延長(zhǎng)壽命，保障安全，儲(chǔ)能電池中不可或缺的均衡芯片

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）在儲(chǔ)能電池快速發(fā)展的當(dāng)下，電池組的容量越來越大，也讓其中的電芯越來越多，而多個(gè)電芯是通過串聯(lián)或并聯(lián)組成，由于生產(chǎn)制造過程中的微小差異，以及長(zhǎng)期使用中老化程度的不同，電芯之間會(huì)出現(xiàn)電壓、容量的不一致性。這時(shí)就需要有均衡芯片來減少這種不一致性，確保電池組內(nèi)左右的電芯保持相近的荷電狀態(tài)。

均衡芯片可以維護(hù)電池組中各個(gè)單體電池電量的一致性，通過監(jiān)控電池組的充放電狀態(tài)以及各個(gè)單體電池的電壓、電流、溫度等參數(shù)，并采用相應(yīng)的控制策略，對(duì)電池單體進(jìn)行充放電過程中的調(diào)節(jié)，降低電池單體之間的不均衡特性，使得各個(gè)單體電池的電量盡可能地保持一致，從而提高整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的性能和壽命。

而均衡芯片中的技術(shù)，通?？梢詺w納為兩種，即被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡。被動(dòng)均衡技術(shù)，又稱為能量耗散式均衡，其工作原理是在每節(jié)電芯上并聯(lián)一個(gè)電阻。

當(dāng)某個(gè)電芯提前充滿，而又需要繼續(xù)給其他電芯充電時(shí)，通過電阻對(duì)電壓高的電芯以熱量形式釋放電量，為其他電芯爭(zhēng)取更多充電時(shí)間。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用廣泛，但會(huì)降低系統(tǒng)效率，因?yàn)橥ㄟ^電阻耗能會(huì)產(chǎn)生熱量，且均衡時(shí)間短，效果不佳，一般均衡時(shí)間都在充電周期末期。

主動(dòng)均衡技術(shù)，又稱非能量耗散式均衡，其原理在充電和放電循環(huán)期間，將能量高的電芯內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移到能量低的電芯中去，實(shí)現(xiàn)能量在電芯之間的流動(dòng)。這種方式有助于降低損耗、提升系統(tǒng)可用容量，適用于大容量、高串?dāng)?shù)的鋰電池組應(yīng)用。主動(dòng)均衡相比被動(dòng)均衡能量利用率更高，可以縮短充電時(shí)間，并減少均衡時(shí)產(chǎn)生的熱量。

均衡芯片的發(fā)展與選擇

在最初的BMS中，由于均衡技術(shù)并不發(fā)達(dá)，往往僅依賴簡(jiǎn)單的過充過放保護(hù)。隨著鋰離子電池的廣泛應(yīng)用，對(duì)電池管理的要求逐漸提高。到了2000年代初，被動(dòng)均衡技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品中，雖然效率不高，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。

到了2010年以后，主動(dòng)均衡技術(shù)逐漸成熟并商用化，尤其是在電動(dòng)汽車和大型儲(chǔ)能系統(tǒng)中。這一時(shí)期，更多的半導(dǎo)體公司如Linear Technology（已被ADI收購(gòu)）推出了如LTC680x系列等專業(yè)芯片，支持高精度測(cè)量和主動(dòng)均衡控制。

到了如今，隨著電池能量密度的提升和應(yīng)用需求的多樣化，電池均衡技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新。出現(xiàn)了更多集成度高、智能化的均衡芯片，有的雙向DC-DC主動(dòng)均衡芯片，還能采用智能算法，不僅提高均衡效率，還延長(zhǎng)了電池組的使用壽命。同時(shí)，雙向同步整流技術(shù)、大均衡電流能力以及低能耗成為均衡芯片研發(fā)的新趨勢(shì)，旨在提高均衡效率的同時(shí)降低成本。

針對(duì)均衡芯片，最重要的指標(biāo)在于均衡效率，均衡效率指的是均衡芯片在執(zhí)行電芯電壓均衡時(shí)，能夠有效轉(zhuǎn)移能量的比例，即從高電壓電芯轉(zhuǎn)移至低電壓電芯的能量與實(shí)際消耗或轉(zhuǎn)移的能量之比。高均衡效率意味著在均衡過程中能量損失較小，系統(tǒng)整體效能更高。

舉個(gè)例子，假設(shè)有一個(gè)由4個(gè)電芯串聯(lián)組成的電池包，每個(gè)電芯的理想電壓為3.7V，總電壓應(yīng)為14.8V。但由于生產(chǎn)差異或使用過程中的不均勻老化，電芯A的電壓為3.8V，電芯B、C為3.7V，電芯D為3.6V。此時(shí)，電芯間存在電壓差異，需要均衡。

如果采用一款均衡效率為90%的均衡芯片進(jìn)行均衡操作，目標(biāo)是將所有電芯電壓調(diào)整至3.7V。首先，芯片從電壓最高的電芯A轉(zhuǎn)移能量給電壓最低的電芯D。理論上，需要從A電芯移出0.1V的電壓差，即轉(zhuǎn)移約（0.1V * 容量）/1小時(shí)的電荷量。

若電池容量為10Ah，那么需要轉(zhuǎn)移的電荷量為0.1Ah（即1000mAh）。在90%的均衡效率下，實(shí)際消耗的電能為轉(zhuǎn)移電能的1.11倍，即實(shí)際消耗1110mAh的電能來完成這次均衡。

這意味著，盡管完成了電芯間電壓的均衡，但是有110mAh的能量（即1110mAh-1000mAh）以熱能等形式損耗掉了，這部分能量沒有被電池系統(tǒng)有效利用。因此，均衡效率越高，表示在相同任務(wù)下?lián)p耗越小，電池組的能量利用率越高，這對(duì)于提升整個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和續(xù)航能力都是非常重要的。

此外，還需要考慮均衡芯片的精度與分辨率測(cè)量電壓和電流的精度直接影響均衡效果，高分辨率的ADC能夠更精細(xì)地控制電芯電壓。以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)，快速響應(yīng)負(fù)載變化和電壓波動(dòng)的能力，對(duì)于維持系統(tǒng)穩(wěn)定性至關(guān)重要。

小結(jié)

均衡芯片是現(xiàn)代BMS中不可或缺的一部分，對(duì)于優(yōu)化電池組性能、保障安全運(yùn)行和延長(zhǎng)使用壽命至關(guān)重要。隨著電池技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，均衡技術(shù)也在不斷進(jìn)步，以滿足更高標(biāo)準(zhǔn)和更復(fù)雜需求。