锂电池组通常由多个电池单元串联组成。由于制造工艺差异和使用过程中的不同因素,各个电池单元的容量、内阻和充放电特性都会有所不同,这会导致在长期使用中,电池组中的单个电池电压发生偏差。如果不对这些电压偏差进行纠正,可能会导致某些电池过充或过放,从而损坏整个电池组。而电池均衡技术可以通过调整电池电压,使得每个电池单元的电压保持在一致的水平上。
电池均衡可以分为被动均衡和主动均衡两种方式——

1.被动均衡(又叫外部均衡):
定义:通过消耗能量的方式,将高电压电池的多余能量以热能形式耗散掉,实现电池组电压一致。
被动均衡是一种相对简单且成本较低的方式,它的原理是在电池组中的某些电池电压过高时,通过并联电阻分流,将多余的能量以热量的形式耗散掉,使这些电池的电压降低,从而达到均衡的目的。这种方法的缺点是它并不会延长系统的运行时间。
2.主动均衡(又叫内部均衡):
定义:通过能量转移的方式,将高电压或高容量电池的能量转移到低电压或低容量的电池中,实现电池组内部能量再分配。
主动均衡是一种更为复杂的技术,它能够在充电和放电过程中重新分配电池单元内的电荷,从而增加电池组中总的可用电荷量,进而延长系统的运行时间。
实现方式:
电感/变压器均衡:
单电感均衡:利用电感与控制开关实现电池间能量转移,耦合电感通过互感提升均衡效率。
多绕组变压器:通过磁通量存储与释放实现能量分配,支持双向能量流动。
电容均衡:
定点式:高电压电池对电容充电,再对低电压电池放电。
集中式:多组电容并联,通过开关切换实现电量均衡。
相邻式:仅相邻电池间进行能量转移,效率较低但成本可控。
开关电容:通过电容储能实现电池间电压均衡,可分为定点式、集中式和相邻式。
转换器基均衡:
Buck-Boost转换器:支持双向能量转移,适用于需要精确控制的场景。
准谐振转换器:通过谐振模式降低开关损耗,提高效率。
进行电池均衡的主要原因是为了解决电池组内部单体电池之间的不一致性问题,确保电池组的高效、安全运行。以下用一张表格比较两种均衡方式的异同:
| 特性 | 主动均衡 | 被动均衡 |
|---|---|---|
| 能量利用 | ||
| 均衡速度 | ||
| 电路复杂度 | ||
| 成本 | ||
| 适用场景 | ||
| 安全性 |
电池均衡是电池管理系统(BMS)的核心功能,通过解决单体电池不一致性问题,显著提升电池组性能、寿命和安全性。
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