說一說關于BMS的均衡功能

上文解析了斷線測試功能，這一次再說說均衡功能，它也是BMS的主要功能之一。

電芯均衡這個概念相信大家都接觸過，主要是因為目前的電芯一致性不夠好，需要通過均衡去改善它，類似世界上找不到兩片相同的樹葉一樣，你也找不到兩個相同的電芯。所以說究竟，均衡是為知道決電芯的缺點，是一種彌補的手段，根本上是電池相關技術（例如成組技術）要發展、沖破；而不是總想著在均衡技術上面沖破，想著怎么提升均衡電流、提高均衡效率。將來的電芯是不需要均衡的，甚至都不需要BMS，我也就失業了。

那么電芯的不一致性表今朝哪些方面呢？

主要包括四點：SOC、內阻、自放電電流、容量。但是均衡不能完全處理這4個差異點，均衡只能彌補SOC的差異，順便處理了自放電不一致的問題。但對于內阻和容量來說，均衡是無能為力的。

那么電芯的不一致是怎么造成的呢？

主要是兩個方面：一是電芯加工出產造成的不一致性，二是電芯使用環境造成的不一致性。加工的不一致原由來源于出產的工藝、材料等因素，我這樣說起來比較簡單，實際里面的事情很復雜；環境的不一致性就容易理解了，由于每一個電芯在PACK中的位置不同，所以環境一定會有差異，比如溫度就會有纖細的不同，長期累積后，造成電芯的不一致。

前面提了，均衡是用來消除電芯的SOC差異，理想狀態下，它時刻保持每一個電芯的SOC相同，讓所有電芯同步到達充放電的上下電壓限值，讓電池包可利用的容量變大。SOC差異有兩種場景，一是電芯容量相同，而SOC不同；二是電芯的容量不同，SOC也不同。

下圖是場景一，電芯的容量相同，SOC不同；其中SOC最小的電芯最先到達放電下限（假設25％SOC是下限），SOC最大的電芯最先到達充電上限；在均衡的作用下，所有電芯保持相同的SOC進行充放電。

均衡對于不同容量的電芯（場景二），情況麻煩一些，如下圖，電芯的容量不同，SOC也不同；這樣容量最少的電芯最先洋溢電，也最先放完電；在均衡的作用下，所有的電芯保持相同的SOC進行充放電。

所以均衡對于目前的電芯來講，是一個很緊要的功能。均衡功能的實現方案分為兩種，主動均衡和被動均衡；被動均衡就是用電阻放電，主動均衡就是讓電荷在電芯之間流動，其實關于這兩種的叫法也有一些爭議，不做展開；其中被動均衡在實際中使用的比較多，而主動的較少。

對于被動均衡來講，BMS的均衡電流大小要如何決定呢？不負責任地講，當然是越大越好了，不過考慮成本、散熱、空間等，需要做一個折中。

選擇均衡電流之前要弄清造成SOC的差異是屬于場景一還是場景二，目前很多情況更接近場景一：電芯開始時容量、SOC幾乎是一致的，但隨著使用，尤其是電芯的自放電差異，導致每個電芯的SOC逐漸不同，所以均衡的能力最起碼要能消除自放電差異帶來的影響。據此，下面是均衡電流的計算公式，公式很簡單。

圖片來源于liionbms

如果所有電芯的自放電一致，那么也不需要均衡；但如果不一致，自放電電流有差異時，就會造成SOC差異，均衡就是要彌補這個自放電電流差異。另外，由于每天的均勻均衡時間是有限的，而自放電是每天繼續的，所以時間因素也要考慮進來。上圖是按照每天不同的均衡時間，畫出的關于均衡電流與自放電電流差值的一個圖。所以如果了解了電芯的自放電率，就可以計算出一個需要的均衡電流，不過這個計算結果是一個下限值，實際的均衡能力一定要大于這個值。

總結：

本文把涉及到均衡的前因后果粗略解析了一下，后面提到了被動均衡電流的計算，其實這個還是比較理想、粗略的值，實際情況更復雜，但它最起碼有理有據；通常見到的BMS上面被動均衡電流在100mA左右，至于它的來歷很多是依據歷史經驗的，有點說不清楚。下一篇準備結合AFE，討論一下均衡涉及到的電路部分。以上所有，僅供參考。

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