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气宗VS剑宗?论电动汽车BMS的主动均衡和被动均衡(图)

2016-01-02 00:15
默菲
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  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。

  因为被动均衡的局限,主动均衡的概念得以提出并发展。主动均衡是把高能量电池中的能量转移到低能量电池中,相当于对木板“截长补短”。因为不像被动均衡只有“截”,在如何“补”的问题上业内充分发挥了各自的优势和想象力,主动均衡的方案可谓异彩纷呈。除了飞度电容的方案(因为适用串数低,转移有局限性而未能成为主流),还有变压器的方案,变压器方案中又有各种拓扑结构。半导体厂家也设计了电池专用的DCDC转换芯片,命名为主动均衡控制芯片来推向市场,显然是不想错过这班车。

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