第八章：平衡

大多数BMS系统的另一个特点是它们能够将电池组中的电池保持在相同的SOC，这被称为平衡电池。平衡的原因是锂离子电池，就像任何制造的组件一样，是在一个规格范围内制造的，但当它们从工厂发货时，它们的SOC或电压并不完全相同。此外，与大多数电池一样，锂离子电池也会随着时间的推移而出现“漏电”或“自放电”现象。换句话说，如果一个电池以3.7V和100%SOC出货，当它到达电池组制造商时，它可能会下降到99.5%SOC（纯粹是为了解释目的）。

因此，对于由数百或数千个电池组成的大型锂离子电池组来说，这些电池可能都以非常细微的充电状态到达电池组集成商。虽然这似乎不是一个主要问题，因为变化是如此之小，但当系统开始运行时，它可能会产生一些重大问题。这是因为充电和放电的能力受到最低（放电时）电池SOC的限制。

一个简单的例子可能有助于澄清这一点。在下面的示例中（图5），我们看到三个电池，其中两个电池的SOC大致相同，第三个电池的容量略低。这是一组不平衡的电池。

当电池完全放电时，1号电池将在其他两个电池之前完全放电，并且电池组将停止放电，因为任何进一步的放电都会损坏1号电池。这意味着总会有一些剩余的电荷在其他电池中基本上是不可用的，因为它永远无法完全放电（图6）。随着时间的推移，电池SOC的变化会随着电池的循环而增加，最终会导致系统过早失效或寿命终止。此外，本例中最弱的电池将比其他电池获得更多的“使用”，导致其过早老化。换句话说，这个第一个电池会更努力地工作比其他的，这将导致电池和整个电池系统的过早死亡。因此，确保电池尽可能紧密匹配是至关重要的。

然而，这正是BMS平衡要解决的问题。电池平衡本质上是使所有电池具有相同的SOC。正如DavideAndrea所描述的那样，平衡是一个术语，用于使电池中电池的SOC水平彼此更接近，以最大化电池的容量（Andrea，2010年，第23页）。

这里需要注意的另一件事是，当单元被组装成并行配置时，它们会自动相互平衡。每一组平行的电池仍然需要平衡，但平行组内的电池会自我平衡。在谈到平衡时，另一个问题是什么时候进行平衡。目前市场上的大多数BMS系统在ESS系统充电时平衡电池。这样做有几个原因。首先，平衡通常需要大量的时间，并且为了准确测量储能系统中电池的容量和电压，电池在发生平衡时必须基本上停止使用。

或者，对于混合动力应用，平衡可以在电池基本上未使用的长时间高速公路行驶期间进行。然而，当BMS决定您在高速公路上并且可以平衡时，这可能会产生一些挑战。这可以通过监控车辆的速度和高速行驶的持续时间来实现。当然，这也假设你在路上行驶的时间足够长，可以完成平衡。

另一种定义：另一种看待电池平衡的方式是想象你在一个聚会上，一个新的游戏正在进行中。在这个游戏中，有一张桌子，上面放着三个玻璃杯。我们需要把杯子装满，然后最终把所有的杯子都倒空。但我们必须遵守一些规则。第一个规则是，你必须使用特殊的漏斗装置，它可以让三个杯子同时装满相同数量的水。第

二条规则是，不管其他杯子有多满，一旦其中一只杯子完全满了，你就必须停止往杯子里灌水。第三条规则是，你必须同时用另一种漏斗工具把所有杯子里的水都倒掉。最后，第四条规则是，一旦其中一只杯子完全空了，你就必须停止倒杯子。好了，现在我们有了规则。让我们来看看它可能是什么样子的…（图7）。

在这个游戏中，我们看到为了便于游戏，水位被大大夸大了。然而，结果是显而易见的。当你开始通过漏斗填充玻璃杯时（规则1），最后一个玻璃杯将比第一个玻璃杯被填充（规则2）。现在你可以看到，另外两个杯子里面仍然有足够的空间，实际上第一个杯子甚至还没有接近满（图8）。所以通过这个例子，我们可以看到，电池平衡可以通过两种不同的方式来实现。要么把水从装满水的杯子里移走，要么把水从装满水的杯子里转移到装满水的杯子里。下一节将介绍这两种动作，被动平衡和主动平衡。

图5放电开始时电池不平衡。

图6放电结束时电池不平衡

图7不平衡的电池。

图8电池充满电时不平衡的影响。