【锂离子电池组的被动式电池均衡】电池组由两个并联的串联电池组成，每个并联串联都包含四个串联电池，目标是通过在电阻器上放电高SOC电池，直到所有电池的SOC相等附Simulink仿真

原创于 2025-09-06 20:25:12 发布 · 482 阅读

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🔥 内容介绍

锂离子电池因其高能量密度、长循环寿命等优点，在电动汽车、便携式电子设备和储能系统等领域得到广泛应用。然而，在电池组中，由于电池单体之间制造工艺、材料差异以及使用环境等因素的影响，电池单体之间往往存在容量、内阻和自放电速率等方面的差异，这些差异会导致电池组在充放电过程中出现不一致性，即荷电状态（SOC）不均衡。电池SOC不均衡会严重影响电池组的性能、寿命和安全性。因此，电池均衡技术对于提高电池组的整体性能至关重要。本文将深入探讨被动式电池均衡技术，重点分析一种由两个并联串联电池组成的电池组，每个并联串联包含四个串联电池的均衡策略，即通过在电阻器上放电高SOC电池，直到所有电池的SOC相等。

电池不均衡的危害

电池组中电池单体的不一致性主要体现在以下几个方面：

容量不一致：
电池单体之间的实际可用容量存在差异，导致在放电过程中，容量较小的电池单体会提前达到放电截止电压，从而限制了整个电池组的可用容量。
内阻不一致：
电池单体的内阻不同会导致在充放电过程中，内阻较大的电池单体发热量更大，温升更快，进而加速其性能衰减。
自放电速率不一致：
电池单体的自放电速率不同会导致在搁置期间，SOC较高的电池单体自放电较慢，而SOC较低的电池单体自放电较快，进一步加剧SOC不均衡。

这些不一致性会带来一系列危害：

容量损失：
电池组的有效容量由容量最小的电池单体决定，SOC不均衡会导致部分电池单体未完全放电，从而降低电池组的可用容量。
寿命缩短：
频繁的过充或过放会加速电池单体的老化，缩短电池组的循环寿命。在不均衡的电池组中，某些电池单体可能长期处于过充或过放状态，从而提前失效。
安全隐患：
严重的SOC不均衡可能导致电池单体过充或过放，引发热失控等安全问题，甚至导致火灾或爆炸。
充电时间延长：
为了确保所有电池单体都充满电，充电过程需要额外的时间进行均衡，导致充电时间延长。

被动式电池均衡原理

被动式电池均衡是一种简单有效的均衡方法，其基本原理是通过消耗高SOC电池的能量来降低其SOC，直到所有电池的SOC达到一致。这种方法通常采用电阻器作为能量消耗元件。当某个电池单体的SOC高于其他电池单体时，通过旁路电阻器将其能量耗散掉，从而使该电池的SOC逐渐降低，直至与电池组中其他电池的SOC趋于一致。

针对特定电池组的被动式均衡策略

本文所讨论的电池组结构为：由两个并联的串联电池组成，每个并联串联都包含四个串联电池。这意味着整个电池组共有8个电池单体。在这种结构下，被动式均衡的目标是通过在电阻器上放电高SOC电池，直到所有电池的SOC相等。

具体实施步骤如下：

SOC监测：
实时监测每个电池单体的SOC。这通常通过电池管理系统（BMS）来实现，BMS会通过电压、电流、温度等参数估算电池的SOC。
均衡启动条件：
当检测到电池组中存在SOC不均衡时，即最高SOC电池与最低SOC电池之间的SOC差值超过预设阈值时，启动均衡过程。
高SOC电池识别：
识别出电池组中SOC最高的电池单体。
能量耗散：
将高SOC电池单体并联一个旁路电阻器。通过控制开关，使高SOC电池的电流流过旁路电阻器，将多余的能量以热量的形式耗散掉。
循环均衡：
持续监测所有电池单体的SOC，并重复上述步骤，直到所有电池单体的SOC差值低于设定的均衡阈值。

被动式均衡的优缺点

优点：

电路简单，成本较低：
被动式均衡电路结构相对简单，所需的元器件数量较少，因此成本较低。
可靠性高：
由于电路简单，故障率相对较低，系统可靠性较高。
易于实现：
被动式均衡技术易于集成到BMS中，实现起来相对简单。

缺点：

能量损耗：
被动式均衡通过电阻器耗散能量，会造成能量损失，降低电池组的整体效率。这对于大容量电池组来说，能量损失可能比较显著。
均衡速度慢：
能量耗散的速度受电阻器功率和电池SOC差异的影响，均衡过程可能需要较长的时间，尤其是在SOC差异较大的情况下。
均衡效果有限：
均衡过程中能量的损耗会导致电池组总能量的下降，无法实现能量的有效转移和利用。
产热：
均衡过程中电阻器会产生热量，需要考虑散热问题，尤其是在高电流均衡时。

改进与展望

尽管被动式均衡存在能量损耗等缺点，但其简单、成本低的优势使其在某些应用场景中仍具有一定的竞争力。为了弥补其不足，可以考虑以下改进方向：

优化均衡策略：
针对不同的电池组结构和应用需求，优化均衡策略，例如采用分级均衡、智能均衡等方法，提高均衡效率。
与主动式均衡结合：
将被动式均衡与主动式均衡相结合，例如在均衡初期采用被动式均衡快速降低高SOC电池的SOC，后期采用主动式均衡进行精细均衡，以提高均衡效率和精度。
改进电阻器材料和散热：
采用高效散热的电阻器材料和结构，降低均衡过程中的温升，提高系统安全性。
智能控制算法：
开发更智能的均衡控制算法，根据电池状态和应用需求动态调整均衡电流和均衡时间，以实现更优的均衡效果。

结论

被动式电池均衡是一种在锂离子电池组中实现SOC一致性的有效方法，尤其适用于对成本和复杂度有较高要求的应用场景。本文详细阐述了针对特定电池组结构的被动式均衡策略，即通过在电阻器上放电高SOC电池，直到所有电池的SOC相等。虽然被动式均衡存在能量损耗和均衡速度慢等缺点，但通过优化均衡策略、结合主动式均衡以及改进硬件设计等方法，可以有效提升其性能。随着电池技术和BMS的不断发展，未来的电池均衡技术将更加智能化、高效化，从而进一步提升锂离子电池组的整体性能和应用范围。