在多節(jié)串聯(lián)電池組中，即使電芯制造工藝高度一致，實(shí)際使用中仍不可避免地出現(xiàn)容量、內(nèi)阻和自放電率的差異。這些差異將直接影響電池組的整體性能與可用容量。因此，在電池管理系統(tǒng)（BMS）設(shè)計(jì)中，電池平衡技術(shù)成為提升系統(tǒng)效率和壽命的重要手段。

一、電池不匹配帶來的問題

以一個(gè)典型的Li-ion或LiFePO4電池組為例，為延長壽命，通常限制單體電池的工作范圍在10%至90%的SOC之間。當(dāng)某節(jié)電池率先達(dá)到過壓保護(hù)（OVP）閾值時(shí)，整個(gè)充電過程必須終止，即使其余電池尚未充滿；同樣，在放電過程中，一旦某節(jié)電池電壓低于欠壓保護(hù)（UVP）閾值，系統(tǒng)就必須停止運(yùn)行，盡管電池組中仍有剩余能量。

這種“短板效應(yīng)”意味著電池組整體的有效容量由最弱的一節(jié)決定。若不進(jìn)行有效平衡，長期使用后容量衰減將進(jìn)一步加劇這一問題。

二、被動(dòng)平衡：低成本方案

被動(dòng)平衡是一種通過耗散多余能量來實(shí)現(xiàn)均衡的技術(shù)。其核心結(jié)構(gòu)是一個(gè)由功率MOSFET與電阻組成的分流電路。當(dāng)某節(jié)電池電壓超過設(shè)定閾值時(shí)，MOSFET導(dǎo)通，將多余的電能以熱的形式耗散在電阻上。

例如，LTC6811集成了內(nèi)置MOSFET，支持每節(jié)電池獨(dú)立控制平衡電流，最大可達(dá)60mA。對(duì)于更高電流需求，也可外接MOSFET擴(kuò)展能力，并可通過內(nèi)部定時(shí)器配置平衡時(shí)間。

優(yōu)點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)；

成本低，適合小規(guī)模應(yīng)用。

缺點(diǎn)：

能量利用率低，產(chǎn)生熱量影響系統(tǒng)穩(wěn)定性；

平衡速度慢，不適合高功率或快速充放電場景。

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三、主動(dòng)平衡：高效能量再分配

主動(dòng)平衡則通過DC-DC變換器將多余能量從高SOC電池轉(zhuǎn)移到低SOC電池，從而實(shí)現(xiàn)能量的再利用。相比被動(dòng)方式，它不僅能提高電池組可用容量，還能緩解熱管理壓力。

以LT8584為例，該器件采用反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可在任意兩節(jié)電池之間進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移。典型應(yīng)用場景包括：

將能量從高電壓電池轉(zhuǎn)移到模塊內(nèi)其他電池；

向整個(gè)電池組回饋能量；

或者為輔助電源軌供電。

這種架構(gòu)不僅解決了因個(gè)別電池提前到達(dá)UVP而終止放電的問題，還顯著提升了電池組的能量利用率和循環(huán)壽命。

優(yōu)點(diǎn)：

高效節(jié)能，減少熱量積聚；

支持大電流平衡，響應(yīng)速度快；

可實(shí)現(xiàn)跨電池模塊的能量調(diào)度。

缺點(diǎn)：

硬件復(fù)雜度較高；

成本高于被動(dòng)方案；

需要更復(fù)雜的控制算法與隔離設(shè)計(jì)。

四、總結(jié)與選型建議

在BMS設(shè)計(jì)中，工程師應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)需求合理選擇平衡策略：

被動(dòng)平衡適用于對(duì)成本敏感、功耗較低的小型設(shè)備，如便攜式儲(chǔ)能系統(tǒng)；

主動(dòng)平衡更適合高能量密度、高功率需求的應(yīng)用場景，如電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能電站等，尤其在追求長續(xù)航、高可靠性的場合更具優(yōu)勢。

隨著電池管理系統(tǒng)向高精度、智能化方向發(fā)展，主動(dòng)平衡技術(shù)正逐步成為高端BMS的標(biāo)準(zhǔn)配置。未來，結(jié)合高精度測量IC（如LTC68xx系列）與高效能主動(dòng)平衡控制器，將成為構(gòu)建高性能電池系統(tǒng)的主流路徑。