鋰電池保護(hù)板的主動均衡和被動均衡的區(qū)別

　　1.被動均衡

　　被動均衡一般通過電阻放電的方式，對電壓較高的電池進(jìn)行放電，以熱量形式釋放電量，為其他電池爭取更多充電時間。這樣整個系統(tǒng)的電量受制于容量最少的電池。充電過程中，鋰電池一般有一個充電上限保護(hù)電壓值，當(dāng)某一串電池達(dá)到此電壓值后，鋰電池保護(hù)板會切斷充電回路，停止充電。如果充電時的電壓超過這個數(shù)值，也就是俗稱的“過充”，鋰電池就有可能燃燒或者爆炸。因此，

　　被動均衡的優(yōu)點(diǎn)是成本低和電路設(shè)計(jì)簡單；而缺點(diǎn)為是以最低電池殘余量為基準(zhǔn)進(jìn)行均衡，無法增加殘量少的電池的容量，及均衡電量100％以熱量形式被浪費(fèi)。鋰電池保護(hù)板一般都具備過充保護(hù)功能，防止電池過充。

　　如圖2所示，充電過程中2號電池先被充電至保護(hù)電壓值，觸發(fā)鋰電池保護(hù)板的保護(hù)機(jī)制，停止電池系統(tǒng)的充電，這樣直接導(dǎo)致1號、3號電池?zé)o法充滿。整個系統(tǒng)的滿充電量受限于2號電池，這就是系統(tǒng)損失。為了增加電池系統(tǒng)的電量，鋰電池保護(hù)板會在充電時均衡電池。如圖3所示，均衡啟動后，鋰電池保護(hù)板會對2號電池進(jìn)行放電，延遲其達(dá)到保護(hù)電壓值的時間，這樣1號、3號電池的充電時間也相應(yīng)延長，進(jìn)而提升整個電池系統(tǒng)的電量。但是，2號電池放電電量100%被轉(zhuǎn)換成熱量釋放，造成了很大的浪費(fèi)（2號電池的散熱是系統(tǒng)的損失，也是電量的浪費(fèi)）。

　　如圖4所示，除了過充對電池會有嚴(yán)重影響外，過放也會造成電池嚴(yán)重?fù)p壞。同樣，鋰電池保護(hù)板具備過放保護(hù)功能。放電時，2號電池的電壓到達(dá)放電保護(hù)值時，觸發(fā)鋰電池保護(hù)板的保護(hù)機(jī)制，停止系統(tǒng)放電，直接導(dǎo)致1號、3號電池的電池余量無法被完全使用，均衡啟動后會改善系統(tǒng)過放。

　　被動均衡的優(yōu)點(diǎn)是成本低和電路設(shè)計(jì)簡單；而缺點(diǎn)為是以最低電池殘余量為基準(zhǔn)進(jìn)行均衡，無法增加殘量少的電池的容量，及均衡電量100％以熱量形式被浪費(fèi)。

　　2.主動均衡

　　主動均衡是以電量轉(zhuǎn)移的方式進(jìn)行均衡，效率高，損失小。不同廠家的方法不同，均衡電流也從1～10?A不等。目前市場上出現(xiàn)的很多主動均衡技術(shù)不成熟，導(dǎo)致電池過放，加速電池衰減的情況時有發(fā)生。市場上的主動均衡大多采用變壓原理，依托于芯片廠家昂貴的芯片。并且此方式除了均衡芯片外，還需要昂貴的變壓器等周邊零部件，體積較大，成本較高。

　　被動均衡適合于小容量、低串?dāng)?shù)的鋰電池組應(yīng)用，主動均衡適用于高串?dāng)?shù)、大容量的動力型鋰電池組應(yīng)用。對BMS來講，除了均衡功能非常重要，背后的均衡策略更為重要。

　　如圖5所示，每6串電池為一組，取6串電池的總電量轉(zhuǎn)移給容量小的電池。電感式主動均衡以物理轉(zhuǎn)換為基礎(chǔ)，集成了電源開關(guān)和微型電感，采用雙向均衡方式，通過相近或相鄰電池間的電荷轉(zhuǎn)移均衡電池，并且不論電池處于放電、充電還是靜置狀態(tài)，都可以進(jìn)行均衡，均衡效率高達(dá)92%。

　　其放電和充電工作原理，如圖6及圖7所示，2號電池將電量轉(zhuǎn)移給1號、3號電池。高效的電荷轉(zhuǎn)移，使得充電時3個電池的電壓一直保持在均衡狀態(tài)下，這樣所有電池都能充滿。鋰電池保護(hù)板在放電時，也可均衡電池。1號、3號電池將電量轉(zhuǎn)移給2號電池，3個電池的電壓一直在均衡狀態(tài)下放電，這樣所有電池電量都能用完。

　　電池保護(hù)板主動均衡電路:

　　下圖用的磷酸鐵鋰動力電池組的電池保護(hù)板主動均衡充電系統(tǒng)拓?fù)鋱D。電池保護(hù)板主動均衡是相對于被動均衡而言的一種均衡方式，究其定義而言，指的是利用主動元件實(shí)現(xiàn)電池組容量均衡的方式。

　　系統(tǒng)主要由單體電池保護(hù)板管理電路與整車控制器組成，單體電池管理電路由單體電池檢測單元和單體電池均衡充電單元構(gòu)成，檢測單元采用基于自適應(yīng)Kalman濾波算法計(jì)算單體電池sOC，均衡充電單元采用反激變換器實(shí)現(xiàn)由電池組整體向單體SOC較低的電池進(jìn)行補(bǔ)充電，從而實(shí)現(xiàn)各單體電池SOC在可控制范圍內(nèi)的一致。

　　各單體電池管理電路之間的通信方式采用的是CAN總線通信，單體電池管理電路與整車控制器之間是通過CAN-USB總線適配器實(shí)現(xiàn)通信。整車控制器通過USB-CAN總線適配器與單體電池管理電路的CAN總線相連接，實(shí)現(xiàn)了對單體電池管理電路信息的發(fā)送和接收。通過采用CAN總線的分布式結(jié)構(gòu)，減少了系統(tǒng)的連線，便于系統(tǒng)安裝調(diào)試。

　　由n節(jié)單體電池管理電路構(gòu)成電池組管理系統(tǒng)，如圖所示，為當(dāng)n=4時單體電池管理電路與單體電池的連接線圖。

　　單體電池保護(hù)板管理電路之間采用CAN總線進(jìn)行通信和連接，CAN總線由4根信號線組成，GND_CAN為外部供電接口地線，CANL為CAN總線L信號，CANH為CAN總線H信號，+5VCAN為CAN模塊+5V電源外部供電接口。odd代表奇數(shù)模塊，even代表偶數(shù)模塊。單體電池管理電路各自分別引出兩根線與單體電池相連接，從而可實(shí)現(xiàn)隨時從單體電池上將單體電池管理電路斷開。