浅析BMS的均衡功能

电芯均衡这个概念相信大家都接触过，主要是因为目前的电芯一致性不够好，需要通过均衡去改善它，类似世界上找不到两片相同的树叶一样，你也找不到两个相同的电芯。所以说到底，均衡是为了解决电芯的缺点，是一种弥补的手段，根本上是电池相关技术（例如成组技术）要发展、突破；而不是总想着在均衡技术上面突破，想着怎么提升均衡电流、提高均衡效率。未来的电芯是不需要均衡的，甚至都不需要 BMS，我也就失业了。

那么电芯的不一致性表现在哪些方面呢？

主要包括四点：SOC、内阻、自放电电流、容量。但是均衡不能完全解决这 4 个差异点，均衡只能弥补 SOC 的差异，顺便解决了自放电不一致的问题。但对于内阻和容量来说，均衡是无能为力的。

那么电芯的不一致是怎么造成的呢？

主要是两个方面：一是电芯生产加工造成的不一致性，二是电芯使用环境造成的不一致性。生产的不一致原因来源于加工的工艺、材料等因素，我这样说起来比较简单，实际里面的事情很复杂；环境的不一致性就容易理解了，由于每一个电芯在 PACK 中的位置不同，所以环境一定会有差异，比如温度就会有细微的不同，长期累积后，造成电芯的不一致。

前面提了，均衡是用来消除电芯的 SOC 差异，理想状态下，它时刻保持每一个电芯的 SOC 相同，让所有电芯同步到达充放电的上下电压限值，让电池组可利用的容量变大。SOC 差异有两种场景，一是电芯容量相同，而 SOC 不同；二是电芯的容量不同，SOC 也不同。

下图是场景一，电芯的容量相同，SOC 不同；其中 SOC 最小的电芯最先到达放电下限（假设 25％ SOC 是下限），SOC 最大的电芯最先到达充电上限；在均衡的作用下，所有电芯保持相同的 SOC 进行充放电。

均衡对于不同容量的电芯（场景二），情况麻烦一些，如下图，电芯的容量不同，SOC 也不同；这样容量最少的电芯最先充满电，也最先放完电；在均衡的作用下，所有的电芯保持相同的 SOC 进行充放电。

所以均衡对于目前的电芯来讲，是一个很重要的功能。均衡功能的实现方案分为两种，主动均衡和被动均衡；被动均衡就是用电阻放电，主动均衡就是让电荷在电芯之间流动，其实关于这两种的叫法也有一些争议，不做展开；其中被动均衡在现实中应用的比较多，而主动的较少。

对于被动均衡来讲，BMS 的均衡电流大小该怎么决定呢？不负责任地讲，当然是越大越好了，不过考虑成本、散热、空间等，需要做一个折中。

选择均衡电流之前要弄清造成 SOC 的差异是属于场景一还是场景二，目前很多情况更接近场景一：电芯开始时容量、SOC 几乎是一致的，但随着使用，尤其是电芯的自放电差异，导致每个电芯的 SOC 逐渐不同，所以均衡的能力最起码要能消除自放电差异带来的影响。据此，下面是均衡电流的计算公式，公式很简单。

如果所有电芯的自放电一致，那么也不需要均衡；但如果不一致，自放电电流有差异时，就会造成 SOC 差异，均衡就是要弥补这个自放电电流差异。另外，由于每天的平均均衡时间是有限的，而自放电是每天持续的，所以时间因素也要考虑进来。上图是按照每天不同的均衡时间，画出的关于均衡电流与自放电电流差值的一个图。所以如果知道了电芯的自放电率，就可以计算出一个需要的均衡电流，不过这个计算结果是一个下限值，实际的均衡能力一定要大于这个值。

总结：

本文把涉及到均衡的前因后果粗略介绍了一下，后面提到了被动均衡电流的计算，其实这个还是比较理想、粗略的值，实际情况更复杂，但它最起码有理有据；通常见到的 BMS 上面被动均衡电流在 100mA 左右，至于它的来历很多是根据历史经验的，有点说不清楚。下一篇准备结合 AFE，讨论一下均衡涉及到的电路部分。以上所有，仅供参考。