BMS主动均衡方案梳理-有驾

车载ESS(动力电池系统)保持良好的一致性是避免性能下降、确保理想寿命的关键。因此一方面电池应该具备较好的先天一致性，即同一型号档位的电池单体的一致性；通过设计、材料、制造、工艺、筛选控制保证电池在使用之前的差异。另一方面电池在集成为系统时需具备良好后天一致性，即确保机械层面的(维持各单体电池一致的机械应力)、热管理层面的(维持各单体电池一致的温度)、电气连接层面的(维持一致的连接阻抗)、荷电状态层面的(维持一致的SOC)一致性。由此可见将维护电池系统一致性的任务完全寄托于电池管理系统的均衡功能是不现实的，均衡功能更应该被看做差异产生后的补救措施，而在ESS开发过程中更多的资源应该放在避免差异的产生上。因此目前在乘用车领域简单可靠的被动均衡方案更为适用，而性能出色的主动均衡很难有一席之地。当然如果在先天一致性不能保证的领域(如回收电池梯次利用)，或保障后天一致性成本很高的领域(如商用车，有着电池容量大、安装位置差异大、开发周期短等因素的制约)主动均衡还是有着比较广泛的应用前景。本文主要梳理一下主动均衡的几种实现方式。

1.电池均衡的本质

电池系统组是由众多电池串联而成的，因此经过每一节电池的电流均为I0。在充电场景下假设第N节电池率先达到工作电压上限，且希望其余电池继续保持当前充电电流时，就需要在第N节电池上并联上一个支路以分流一部分能量。

被分流的能量如果通过电阻发热耗散的方式进行则被定义为被动均衡。

若被分流的能量通过转递能够再次被存储利用则被定义为主动均衡。主动均衡方案的多样性就在于这些能量如何被传递，被传递到了哪里。

2.能量传递方式

一般电路中常见的能量传递方式包括：电感、电容、变压器、变换器(Buck/Boost等)。采用变压器是目前主动均衡方案中比较常见的技术路线。

放电模式下一般采用底部均衡策略(Bottombalancing)，BMS识别出Module中容量较低的Cell单体，控制变压器原边导通，由外部向Cell转移能量。

充电模式下一般采用顶部均衡策略(Topbalancing)，BMS识别出Module中容量较高的Cell单体，控制变压器副边导通，由Cell向外部转移能量。

3.能量传递路径

(1)CelltoCell

首先我们会想到的方案是将这部分能量在单体与单体之间互相传递，直接从荷电态高的转移至低的，相当于“劫富济贫”。但是如果采用这种技术路线，则在实现上需要数量庞大的开关矩阵才能完成指定单体间的互相传递，可操作性不强。

(2)CelltoModule

然后我们会想到让每一节电池都能将能量反馈到整个Module上，相当于“平均分配”。这总方案显然能够有效降低复杂度。缺点在于Module和Module之间无法实现能量转移，因此Module之间的一致性问题依然存在。另一方面Module中电池串联数量在不同的项目中可能是不同的，而采用变压器的绕组需要根据Cell电压范围和Module电压范围进行匹配选型，在产品的通用性上可能有影响。

(3)CelltoLV

还有一种可以实现的方式是让每一节电池都将能量反馈到低压电池上，相当于“先统一上缴国家，再由国家精准扶贫”。一方面能量偏高的Module多上缴，可以控制Module间的一致性差异。另一方面，Cell的电压和低压电池电压(12V或24V)是比较确定的，产品通用性会比较好。