锂电池主动平衡法
一种实现动力锂电池组充放电管理的主动均衡方案
4 实验与测试
最终完成实验的电路板能够
２１ 2010 第 10 期
E 电动自行车 LECTRIC B ICYCLE
尾”状的放电曲线变得收敛。
5 结束语
从以上的结论也可以看出， 采用变压器的主动均衡方案不仅 能够克服以往方案的各种缺点， 而且能够获得较大的均衡电流。 均衡电流越大，均衡时间也就越 短，这对使用大容量电池的电动 汽车、电动摩托车、电动自行 车、电动工具等具有实用意义。 除此之外，此方案同时还兼具可 扩展性和较大的弹性。因为分离 元件的设计，工程师可以根据不 同的应用选择适用的变压器参数 和 MOSFET 开关，以满足不同 的均衡电流的要求。对不同的电
模式进入了能量输出模式。能量
通过初级线圈送入整个电池组。
3. 2 底部均衡法
底部均衡法中的电流和时序
条件与顶部均衡法非常类似，只
是顺序和电流的方向与顶部均衡
法相反。扫描发现电池单元 2 是
图 4b 电池组之间的均衡示意图 最弱的单元，必须对其进行补充
充电。此时闭合主开关“( prim”)， 电池组开始对变压器充电。主开 关断开后，变压器存储的能量就 可以转移至选定的电池单元。相 应的次级“( s e c”)开关在本例中 是开关 sec2 闭合后，就开始能 量转移。尤其是当某个电池单元 的电压已经达到 SoC 的下限时， 底部平衡法能够帮助延长整个电 池组的工作时间。只要电池组提 供的电流低于平均平衡电流就能 持续放电，直到最后一块电池单 元也被耗尽。 3. 3 电池组间均衡法
电池主动均衡原理
电池主动均衡原理引言电池主动均衡是一种重要的技术，用于平衡电池组中不同电池之间的电荷状态，以延长电池的寿命和提高整个电池系统的性能。
本文将介绍电池主动均衡的原理及其在电池应用中的重要性。
电池组的不均衡问题在电池组中，每个电池的性能和健康状态可能会有所不同，导致电池之间的电荷分布不均。
这种不均衡现象会导致电池组整体性能下降，缩短电池寿命，并且可能引发安全问题。
因此，为了保持电池组的正常工作和延长电池寿命，需要采取措施来主动均衡电池组。
传统的均衡方法传统的电池均衡方法主要有被动均衡和无源均衡。
被动均衡是通过串联电阻器或开关来实现，将电池组中电荷较高的电池放电，以便与其他电池达到均衡。
无源均衡是利用电池本身的内阻差异，通过选择合适的电池连接方式，使电池组达到均衡。
然而，传统的均衡方法存在一些问题。
被动均衡会浪费能量，并且不适用于大容量电池组。
无源均衡方法受限于电池本身的内阻差异，效果有限。
主动均衡原理主动均衡通过引入均衡电路和控制器，能够主动地调节电池组中电池的充放电状态，以达到均衡的目的。
主动均衡方法可以根据每个电池的电荷状态采取相应的措施，使电池组中的电荷均匀分布。
主动均衡的原理如下： 1. 检测：通过传感器或电压监测电路，实时监测电池组中每个电池的电荷状态，包括电压、温度等。
2. 分析：电控系统对电池组中的数据进行分析比较，确定电池组中电荷不均衡的情况。
3. 均衡控制：根据分析结果，选择合适的均衡策略，通过均衡电路和控制器控制每个电池的充放电状态，使得电荷均匀分布。
主动均衡方法可以根据电池组中电池的具体情况进行精细控制，提高均衡效果，并能避免能量的浪费。
电池主动均衡的重要性电池主动均衡技术对于电池应用具有重要意义。
以下是主动均衡的几个重要应用领域：电动汽车在电动汽车中，电池组的均衡非常重要。
由于电池数量众多且容量大，电池组的不均衡会导致续航里程的不稳定性和电池寿命的缩短。
通过主动均衡技术可以实现电池组的自动均衡，提高电动汽车的性能和安全性。
几种锂电池均衡电路的工作原理分享
几种锂电池均衡电路的工作原理分享新能源和电动汽车的发展，都会用到能量密度比较高的锂电池。
而锂电池串联使用过程中，为了保证电池电压的一致性，必然会用到电压均衡电路。
今天跟大家一起分享一下，我在工作中用过几种电池的均衡电路，希望对大家有所帮助。
最简单的均衡电路就是负载消耗型均衡，也就是在每节电池上并联一个电阻，串联一个开关做控制。
当某节电池电压过高时，打开开关，充电电流通过电阻分流，这样电压高的电池充电电流小，电压低的电池充电电流大，通过这种方式来实现电池电压的均衡。
但这种方式只能适用于小容量电池，对于大容量电池来说是不现实的。
负载消耗性均衡的示意图第二种均衡方法我没有实验过，就是飞渡电容法。
简单的说就是每一节电池并联一个电容，通过开关这个电容既可以并联到本身这节电池上，也可以并联到相邻的电池。
当某节电池电压过高，首先将电容与电池并联，电容电压与电池一致，然后将电容切换到相邻的电池，电容给电池放电。
实现能量的转移。
由于电容并不消耗能量，所以可以实现能量的无损转移。
但这种方式太繁琐了，现在的动力电池动不动几十节串联，要是采用这种方式，需要很多开关来控制。
飞渡电容法工作原理图，只是画出相邻两节电池的均衡原理图。
第一次做均衡，是做的一款动力电池组的充电，电池容量80ah 的两组并联，要求均衡电流为10a。
原来了解的一点均衡的原理根本不够用，这么大电流都相当于一个一个的小模块了，最后还真的是采用n 个小模块串联，每节电池并联一个小模块，如果单体电池电压低于设定值，启动相应的并联模块，对低电压电池启动充电，补充能量提升电压，实现均衡。
下图为当时采用的均衡电路的示意图，DC-DC 输入母线既可以是电池电压，也可以是别的模块提供的直流输入，根据需要灵活配置。
锂电池组的主动电荷平衡
现有文献 资料中介绍 了几种主动 电
围上限和下 限的区域 ，变化 曲线非 常陡 荷 平衡方法 ，这些方 法利用 蓄能元件转
峭。作 为预防措施 ，仔 细监测 电压水平 移 能 量 。 如果 采 用 电 容 器作 为 蓄 能 元 非 常必要 。
存和 ３ ＫＢ 的数 据 存储 器 ；两 个硬 件 关 ） ２ ，变压 器储存 的能 量转移 到指 定 的 池 。闭合 ５号次 绕组开 关 ，电流 上 。
图３ 下限平衡 原理
ＭＯＳ Ｅ Ｆ Ｔ，它们具 有极低的导 通 电阻 ， 压 ，计 算出平均值 ，然 后找 出电压与平 均平衡 电流 ，车辆就 可以继续 行驶 ，直 所产生的 传导损耗 可以忽略 不计 。 均值偏差最 大的 电池。如果该 电池的 电 至耗尽最 后一个 电池的 电量。 压 低 于 平 均 值 ， 则 采 用 下 限 平 衡
・ 将 多个 电池 电压 复用 ， 为基于 作
＿… ０ …日 ０
维普资讯
专题特写：电池及燃料电池
地电压的 模数转换输 入 其 构 造 原 理 是 使 用 反 激 转 换 器
＿
（ｌｂ ｃ ｏ ｖ ｒｅ ） 这 种变压 器以磁 ｆｙ ａ ｋ ｃ ｎ ｅｔｒ 。 场存储能 量 ，在磁芯 中有一个空 隙 ，以 提高磁 阻 ，避免 磁芯材料 磁饱和 。
块 串联 在 一 起 。
电荷平衡 平衡 的必要性
一
１传统 的被动平 衡方 式 在常规 电池管理 系统 中 ，每个 电池
旦 电压 超出允许 范 围，锂 电池很
容 易被损坏 （ 见图 １ 。如果超 出电压的 均通 过开关 与一个 负载 电阻相连 。被动 ）
锂电池主动均衡控制ic
锂电池主动均衡控制ic全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：锂电池主动均衡控制IC，即用于管理锂电池充放电过程中的电池均衡和保护功能的集成电路。
由于锂电池的电压稳定性和寿命受到内部电池之间差异的影响，电池均衡控制IC的出现解决了这一问题，提高了锂电池的整体性能和安全性。
锂电池主动均衡控制IC通常由电池管理系统（BMS）集成在一起，用于监测每个单体电池的电压、温度和电流等参数，并根据测量结果实时调整电池之间的能量分配，确保电池充电和放电的均衡性。
在长时间使用和充电过程中，电池可能会出现容量衰减、电压失衡等问题，通过主动均衡控制IC的作用，可以及时检测和处理这些问题，延长电池寿命，提高电池利用率。
主动均衡控制IC的工作原理是通过内部的开关电路和控制逻辑实现电池之间的能量传递和均衡调整。
当检测到某个电池电压过高或过低时，控制IC会自动启动均衡操作，将多余的能量转移到其他电池中，使得各个电池之间达到均衡状态。
这样不仅可以提高整个电池组的性能，还可以避免过充和过放等安全问题。
除了均衡功能，锂电池主动均衡控制IC还具有多种保护功能，包括过流保护、过温保护、短路保护等，能够有效保护电池不受外部环境的影响。
一些先进的主动均衡控制IC还具有通信接口，可以实现与外部设备的数据传输和远程监控，方便用户及时了解电池状态和管理电池组。
在锂电池应用领域，主动均衡控制IC已经成为不可或缺的一部分，广泛应用于电动汽车、储能系统、便携设备等方面。
随着技术的不断进步和市场需求的增长，主动均衡控制IC的功能和性能也在不断提升，未来将更加智能化和高效化，为锂电池的发展注入新的动力。
锂电池主动均衡控制IC在锂电池管理领域起着至关重要的作用，能够提高电池的使用寿命和安全性，为电池应用带来更好的体验和效果。
随着新能源产业的快速发展和智能化趋势，主动均衡控制IC必将在未来发挥更加重要的作用，助力锂电池技术的不断创新和应用。
第二篇示例：一般来说，锂电池组会由多个单体电池串联或并联组成，串联电池组的均衡控制更为重要。
锂电池bms的均衡算法
锂电池bms的均衡算法
锂电池BMS（电池管理系统）的均衡算法是一项关键技术，它对于提高锂电池的性能和延长其使用寿命至关重要。
随着锂电池在电动汽车、储能系统和移动设备等领域的广泛应用，如何有效地实现锂电池的均衡成为了一个备受关注的问题。
在锂电池组中，由于单体电池之间存在微小的差异，长时间的充放电循环会导致电池之间的电压和容量差异进一步扩大，从而影响整个电池组的性能和安全性。
因此，BMS的均衡功能就显得尤为重要。
目前，常见的锂电池均衡算法主要包括被动均衡和主动均衡两种方式。
被动均衡是通过将电池组中电压最高的单体电池进行放电以实现均衡，这种方式简单可靠，但效率较低，并且会浪费电能。
而主动均衡则是通过控制电流的方式，将电池组中电压较高的单体电池向电压较低的单体电池进行放电，以实现均衡。
主动均衡算法可以实现更高效的均衡，但需要更复杂的控制系统和硬件支持。
除了被动和主动均衡之外，还有一些先进的均衡算法，如基于模型的均衡算法、基于状态估计的均衡算法等，这些算法能够更加
精准地实现电池的均衡，并且能够根据电池组的实际工作状态进行动态调整，提高了均衡的效率和精度。
总的来说，锂电池BMS的均衡算法是一个不断发展和完善的领域，随着电池技术的不断进步和应用领域的不断拓展，我们相信会有更多更优秀的均衡算法被提出，并为锂电池的性能和安全性提供更好的保障。
电池主动均衡原理
电池主动均衡原理电池作为现代生活中不可或缺的能源储存装置，其性能和寿命一直是人们关注的焦点。
而电池主动均衡技术正是为了解决电池组中电池之间的不平衡问题而出现的一种技术。
本文将重点介绍电池主动均衡原理以及其在电池组中的应用。
我们需要了解电池组中电池之间的不平衡问题。
在电池组中，由于电池的制造工艺、使用环境等因素的影响，电池之间的容量、内阻等参数往往存在差异。
这些差异会导致电池在充放电过程中的不均衡现象，进而影响整个电池组的性能和寿命。
针对这一问题，电池主动均衡技术应运而生。
其基本原理是通过控制电池组中的均衡电路，将电池组中容量较大的电池放电，而将容量较小的电池充电，以达到电池之间容量均衡的目的。
具体而言，电池主动均衡技术主要包括以下几个方面的内容。
首先是均衡电路的设计。
均衡电路是电池主动均衡技术的核心组成部分，它能够根据电池组中电池的状态实时监测和调控电池之间的电流流动，使得电池组中的电流分布更加均匀。
均衡电路的设计需要考虑到电流传输的效率、稳定性以及对电池性能的影响等因素，以确保电池组能够实现有效的均衡。
其次是均衡策略的制定。
均衡策略是指根据电池组中电池的状态和性能差异，确定均衡电路的工作模式和参数设置。
常见的均衡策略包括最高电压优先、最高电流优先和能量均衡等。
不同的均衡策略适用于不同类型的电池组，需要根据实际情况进行选择和调整。
最后是均衡效果的评估和优化。
电池主动均衡技术的效果受到多种因素的影响，如均衡电路的质量、均衡策略的合理性以及电池组的工作环境等。
为了确保电池主动均衡技术的可靠性和有效性，需要进行实验和测试，对均衡效果进行评估和优化，以提高电池组的性能和寿命。
电池主动均衡技术在电动车、储能系统等领域得到了广泛应用。
通过实时监测和调控电池组中各个电池的状态，电池主动均衡技术能够提高电池组的整体性能和可靠性，延长电池的使用寿命，提高能源利用效率。
同时，电池主动均衡技术也能够减少电池组的能量损耗，提高系统的安全性和稳定性。
锂电池组均衡方法
锂电池组均衡方法
嘿，大家好呀！我是一块小小的锂电池，今天我来给大家讲讲锂电池组的均衡方法哦。
嘿，你们知道吗？让锂电池组都一样厉害可重要啦！
有时候呀，锂电池组里的小伙伴们不一样强。
就像小朋友们一起玩游戏，有的跑得快，有的跑得慢。
这样可不好，会让整个锂电池组不开心呢。
一个办法就是用小电阻来帮忙。
给那些电太多的锂电池接一个小电阻，就像给跑得快的小朋友绑一个小沙袋。
这样电就会慢慢地从小电阻跑掉一些，让这个锂电池和别的小伙伴差不多厉害。
还有呢，可以用小风扇吹一吹。
就像小朋友们热的时候吹吹风就凉快了。
给锂电池组吹吹风，让它们的温度都差不多。
温度一样了，它们就会变得更听话，更均衡啦。
还有一种很厉害的办法叫主动均衡。
就像老师来帮忙让小朋友们都站得整整齐齐。
有个小机器会把电多的锂电池里的电搬到电少的锂电池里，这样大家就都一样棒啦。
嘿，小朋友们，你们记住了吗？锂电池组的均衡方法有很多哦，这样就能让它们一起好好工作，给我们带来更多的能量。
电池管理中主动均衡 VS 被动均衡介绍
1. 均衡目的 2. 主动均衡和被动均衡设计比较 3. 主动均衡和被动均衡优缺点比较 4. 如何选择
1.均衡目的 电池系统组是由众多电池串联而成的，每一节电池不可能完全一样，当第一个单电池充 满电时，必须停止充电。当第一个单电池无电时，放电必须终止。均衡的意义在于利 用电子技术，使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，实现整体可用可控，从 而保证每个单体电池在正常的使用时不发生损坏，延长其使用寿命。
“截长补短”，电池效率高，能量被转移，损耗只是 变压器线圈 均衡电流大，1A~10A左右
充电过程 和 放电过程都可以实施
电路复杂，算法涉及开关矩阵设计，驱动控制复杂
成本高
4
4. 如何选择
电池一致性较好，建议选择被动均衡。 电池一致性离散程度比较大，可以考虑选择主动均衡。
电时间，延长放电使用时间。放电模式下一般采用底部 均衡策略，充电模式下一般采用顶部均衡策略。
3. 主动均衡和被动均衡优缺点比较
主动均衡 VS 被动均衡 优缺点比较
被动均衡
主动均衡
“截长不补短”，电量高的电池能量变成热散掉。 均衡电流小，百mA级别
一般在充电过程实施均衡 实现简单（软件和硬件）， 成本低
2. 主动均衡和被动均衡设计比较
主动均衡 VS 被动均衡 设计比较 被动均衡
主动均衡
被动均衡示意图
主动均衡示意图
被动均衡一般通过电阻放电的方式，对电压较高的电池进行放电， 主动衡是一种复杂的均衡技术，在充电和放电循环期 以热量形式释放电量，在充电过程中为其他电池争取更多充电时间。间，使得电池单元内的电荷得到重新分配，从而缩短充
锂电池组主动均衡控制策略
锂电池组主动均衡控制策略随着电动汽车的快速发展和智能电网的建设，锂电池作为一种重要的能量储存装置，其安全性、可靠性和寿命等方面的要求也越来越高。
而锂电池组主动均衡控制策略正是为了解决锂电池组在使用过程中容易出现的不均衡问题而提出的一种控制方法。
锂电池组是由多个单体电池串联组成的，每个单体电池在容量、内阻、电压等方面都有一定的差异。
在使用过程中，由于充放电不均衡、内阻差异、温度不一致等原因，锂电池组中的单体电池之间会出现电压差异，进而影响整个电池组的性能和寿命。
因此，锂电池组主动均衡控制策略的出现可以有效解决这个问题。
锂电池组主动均衡控制策略的核心思想是通过控制电流的流动，将电池组中电荷不均衡的部分转移到电荷较低的单体电池上，以达到均衡电池组电荷的目的。
具体而言，锂电池组主动均衡控制策略可以分为两种方式：有源均衡和无源均衡。
有源均衡是指通过外部电路和控制器来主动调节电池组中的电流分布。
其中一种常用的有源均衡方法是采用电流源控制电池组中的电流流动，通过调整电流源的输出，使电流在电池组中均匀分布，从而实现电池组的均衡。
这种方法具有均衡效果好、控制精度高等优点，但同时也存在成本高、能量利用率低等缺点。
与有源均衡相对应的是无源均衡，无源均衡是通过改变电池组内部的电路结构，使电流在电池组中自然地流动，以实现电池组的均衡。
无源均衡方法包括串联阻容、串联变流等技术，通过改变电池组内的电路参数，使电流在电池组中自动分布，达到均衡的效果。
相比于有源均衡，无源均衡的成本较低，但均衡效果和控制精度可能会有所降低。
除了有源均衡和无源均衡，还有一种常见的锂电池组主动均衡控制策略是基于电压调整的方法。
该方法通过调整电池组中每个单体电池的充电和放电电压，使电池组中的电压保持在一个较小的范围内，从而达到均衡电池组电荷的目的。
这种方法的优点是控制简单、成本低，但均衡效果相对较差。
在实际应用中，锂电池组主动均衡控制策略可以根据具体的应用场景和要求进行选择和调整。
主动均衡技术的研究与实现
航 天等 多个领 域Ｉ 。
全 球 能 源和 环境 问题 日益严 峻 的情 况 下 ，新 能 源汽 车 已成 为 当今 人们研 究 的热点 ，以锂 离子 电池 作 为汽 车等 交通 工具 的动 力源更 是倍 受青 睐。 电动 汽车 为 了达 到一 定 的 电压 、功 率和 能 量 等 要 求 ，动 力 电池 需要 串并联 成组 使 用 ，组装 一 辆 电 动 汽车 需要 几百块 的锂 电池 。 电池 一致 性是 决定 整 组 电池 寿命 的一个 非 常 重 要 的 因素 。理 想 状 态下 ，单 体 电池 性 能一 致时 ，充
坏 或 者 失 效 的 问题 ，基 于 Ｄ — Ｃ 法 实现 了 电池 组 主 动 均 衡 功 能 。 实 验 结 果 表 明 ，该 系统 均 衡 电流 Ｃ Ｄ
大 、效 率高 、效 果显著 ，可 以有效 地 延长 电池组 的寿 命 。 关 键 词 ： 锂 离子 电池 ：电动 汽 车 ：电池 管 理 系 统 ；主动 均 衡 ，开 关 电容 （ 电感 ）法 ；变压 器 法 ：
ＤＣ～ＤＣ 法
１ 前 言
锂 电池 以其 能 量 密 度 高 、循 环 寿 命 长 、 高 电 压 、无污 染 、无 记 忆效 应 、快速 充 电等诸 多优 点 已 广泛 应 用 于 储 能 、通 讯 、 电动 工 具 、 交通 、军 事 、
放 电使 出厂 时 电池 间很 小 的差 异也 会 变成 不 可忽视 的 差异 ；使 用者 水 平 不一 ，人 为原 因造 成池 电压 较 高 时 ，可 以将其 多余 的能量 转 移 到整 个 电池 组 以实现 主动均衡 功 能。
主动 均衡 指 不把 电压 较 高 的 电池 的能量 通 过 电 阻 消耗 掉 ，而 是将 其 能 量传 递 给 电压 较 低 的 电池 ，
最简单的锂电池均衡方法
最简单的锂电池均衡方法
最简单的锂电池均衡方法如下：
1.在蓄电池包的各单体蓄电池上附加一个并联均衡电路,以达到分流的用途。
在这种模式下,当某个蓄电池首先达到满充时，均衡装置能阻止其过充并将多余的能量转化成热能，继续对未充满的蓄电池充电。
该方法简单，但会带来能量的损耗，不适合快充系统。
2.在充电前对每个单体逐一通过同一负载放电至同一水平,然后再进行恒流充电,以此保证各个单体之间较为准确的均衡状态。
但对电池包，由于个体间的物理差异，各单体深度放电后难以达到完全一致的理想效果。
即使放电后达到同一效果，在充电过程中也会出现新的不均衡现象。
3.按时、定序、单独对电池包中的单体电池进行检测及均匀充电。
在对电池包进行充电时，能保证电池包中的每一个电池不会发生过充电或过放电的情况，因而就保证了电池包中的每个电池均处于正常的工作状态。
4.运用分时原理，通过开关组件的控制和切换，使额外的电流流入电压相对较低的蓄电池中以达到均衡充电的目的。
该方法效率比较高，但控制比较复杂。
5.以各蓄电池的电压参数为均衡对象，使各蓄电池的电压恢复一致，均衡充电时，电容通过控制开关交替地与相邻的两个蓄电池连接，接受高电压蓄电池的充电，再向低电压蓄电池放电，直到两蓄电池的电压趋于一致。
该种均衡方法较好的解决了蓄电池包电压不平衡的问题，但该方法重要用在蓄电池数量较少的场合。
6.整个系统由单片机控制，单体蓄电池都有独立的一套模块。
模块根据设定程序，对各单体蓄电池分别进行充电管理，充电完成后自动断开。
锂动力电池主动均衡技术的优缺点
锂动力电池主动均衡技术的优缺点1.主动均衡技术的优缺点基于主动均衡技术锂动力电池组，无论锂动力电池组在充电、放电还是放置过程中，都可在锂动力电池组内部对于锂动力电池单体之间的差异性进行主动均衡，以消除锂动力电池成组后由于自身和使用过程中产生的各种不一致性。
锂动力电池利用能量转移装置将高能量锂动力电池单体的电量补充到低能量锂动力电池单体中，其实质是运用锂动力电池组内锂动力电池能量可单/双向转移的手段，在锂动力电池组内进行能量转换，以达到改善锂动力电池组内各锂动力电池单体差异性的目的。
主动均衡法的优点：1）主动均衡电路均衡效率高。
2）充电、放电和静态过程中都做均衡。
3）平衡电流大，均衡速度较快。
主动均衡法的缺点：1）技术复杂，成本高，实现困难。
2）因需频繁切换均衡电路，对锂动力电池造成的伤害大，影响锂动力电池的寿命。
2.主动均衡实施方案主动均衡基于能量传递分配的原则，实现了能量主动分配效果，因而能量利用率相比被动均衡高。
但其只能在相邻的两节锂动力电池单体之间转移能量，结构相对来说较为复杂，基于变压器的设计以及开关矩阵的设计无疑会使成本增加明显。
主动均衡的具体实施方案有很多种，从理念上可以再分成削高填低型和并联均衡型两大类。
（1）削高填低型削高填低型的实施方案包括：电容式均衡、电感式均衡、变压器式均衡，此三种均衡方式包括锂动力电池在充电过程中的均衡以及静置过程的均衡。
削高填低就是把电压高的锂动力电池单体的能量转移一部分出来，给电压低的锂动力电池单体，从而推迟最低锂动力电池单体电压触及放电截止阈值和最高锂动力电池单体电压触及充电终止阈值的时间，获得系统提升充入电量和放出电量的效果。
但是在这个过程中，高电压锂动力电池单体和低电压锂动力电池单体都额外的进行了充放。
对锂动力电池单体而言，额外的充放负担会带来寿命的消耗，但对锂动力电池组而言，总体上是延长了锂动力电池组寿命还是降低了锂动力电池组寿命，目前还没有看到明确的实验数据予以证明。
电池主动均衡与被动均衡建模公式
电池主动均衡与被动均衡建模公式电池主动均衡与被动均衡建模公式电池是如今现代生活中不可或缺的能源存储装置，从手机到电动汽车甚至再到太阳能储能系统，电池都扮演着重要的角色。
然而，电池的寿命与性能一直是人们关注的焦点。
在电池的使用过程中，主动均衡与被动均衡成为了提高电池性能和延长电池寿命的关键。
主动均衡，顾名思义，是由电池管理系统（BMS）主动调节电池组中每个单体电池的电量分布。
而被动均衡，则是通过合理设计电池组结构和参数，使得电池组内部电池间的电压、电流均衡，最终达到优化性能的目的。
首先，我们来看主动均衡建模公式。
主动均衡通过控制每个单体电池之间的充放电过程以及电池的连接方式，来实现电池组的均衡。
常见的主动均衡方法是采用电阻、切割器等方式对电池组进行调控。
主动均衡建模公式主要包括以下几个方面。
首先是电池单体充放电过程建模。
电池单体的充放电过程可以用电压与电量之间的关系来描述。
电池单体的电量与充放电电流、时间的关系可以用下面的公式表示：Q(t) = I(t) * t其中，Q(t)表示电量，I(t)表示电流，t表示时间。
这个公式是基础的电池充放电过程的建模公式。
其次是电池组的充放电控制建模。
在电池组中，不同单体电池的电压、容量等参数都存在差异，因此需要通过控制电池组的充放电过程来实现均衡。
我们可以用以下公式来描述电池组的充放电过程：V(t) = sum(Vi(t) * mi(t))其中，V(t)表示电池组的电压，Vi(t)表示第i个单体电池的电压，mi(t)表示第i个电池的分配系数。
这个公式可以通过调节mi(t)来控制电池组中不同单体电池的充放电比例，从而实现均衡。
最后是电池组的连接方式建模。
不同的电池组连接方式对电池的均衡效果有不同的影响。
一般来说，串联连接方式更容易出现电池之间的电压不均衡，而并联连接方式更容易出现电流不均衡。
我们可以通过以下公式来描述电池组的连接方式：R(t) = sum(Ri(t))其中，R(t)表示电池组的内部电阻，Ri(t)表示第i个电池的内部电阻。
【深度解析】论BMS的主动均衡和被动均衡
【深度解析】论BMS的主动均衡和被动均衡主动均衡和被动均衡，是电动汽车BMS业界争论热点之一。
像极了华山剑派的气宗和剑宗，业内争论的不亦乐乎，业外看的却是不明所以。
均衡之于动力锂电池组的重要性就不再赘述，没有均衡的锂电池组就像是得不到保养的发动机，没有均衡功能的BMS只是一个数据采集器，很难称得上是管理系统。
主动均衡和被动均衡都是为了消除电池组的不一致性，但两者的实现原理可谓是截然相反。
因为也有人把依靠算法由BMS主动发起的均衡都定义为主动均衡，为避免歧义，这里把凡是使用电阻耗散能量的均衡都称为被动均衡，凡是通过能量转移实现的均衡都称为主动均衡。
被动均衡先于主动均衡出现，因为电路简单，成本低廉至今仍被广泛使用。
其原理是依照电池的电量和电压呈正相关，根据单串电池电压数据，将高电压的电池能量通过电阻放电以与低电压电池的电量保持相等状态，也有以最高电压为判据，比如三元锂电最高4.2V，凡是超过4.2V就开始放电均衡。
因为BMS概念和产品最早是由国外提出，国外半导体厂商最先设计出专用IC,开始只是检测电压和温度，后来均衡的概念提出后，就采用了电阻放电的方法并将这个功能加入到IC中(因为这个放电控制的功能容易集成进芯片里)，现在广泛应用的TI\MAXIM\LINER均有此类芯片在产，有的是将开关驱动做到芯片里，有的甚至试图将开关也做进了芯片里。
从被动均衡原理及示意图中我们可以看出，如果电池组比作木桶，串接的电池就是组成木桶的板，电量低的电池是短板，电量高的就是长板，被动均衡做的工作就是“截长不补短”。
电量高的电池中的能量变成热耗散掉，电能使用效率低。
不仅如此，因为将电能转变成热量耗散，带来了两难的问题，这就是如果均衡电流大，热量就多，最后如何散热成为问题;如果均衡电流小，那么在大容量电池组中、电量差别大的情况下所起到的电量平衡作用效率很低，要达到平衡需要很长时间，在应用中有种隔靴搔痒的感觉。
权衡利弊，所以现在被动均衡的电流一般都在百毫安(100mA)级别。
电池主动均衡方案
电池主动均衡方案是指通过电流调节、能量控制等手段，确保电池组中各单体电池之间的电压差异小于设定值，以确保电池组的整体性能和安全性。
以下是一种电池主动均衡方案的详细说明：1. 电池组结构：采用多节电池串联的方式组成电池组，每节电池之间安装均衡电阻。
2. 均衡控制策略：采用微电脑控制芯片，根据电池组的电压、电流等参数，实时计算出各节电池的电压差异，并控制均衡电阻的电流输出，以达到均衡电压的目的。
3. 均衡电流调节：根据电池组的容量和单体电池的容量，以及电池组的电压范围，设置均衡电流的大小和调节方式。
通常采用PWM脉宽调制技术，通过调节均衡电阻的功率输出，实现均衡电流的自动调节。
4. 均衡时间控制：根据电池组的充电时间和放电深度，以及单体电池之间的电压差异，设置均衡时间。
在充电过程中，当单体电池之间的电压差异小于设定值时，停止均衡控制；在放电过程中，根据单体电池之间的电压差异实时调节均衡电流。
5. 均衡安全性：在均衡电路中安装过流保护、过压保护、欠压保护等安全措施，以防止电池短路、燃烧等安全事故的发生。
同时，控制芯片应具有自检功能，定期检测均衡电路的工作状态，确保其正常运行。
6. 均衡效率：采用先进的均衡技术，如无线通信、磁场耦合等，可以提高均衡效率，减少均衡时间，提高电池组的整体性能。
7. 监控与诊断：通过采集电池组的电压、电流、温度等参数，以及均衡电路的工作状态，实现电池组的实时监控和故障诊断。
对于异常情况，应及时报警并采取相应的处理措施。
8. 维护与保养：定期检查均衡电阻的阻值是否正常，以及电池组的连接是否良好。
同时，应避免电池组受到过充、过放、高温、短路等不良因素的影响，以延长其使用寿命。
总之，电池主动均衡方案是保证电池组性能和安全性的重要手段之一。
通过合理的结构设计和控制策略，以及先进的均衡技术，可以实现电池组中各单体电池之间的电压差异小于设定值，提高电池组的整体性能和安全性。
同时，应加强监控与诊断，及时发现和处理故障，确保电池组的正常运行。
锂电池组 串联 电压 均衡
锂电池组串联电压均衡
锂电池组串联时，由于每个单体电池的电化学性质不同，容易导
致电压不平衡。
为了提高锂电池组的性能和安全性，需要进行电压均衡。
电压均衡的方法有两种：被动式均衡和主动式均衡。
被动式均衡
是通过串联电阻等被动元件实现的，不需要外部电源控制，但效率低，只能在低电流下工作。
主动式均衡则需要使用外部电源进行控制，通
常通过电子电路实现，效率更高，能在高电流下工作。
主动式均衡可以分为两种方式：开关式和线性式。
开关式均衡使
用开关管将电池串联组中电压高的电池放电到电压低的电池中，实现
电容的充放电。
线性式均衡使用稳压器将电压高的电池通过稳压器放
电到电压低的电池中。
无论采用哪种方法均衡电压，都需要进行电压检测和控制。
检测
电池电压，判断是否需要进行均衡，控制电路进行均衡操作。
均衡过
程中需要在一定的时间内完成，不能过度放电电池，保护电池的寿命。
主动均衡和被动均衡
主动均衡和被动均衡基本电池组设计原则：当第一个单电池充满电时，必须停止充电。
当第一个单电池无电时，放电必须终止。
弱蓄电池节比强蓄电池老化得更快。
弱蓄程度最高的电池节将最终限制电池组的可用电量（最弱环节）。
电池组中的系统温度梯度使运行在较高平均温度的电池节变弱。
在不使用均衡的情况下，在每个充放电周期中，最弱蓄和最强蓄单电池之间的电压差将增加。
最终，其中一个单电将始终接近最大电压，而另外一个单电池接近最低电压→从而阻碍了电池组的充放电能力。
由于这些电池再也不会像它们最初使用时那么相互匹配，而且由于我的安装方式将使它们处于不同的温度环境中，我必须做好单电池均衡。
锂离子电池主要出现两种不匹配；充电不匹配和容量不匹配（请见图2）。
充电不匹配在容量相同的单电池所容纳的充电量逐渐差生差别时出现。
容量不匹配出现在同时使用初始容量不同的电池节时。
由于电池组通常由几乎在同一时间生产的单电池组装而成，这些单电池的制造工艺也相差无几，所以单电池通常情况下匹配良好，只有充电普匹配会比较常见。
然而，如果电池组由来源不明的单电池组装而成，或者在制造工艺方面差别很大的话，也有可能出现容量不匹配。
主要有两种电池均衡：被动均衡和主动均衡。
这里列出了基本功能和它们各自的优缺点：被动均衡：实现简单（硬件和软件）廉价降低了充电不匹配小均衡电流（小于1A）发热-浪费电能！主动均衡：效率更高增加可用容量减少充电和容量不匹配效应更快的电池组充电时间可在充电和放电过程中工作较大的均衡电流（大于1A），以快速均衡大电池更长的电池组使用寿命混用/匹配全新/旧模块可使用模块内的不匹配单电池（增加产量）看起来主动均衡才是正道！我决定使用手边的最积极主动的TI BMS。
为了确保我始终能够从电池组获得最大电量，所有单电池之间的电压差保持在毫伏以内。
由TI EM1401EVM电路板管理的电池使用全部TI部件来提供5A主动电池均衡（我设计的工作方式）。
图3显示了基本架构。
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锂离子电池组的主动充电平衡法
位于慕尼黑的英飞凌科技公司汽车系统工程部门最近接到一项开发E-Cart的任务。
E-Cart是一种可驾驶的车辆，主要用于演示混合动力汽车的电气性能。
该车将采用一组庞大的锂离子电池组提供动力，当时开发人员就意识到对其进行带充电平衡的电池管理是绝对必要的。
这种情况下必须采用在各节电池之间进行主动能量转移的方式来代替传统的简单充电平衡方案。
他们开发的主动充电平衡系统在材料成本与被动方案相当的情况下能提供更优秀的性能(见图1)。
图1：E-Cart原型。
电池系统架构
镍镉电池与随后出现的镍氢电池多年来一直主宰着电池市场。
锂离子电池是最近才进入市场的，但由于其性能有极大提高，因此其市场份额增长非常迅速。
锂离子电池的储能容量非常惊人，但即便如此，单个电池单元的容量不论从电压还是从电流方面仍都太低，不能满足一个混合动力发动机的需要。
并联多个电池单元可以增大电池所提供的电流，串联多个电池单元则可以增大电池提供的电压。
电池组装商通常利用一些缩略短语来描述其电池产品，例如“3P50S”代表该电池组中有3个并联的电池单元、50个串联的电池单元。
模块化结构在对包含多个串联电池单元的电池进行管理时是很理想的结构。
例如，在一个3P12S的电池阵列中，每12个电池单元串联之后就组成了一个模块(block)。
然后，这些电池单元就可通过一块以微控制器为核心的电子电路对其进行管理和平衡。
这样一个电池模块的输出电压取决于串联电池单元的个数和每个电池单元的电压。
锂离子电池单元的电压通常在3.3V到3.6V之间，因此一个电池模块的电压约在30V到45V之间。
混合动力车的驱动需要450V左右的直流电源电压。
为了根据充电状态来补偿电池单元电压的变化，比较合
适的做法是在电池组和发动机之间连接一个DC-DC转换器。
这个转换器还可以限制电池组输出的电流。
为确保DC-DC转换器工作在最佳状态，要求电池组电压在150V到300V之间。
因此，需要串联5到8个电池模块。
平衡的必要性
如果电压超出允许的范围，锂离子电池单元就很容易损坏(见图2)。
如果电压超出了上、下限(以纳米磷酸盐型锂离子电池为例，下限电压为2V，上限电压为3.6V)，电池就可能出现不可逆转的损坏。
其结果至少是加快电池的自放电速度。
电池输出电压在一个很宽的充电状态(SOC)范围内都是稳定的，电压偏离安全范围的
风险很小。
但在安全范围的两端，充电曲线的起伏相对比较陡峭。
因此，为预防起见，必须严密监控电压。
图2：锂离子电池的放电特性(钠米磷酸盐型)。
如果电压达到一个临界值，就必需立即停止放电或充电过程。
在一个强大的平衡电路的帮助下，相关电池单元的电压可以返回安全范围内。
但为达到这一目的，该电路必需能在电池组中任何一个单元的电压开始与其他单元出现差异时马上在各单元之间转移能量。
充电平衡法
1.传统的被动方法：在一般的电池管理系统中，每个电池单元都通过一个开关连接到一个负载电阻。
这种被动电路可以对个别被选中的单元放电。
但该方法只适用于在充电模式下抑制最强电池单元的电压攀升。
为限制功耗，此类电路一般只允许以100mA左右的小电流放电，从而导致充电平衡耗时可高达几小时。
2.主动平衡法：相关资料中有很多种主动平衡法，均需要一个用于转移能量的存储元件。
如果用电容来做存储元件，将其与所有电池单元相连就需要庞大的开关阵列。
更有效的方法是将能量存储在一个磁场中。
该电路中的关键元件是一个变压器。
电路原型是由英飞凌的开发小组与VOGT电子元件GmbH公司共同开发的。
其作用是：
a. 在电池单元之间转移能量
b. 将多个单独的电池单元电压复接至一个基于地电压的模数转换器(ADC)输入端
该电路是按照回扫变压器原理构造的。
这类变压器能够将能量存储在磁场中。
其铁氧体磁心中的气隙增大了磁阻，因此可以避免磁心材料出现磁饱和。
该变压器两侧的电路是不同的：
a. 初级线圈与整个电池组相连
b. 次级线圈与每个电池单元相连
该变压器的一种实用模型支持多达12个电池单元。
变压器的可能连接数量限制了电池单元的个数。
上述原型变压器有28个引脚。
其中的开关采用OptiMOS3系列的MOSFET，它们的导通电阻极低，因此其传导损耗可以忽略不计(见图3)。
图3：电池管理模块的原理图。
图中的每个模块都受英飞凌公司的8位先进微控制器XC886CLM控制。
这种微控制器自带闪存程序和一个32KB 的数据存储器。
此外，它还有两个基于硬件的CAN接口，支持通过公共汽车控制器局域网(CAN)总线协议与下面的处理器负载通信。
它还包含一个基于硬件的乘除法单元，可用于加快计算过程。
平衡方法
由于变压器可以双向工作，因此我们可以根据情况采取两种不同的平衡方法。
在对所有电池单元进行电压扫描之后(电压扫描的细节将在后面介绍)，计算平均值，然后检查电压偏离平均值最大的电池单元。
如果其电
压低于平均值，就采用底部平衡法(bottom-balancing)，如果其电压高于平均值，就采用顶部平衡法
(top-balancing)。
1.底部平衡法：图4所示例子就是采用的底部平衡法。
扫描发现电池单元2是最弱的单元，必须对其进行增强。
图4：锂离子电池的底部充电平衡原理。
此时闭合主开关(“prim”)，电池组开始对变压器充电。
主开关断开后，变压器存储的能量就可以转移至选定的电池单元。
相应的次级(“sec”)开关——在本例中是开关sec2——闭合后，就开始能量转移。
每个周期均包含两个主动脉冲和一个暂停。
在本例中，40毫秒的周期转换为频率就是25kHz。
在设计变压器时，其工作频段应在20kHz以上，以避免出现人类听觉频率范围内可感知的啸叫噪音。
这种声音是由变压器铁氧体磁心的磁致伸缩导致的。
尤其是当某个电池单元的电压已经达到SoC的下限时，底部平衡法能够帮助延长整个电池组的工作时间。
只要电池组提供的电流低于平均平衡电流，车辆就能继续工作，直到最后一块电池单元也被耗尽。
2.顶部平衡法：如果某个电池单元的电压高于其他单元，那么就需要将其中的能量导出，这在充电模式下尤其必要。
如果不进行平衡，充电过程在第一块电池单元充满之后就不得不立即停止。
采用平衡之后则可以通过保持所有电池单元的电压相等而避免发生过早停止充电的情况。
图5：锂离子电池的顶部充电平衡原理。
图5给出了顶部平衡模式下的能量流动情况。
在电压扫描之后，发现电池单元5是整个电池组中电压最高的单元。
此时闭合开关sec5，电流从电池流向变压器。
由于自感的存在，电流随时间线性增大。
而由于自感是变压器的一个固有特性，因此开关的导通时间就决定了能够达到的最大电流值。
电池单元中转移出的能量以磁场的形式得到存储。
在开关sec5断开后，必须闭合主开关。
此时，变压器就从储能模式进入了能量输出模式。
能量通过巨大的初级线圈送入整个电池组。
顶部平衡法中的电流和时序条件与底部平衡法非常类似，只是顺序和电流的方向与底部平衡法相反。
平衡功率和电压扫描
按照英飞凌E-Cart中的原型配置，平均平衡电流可达5A，比被动平衡法的电流高50倍。
在5A的平衡电流下，整个模块的功耗仅2W，因此无需专门的冷却措施，并且进一步改善了系统的能量平衡。
为了管理每个电池单元的充电状态，必须测量它们各自的电压。
由于只有单元1在微控制器的ADC范围内，因此模块中其他单元的电压无法直接测量。
一种可能的方案是采用一组差分放大器阵列，而且它们必须支持整个电池模块的电压。
下文中描述的方法只需增加很少量的额外硬件就能测量所有电池单元的电压。
在该方法中，主要任务是进行充电平衡的变压器同时也被用做一个复用器。
在电压扫描模式中没有使用变压器的回扫模式。
当S1到Sn这些开关中有一个闭合时，与其相连的电池单元的电压就转换到变压器的所有绕组中。
在经过一个离散滤波器的简单预处理之后，被测信号就被送入微控制器的ADC输入端口。
开关S1到Sn中的某个开关闭合时所产生的测量脉冲持续时间可能非常短，实际导通时间为4us。
因此，通过这个脉冲存储至变压器中的能量很少。
而且无论如何在开关断开之后，存储在磁场中的能量都会通过初级晶体管流回整个电池模块。
因此电池模块的能量多少并不受影响。
在对所有电池单元进行完一个周期的扫描之后，系统又回到初始状态。
本文小结
只有拥有一套优秀的电池管理系统才能充分发挥新型锂离子电池所具备的优势。
主动充电平衡系统的性能远远优于传统的被动方法，而相对简单的变压器则有助于保持较低的材料成本。
作者：Werner Rler, Dipl.-Ing.
安全应用系统工程部系统工程师
英飞凌科技公司。