，易于實現(xiàn)和維護。

校正自放電不匹配：能夠長期校正不同電池單元間的自放電電流不匹配問題。

缺點：

能量浪費：放電電阻的存在導(dǎo)致能量以熱能形式釋放，完全浪費。

熱量產(chǎn)生：均衡過程中釋放的熱量增加了系統(tǒng)的散熱負擔，可能影響電池壽命。

系統(tǒng)電量受限：整個系統(tǒng)的電量受限于容量最小的電池，導(dǎo)致電量損失。

主動電池平衡機制

主動電池平衡是一種更復(fù)雜的平衡技術(shù)，通過控制電池單體之間的充放電來實現(xiàn)均衡。這需要一個智能的電池管理系統(tǒng)(BMS)，能夠監(jiān)測和控制每個電池單體的充放電過程，以確保它們之間的SOC和電壓保持在合適的范圍內(nèi)。

工作原理

主動均衡機制通過電量轉(zhuǎn)移的方式實現(xiàn)均衡。在充電和放電循環(huán)期間，BMS會監(jiān)測每個電池單體的SOC和電壓，當發(fā)現(xiàn)差異超過設(shè)定閾值時，會啟動均衡策略。這通常涉及將電量從剩余電量較多的電池單元(強電池)重新分配到剩余電量較少的電池單元(弱電池)，從而確保電池組中的能量得到充分利用。

主動均衡的實現(xiàn)方式有多種，包括但不限于：

電容式均衡：使用電容作為能量轉(zhuǎn)移的中間介質(zhì)，通過開關(guān)控制將電量從強電池轉(zhuǎn)移到弱電池。

變壓器式均衡：利用變壓器原理，將電量從高電壓電池轉(zhuǎn)移到低電壓電池。

電池到電池直接均衡：通過智能BMS控制，實現(xiàn)電池單體之間的直接充放電。

優(yōu)缺點

優(yōu)點：

能量利用率高：主動均衡不會浪費能量，而是將能量重新分配給電池組中的其他電池單元。

延長系統(tǒng)運行時間：通過優(yōu)化能量分配，主動均衡能夠延長電池組的運行時間。

提高充電效率：主動均衡能夠縮短充電時間，提高充電效率。

缺點：

系統(tǒng)復(fù)雜：需要更復(fù)雜的控制系統(tǒng)和硬件支持，設(shè)計和實現(xiàn)難度較大。

成本較高：由于需要智能BMS和額外的均衡硬件，成本相對較高。

均衡時間：雖然主動均衡效率更高，但均衡過程可能需要一定的時間，尤其是在電池組容量較大時。

對比分析

應(yīng)用場景：被動均衡更適合于小容量、低串數(shù)的鋰電池組應(yīng)用，而主動均衡則更適用于高串數(shù)、大容量的動力型鋰電池組應(yīng)用。

能量效率：主動均衡在能量利用方面明顯優(yōu)于被動均衡，能夠減少能量浪費，提高電池組的整體性能。

系統(tǒng)復(fù)雜度與成本：主動均衡需要更復(fù)雜的控制系統(tǒng)和硬件支持，因此成本較高，設(shè)計和實現(xiàn)難度也更大。而被動均衡則相對簡單，成本較低。

均衡效果：主動均衡能夠更精確地控制電池單體之間的SOC和電壓差異，實現(xiàn)更高效的均衡效果。而被動均衡則可能因能量浪費和熱量產(chǎn)生而導(dǎo)致均衡效果受限。

結(jié)論

電池均衡作為新能源汽車電池管理系統(tǒng)的重要組成部分，對于提高電池組的性能、延長使用壽命和確保安全性具有重要意義。主動和被動電池平衡機制各有優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場景和需求進行選擇。隨著新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，未來可能會出現(xiàn)更加高效、智能的電池均衡技術(shù)，為新能源汽車的發(fā)展提供有力支持。