新能源汽車的快速發(fā)展離不開(kāi)高效、可靠的電池管理系統(tǒng)(BMS)。電池組作為電動(dòng)汽車的核心部件，其性能直接影響車輛的運(yùn)行效率和安全性。電池均衡作為BMS的重要功能之一，旨在確保電池組中每個(gè)單體電池的電荷狀態(tài)(SOC)和電壓保持在相似的水平，以提高電池組的整體性能、延長(zhǎng)使用壽命并確保安全性。本文將詳細(xì)探討主動(dòng)和被動(dòng)電池平衡機(jī)制的工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。

被動(dòng)電池平衡機(jī)制

被動(dòng)電池平衡是一種較為簡(jiǎn)單且成本較低的均衡方法，主要通過(guò)外部電阻或放電裝置來(lái)耗散多余能量。當(dāng)電池單體之間的電壓差異超過(guò)一定閾值時(shí)，被動(dòng)均衡系統(tǒng)會(huì)激活，將多余的能量通過(guò)電阻或負(fù)載轉(zhuǎn)換成熱能，從而將電池單體的電壓水平調(diào)整到相似的狀態(tài)。

工作原理

被動(dòng)均衡機(jī)制通常使用與每個(gè)電芯并聯(lián)的開(kāi)關(guān)和泄放電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。在充電周期中，當(dāng)某個(gè)電芯的電壓高于其他電芯時(shí)，BMS會(huì)激活開(kāi)關(guān)，使多余的能量通過(guò)泄放電阻以熱能的形式釋放。這一過(guò)程將持續(xù)進(jìn)行，直到所有電芯的電壓接近一致。被動(dòng)均衡機(jī)制主要依賴于電阻放電方式，將電壓較高的電池中的電量以熱能的形式釋放，從而為其他電池創(chuàng)造更多的充電時(shí)間。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

成本低廉：被動(dòng)均衡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低。

電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單：無(wú)需復(fù)雜的控制系統(tǒng)，易于實(shí)現(xiàn)和維護(hù)。

校正自放電不匹配：能夠長(zhǎng)期校正不同電池單元間的自放電電流不匹配問(wèn)題。

缺點(diǎn)：

能量浪費(fèi)：放電電阻的存在導(dǎo)致能量以熱能形式釋放，完全浪費(fèi)。

熱量產(chǎn)生：均衡過(guò)程中釋放的熱量增加了系統(tǒng)的散熱負(fù)擔(dān)，可能影響電池壽命。

系統(tǒng)電量受限：整個(gè)系統(tǒng)的電量受限于容量最小的電池，導(dǎo)致電量損失。

主動(dòng)電池平衡機(jī)制

主動(dòng)電池平衡是一種更復(fù)雜的平衡技術(shù)，通過(guò)控制電池單體之間的充放電來(lái)實(shí)現(xiàn)均衡。這需要一個(gè)智能的電池管理系統(tǒng)(BMS)，能夠監(jiān)測(cè)和控制每個(gè)電池單體的充放電過(guò)程，以確保它們之間的SOC和電壓保持在合適的范圍內(nèi)。

工作原理

主動(dòng)均衡機(jī)制通過(guò)電量轉(zhuǎn)移的方式實(shí)現(xiàn)均衡。在充電和放電循環(huán)期間，BMS會(huì)監(jiān)測(cè)每個(gè)電池單體的SOC和電壓，當(dāng)發(fā)現(xiàn)差異超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，會(huì)啟動(dòng)均衡策略。這通常涉及將電量從剩余電量較多的電池單元(強(qiáng)電池)重新分配到剩余電量較少的電池單元(弱電池)，從而確保電池組中的能量得到充分利用。

主動(dòng)均衡的實(shí)現(xiàn)方式有多種，包括但不限于：

電容式均衡：使用電容作為能量轉(zhuǎn)移的中間介質(zhì)，通過(guò)開(kāi)關(guān)控制將電量從強(qiáng)電池轉(zhuǎn)移到弱電池。

變壓器式均衡：利用變壓器原理，將電量從高電壓電池轉(zhuǎn)移到低電壓電池。

電池到電池直接均衡：通過(guò)智能BMS控制，實(shí)現(xiàn)電池單體之間的直接充放電。

優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

能量利用率高：主動(dòng)均衡不會(huì)浪費(fèi)能量，而是將能量重新分配給電池組中的其他電池單元。

延長(zhǎng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間：通過(guò)優(yōu)化能量分配，主動(dòng)均衡能夠延長(zhǎng)電池組的運(yùn)行時(shí)間。

提高充電效率：主動(dòng)均衡能夠縮短充電時(shí)間，提高充電效率。

缺點(diǎn)：

系統(tǒng)復(fù)雜：需要更復(fù)雜的控制系統(tǒng)和硬件支持，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)難度較大。

成本較高：由于需要智能BMS和額外的均衡硬件，成本相對(duì)較高。

均衡時(shí)間：雖然主動(dòng)均衡效率更高，但均衡過(guò)程可能需要一定的時(shí)間，尤其是在電池組容量較大時(shí)。

對(duì)比分析

應(yīng)用場(chǎng)景：被動(dòng)均衡更適合于小容量、低串?dāng)?shù)的鋰電池組應(yīng)用，而主動(dòng)均衡則更適用于高串?dāng)?shù)、大容量的動(dòng)力型鋰電池組應(yīng)用。

能量效率：主動(dòng)均衡在能量利用方面明顯優(yōu)于被動(dòng)均衡，能夠減少能量浪費(fèi)，提高電池組的整體性能。

系統(tǒng)復(fù)雜度與成本：主動(dòng)均衡需要更復(fù)雜的控制系統(tǒng)和硬件支持，因此成本較高，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)難度也更大。而被動(dòng)均衡則相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低。

均衡效果：主動(dòng)均衡能夠更精確地控制電池單體之間的SOC和電壓差異，實(shí)現(xiàn)更高效的均衡效果。而被動(dòng)均衡則可能因能量浪費(fèi)和熱量產(chǎn)生而導(dǎo)致均衡效果受限。

結(jié)論

電池均衡作為新能源汽車電池管理系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)于提高電池組的性能、延長(zhǎng)使用壽命和確保安全性具有重要意義。主動(dòng)和被動(dòng)電池平衡機(jī)制各有優(yōu)缺點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景和需求進(jìn)行選擇。隨著新能源汽車技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)可能會(huì)出現(xiàn)更加高效、智能的電池均衡技術(shù)，為新能源汽車的發(fā)展提供有力支持。