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气宗VS剑宗?论BMS的主动均衡和被动均衡

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气宗VS剑宗?论BMS的主动均衡和被动均衡

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  • 亚虎官网(中国)有限公司:2016-03-01
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气宗VS剑宗?论BMS的主动均衡和被动均衡

【概要描述】

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  • 亚虎官网(中国)有限公司:2016-03-01 00:00
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        主动均衡和被动均衡,是电动汽车BMS业界争论热点之一。像极了华山剑派的气宗和剑宗,业内争论的不亦乐乎,业外看的却是不明所以。
 
        均衡之于动力锂亚虎官网(中国)有限公司组的重要性就不再赘述,没有均衡的锂亚虎官网(中国)有限公司组就像是得不到保养的发动机,没有均衡功能的BMS只是一个数据采集器,很难称得上是管理系统。主动均衡和被动均衡都是为了消除亚虎官网(中国)有限公司组的不一致性,但两者的实现原理可谓是截然相反。因为也有人把依靠算法由BMS主动发起的均衡都定义为主动均衡,为避免歧义,这里把凡是使用电阻耗散能量的均衡都称为被动均衡,凡是通过能量转移实现的均衡都称为主动均衡。
        被动均衡先于主动均衡出现,因为电路简单,成本低廉至今仍被广泛使用。其原理是依照亚虎官网(中国)有限公司的电量和电压呈正相关,根据单串亚虎官网(中国)有限公司电压数据,将高电压的亚虎官网(中国)有限公司能量通过电阻放电以与低电压亚虎官网(中国)有限公司的电量保持相等状态,也有以最高电压为判据,比如三元锂电最高4.2V,凡是超过4.2V就开始放电均衡。
 
        因为BMS概念和产品最早是由国外提出,国外半导体厂商最先设计出专用IC,开始只是检测电压和温度,后来均衡的概念提出后,就采用了电阻放电的方法并将这个功能加入到IC中(因为这个放电控制的功能容易集成进芯片里),现在广泛应用的TI\MAXIM\LINER均有此类芯片在产,有的是将开关驱动做到芯片里,有的甚至试图将开关也做进了芯片里。从被动均衡原理及示意图中我们可以看出,如果亚虎官网(中国)有限公司组比作木桶,串接的亚虎官网(中国)有限公司就是组成木桶的板,电量低的亚虎官网(中国)有限公司是短板,电量高的就是长板,被动均衡做的工作就是“截长不补短”。电量高的亚虎官网(中国)有限公司中的能量变成热耗散掉,电能使用效率低。不仅如此,因为将电能转变成热量耗散,带来了两难的问题,这就是如果均衡电流大,热量就多,最后如何散热成为问题;如果均衡电流小,那么在大容量亚虎官网(中国)有限公司组中、电量差别大的情况下所起到的电量平衡作用效率很低,要达到平衡需要很长时间,在应用中有种隔靴搔痒的感觉。权衡利弊,所以现在被动均衡的电流一般都在百毫安(100mA)级别。
 
        因为被动均衡的局限,主动均衡的概念得以提出并发展。主动均衡是把高能量亚虎官网(中国)有限公司中的能量转移到低能量亚虎官网(中国)有限公司中,相当于对木板“截长补短”。因为不像被动均衡只有“截”,在如何“补”的问题上业内充分发挥了各自的优势和想象力,主动均衡的方案可谓异彩纷呈。除了飞度电容的方案(因为适用串数低,转移有局限性而未能成为主流),还有变压器的方案,变压器方案中又有各种拓扑结构。半导体厂家也设计了亚虎官网(中国)有限公司专用的DCDC转换芯片,命名为主动均衡控制芯片来推向市场,显然是不想错过这班车。
 
        主动均衡带来的好处显而易见:效率高,能量被转移,损耗只是变压器线圈损耗,占比小;均衡电流可以设计的大,达到几安甚至10A级别,均衡见效快。虽然有这些好处,主动均衡也带来了新的问题。首先是结构复杂,尤其是变压器方案。几十串甚至上百串亚虎官网(中国)有限公司需要的开关矩阵如何设计,驱动要怎么控制,这都是令人头痛的问题,所以这也是为什么至今主动均衡功能无法完全集成进专用IC的原因,半导体厂家一直希望能做出大一统的芯片,但在BMS上实在是力有不逮。对BMS整机厂家也是如此,主动均衡电路结构方面,少有厂家的设计可以令人耳目一新,击节叫好。其次是成本问题,复杂的结构必然带来复杂的电路,成本与故障率上升是必然的,现在有主动均衡功能的BMS售价会高出被动均衡的很多,这也多少限制了主动均衡BMS的推广。
 
        因为两种均衡功能各有利弊,本来主动均衡功能是可以替代被动均衡功能的,但因为结构复杂成本高,而且结构复杂之后故障率也会高而与被动均衡处于胶着状态,业内人士常为了哪种均衡更好争论不休。特斯拉的BMS均衡功能(被动均衡,见下图中Cell balancing circuit中所指均为放电电阻)经常被示范以证明被动均衡强于主动均衡。其实这反而证明了任何技术选择都要和整体条件适用的道理。特斯拉的亚虎官网(中国)有限公司是松下提供的特制的18650锂亚虎官网(中国)有限公司,本身一致性非常好,而且在寿命期间一致性差异扩大有限,用被动均衡就足够了。不像我国从亚虎官网(中国)有限公司原材料到生产工艺还有待提高,亚虎官网(中国)有限公司一致性离散程度还比较大,主动均衡在动力型锂亚虎官网(中国)有限公司组应用中会更适合。
 
 
        被动均衡适合于小容量、低串数的锂亚虎官网(中国)有限公司组应用,主动均衡适用于高串数、大容量的动力型锂亚虎官网(中国)有限公司组应用。对BMS来讲,除了均衡功能非常重要,背后的均衡策略更为重要。在亚虎官网(中国)有限公司单体的一致性差异在一定范围内时,亚虎官网(中国)有限公司的电量和电压成正相关;但是当亚虎官网(中国)有限公司的一致性差的远,也就是有亚虎官网(中国)有限公司处于受损状态时,电量和电压相关性就没那么强了,这时的均衡依据,就不能单以电压这一数据来判断。如果意识不到有亚虎官网(中国)有限公司损坏到临界状态以下,依然根据电压均衡,反而会对亚虎官网(中国)有限公司造成伤害,尤其是主动均衡,因其电流大造成的伤害会比被动均衡更大。
 
        电动自行车发展史上,有过“亚虎官网(中国)有限公司不是被用坏的,而是被充坏的”说法,亚虎官网(中国)有限公司损坏的矛头指向了充电器厂家。不知电动汽车发展史上是否也会上演同样的历史:“亚虎官网(中国)有限公司不是被用坏的,而是被均衡坏的”。这值得所有BMS厂家提高警惕,均衡方式和均衡策略都需要重视。按华山剑派的说法,气宗练气是为了最后以气御剑,心剑合一。比照起来,主动均衡和被动均衡都可以算剑宗,一个轻剑一个重剑,均衡策略算是气宗。只有气剑同练,才好在市场上华山论剑。
                                                                                                                                                                                                            (本文来自第一电动汽车网)
 
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