1. 電池均衡功能需求

1.1 基本概念

在電池簇電芯間容量存在一致性差異時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電池系統(tǒng)整體可用電量下降及SOC估算不準(zhǔn)以致出現(xiàn)充放電末端出現(xiàn)跳變。電池均衡的意義就是利用電力電子技術(shù)，使鋰離子電池單體電壓或電池組電壓偏差保持在預(yù)期的范圍內(nèi)，從而保證每個(gè)單體電池在正常的使用時(shí)保持相同狀態(tài)，以避免過(guò)充、過(guò)放等異常的發(fā)生。

1.2 不一致性的來(lái)源

電池由于自身內(nèi)部差異或外部使用狀態(tài)不同而形成的電池容量、SOC、內(nèi)阻和電壓等參數(shù)不同的現(xiàn)象，稱為電池組不一致性。

鋰離子電池間的不一致性主要來(lái)源于幾個(gè)方面：

1）、生產(chǎn)制造時(shí)工藝上的差別和材質(zhì)的不均，造成電池兩極材料的活化程度和厚度、隔板等存在細(xì)微的差別，使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)和材質(zhì)不完全一致；

2）、使用過(guò)程中，電池組中各個(gè)電池電解液密度、溫度、自放電程度等的差別也會(huì)造成不一致。

3）、隨著時(shí)間的累積，電池不一致性越來(lái)越大。

1.3 不一致性的影響

不一致性主要影響以下幾個(gè)方面：

1）、降低整體容量性能

2）、縮短電池使用壽命

3）、限制整體充放電功率

4）、影響電池安全性能

有實(shí)驗(yàn)表明，在使用不一致性較大的電池組時(shí)電壓波動(dòng)明顯，功率性能有所下降，同時(shí)電池組之間的差異進(jìn)一步加劇，電池利用率和電池壽命會(huì)隨著差異性的增大而減少。因此，在發(fā)現(xiàn)電池有差異時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行處理，以減小不一致性對(duì)電池造成的影響，避免形成惡性循環(huán)。電池不一致性無(wú)法完全消除，但可以通過(guò)電池均衡技術(shù)使其盡量減小。

2. 電池均衡方法介紹

電池均衡（Cell Balancing）分為兩種：被動(dòng)均衡（Passive Balancing）與主動(dòng)均衡（Active Balancing）。

2.1 被動(dòng)均衡

被動(dòng)均衡，運(yùn)用電阻器件，將高電壓或者高荷電量電芯的能量消耗掉，以達(dá)到減小不同電芯之間差距的目的，是一種能量的消耗。
被動(dòng)均衡的優(yōu)點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低；缺點(diǎn)是能量利用率低，同時(shí)會(huì)增加模組的散熱。

2.1.1 被動(dòng)均衡原理

如果檢測(cè)到電池不均衡的情況下，被動(dòng)均衡有選擇性地閉合高能量的單體電池放電回路，閉合開關(guān)，通過(guò)回路中的電阻對(duì)電池組中能量較高的電芯進(jìn)行放電，把偏高的能量消耗掉，以此減小電芯之間的差距最終達(dá)到均衡狀態(tài)。由于這種均衡方式是被動(dòng)的能量消耗，所以被稱為被動(dòng)均衡。

2.1.2 被動(dòng)均衡應(yīng)用

BMS均衡功能的實(shí)現(xiàn)主要靠AFE（AnalogFront End），它里面集成了均衡控制開關(guān)以及相關(guān)邏輯電路，給用戶提供了豐富的診斷和控制接口，如下圖（圖片來(lái)源于中穎的SH367309），方框部分即為均衡電路。

2.2 主動(dòng)均衡

主動(dòng)均衡，運(yùn)用儲(chǔ)能器件等，將荷載較多能量的電芯部分能量轉(zhuǎn)移到能量較少的電芯上去，是能量的轉(zhuǎn)移。
主動(dòng)均衡的優(yōu)點(diǎn)是均衡速度快、能量利用率高；缺點(diǎn)是電路較為復(fù)雜，成本較高。

2.2.1 主動(dòng)均衡原理

主動(dòng)均衡是將電池組中高能量電池的能量轉(zhuǎn)移到低能量電池上實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)移式均衡，以此減小電芯之間的差距最終達(dá)到均衡狀態(tài)。由于是主動(dòng)式的能量轉(zhuǎn)移，所以稱為主動(dòng)均衡。

2.2.2 主動(dòng)均衡應(yīng)用

ETA3000是電池平衡IC，可面向上下兩串電池組，其可以通過(guò)無(wú)限級(jí)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)3節(jié)-24節(jié)動(dòng)力電池組的均衡，ETA3000是主動(dòng)開關(guān)式均衡，其均衡電流可以達(dá)到1.5A。ETA3000是鈺泰半導(dǎo)體獨(dú)有專利池內(nèi)的新型電池均衡器，與傳統(tǒng)的無(wú)源平衡技術(shù)不同，ETA3000利用具有電感器的控制方案來(lái)在兩個(gè)電池之間source和sink電流，直到相鄰兩節(jié)電池電勢(shì)均等。在傳統(tǒng)的線性平衡技術(shù)中，會(huì)產(chǎn)生較大功耗，而使用ETA3000采用全新的開關(guān)式主動(dòng)均衡技術(shù)，其大幅度降低均衡過(guò)程中熱量的產(chǎn)生，且均衡時(shí)間也大大減少。ETA3000在待機(jī)M中只消耗電池2uA的工作電流。ETA3000有效地提高了串聯(lián)電池的性能和壽命。