利用電容搬運(yùn)電荷來(lái)做BMS的均衡

在我的《從0到1完成BMS系統(tǒng)》教程的開(kāi)始，我們便介紹了BMS系統(tǒng)中的均衡功能，但大部分內(nèi)容都是穿插著描述的，這里我單獨(dú)拿出一個(gè)章節(jié)來(lái)講一講均衡。鋰電池系統(tǒng)需要做均衡，這自不必說(shuō)了，不過(guò)值得注意的是，如果我們使用出廠一致性和質(zhì)量更好的電芯，很多場(chǎng)景下，均衡并不是必須的。我們一定要使用均衡功能的大多數(shù)場(chǎng)景是因?yàn)槭褂昧吮容^差的電芯，或者梯次利用的電芯。在之前的文章中我們介紹過(guò)，電池的均衡大體上分為兩個(gè)大類，主動(dòng)均衡和被動(dòng)均衡，總結(jié)起來(lái)就是說(shuō)，主動(dòng)均衡是從富裕的電芯中轉(zhuǎn)移能量到窮困的電芯中。而被動(dòng)均衡就是直接把富裕電芯中的能量浪費(fèi)掉，從而達(dá)到平衡。那么眾所周知，劫富濟(jì)貧是更具有價(jià)值的。

被動(dòng)均衡

被動(dòng)均衡也就是直接將能量以熱的形式給浪費(fèi)掉，通常我們會(huì)使用MOS管作為開(kāi)關(guān)，引導(dǎo)電流流過(guò)一個(gè)電阻將能量消耗掉。無(wú)論是AFE內(nèi)部?jī)?nèi)置的均衡電路，還是在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展出外部MOS和電阻進(jìn)行均衡，本質(zhì)都是把富裕的電量浪費(fèi)掉。這樣一來(lái)，一定會(huì)出現(xiàn)一定的熱量以及產(chǎn)生這些熱量的元件，如果想要比較大的均衡電流，那必然是一個(gè)傻大黑粗的物件。

主動(dòng)均衡

主動(dòng)均衡可以玩的花樣就很多，尤其是最后一種，真的讓我耳目一新的感覺(jué)。首先我們說(shuō)最簡(jiǎn)單的主動(dòng)均衡。

電感電源式

主動(dòng)均衡的需求是將能量高電芯中的電量轉(zhuǎn)移到電量低的電芯中，簡(jiǎn)化的描述就是把多出來(lái)的電量給低電量電芯單獨(dú)充，用什么充電呢？DCDC吧，沒(méi)錯(cuò)，就是用我們最常見(jiàn)的電源拓?fù)?，既可以控制充電電壓，又可以限?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1654182.html">充電電流。當(dāng)然，我們的pack電池包有多少串，我們就得準(zhǔn)備多少路這樣的DCDC掛接在母線上，以便BMS系統(tǒng)隨時(shí)可以單獨(dú)為低電量電芯補(bǔ)電，所以板子元器件的規(guī)模也是十分可觀的。

看到這么多電感，二極管以及一個(gè)一個(gè)的DCDC是不是非常的心疼，咱們來(lái)看一個(gè)簡(jiǎn)單點(diǎn)的方案，我們把問(wèn)題簡(jiǎn)單化，不去管他的充電電流是多少，我只需要保證每個(gè)電芯的電壓相同就好了。

變壓器式

我們把變壓器的原理拉過(guò)來(lái)應(yīng)用一下，母線上通過(guò)控制器震蕩驅(qū)動(dòng)初級(jí)線圈，然后我們繞制上去N（N就是串?dāng)?shù)）個(gè)小的次級(jí)線圈，計(jì)算好匝比，后面加一個(gè)半波整流電路就能夠獲得N個(gè)小的穩(wěn)壓源了。

這樣的板子看起來(lái)要簡(jiǎn)單許多，至少消滅了很多dcdc芯片，讓板子的元器件少了一些，故障率也就降低了很多。

如果你覺(jué)得不盡興，可以把變壓器改變一下形式，不如像手機(jī)充電一樣換成線圈，通過(guò)磁屏蔽，然后改變一下電流頻率，也可以將能量傳遞到各個(gè)小線圈中去，不過(guò)這個(gè)確實(shí)也沒(méi)啥用。從上面的圖中可以看得出來(lái)，這個(gè)變壓器的體積還是過(guò)于龐大了，尤其是需要大電流均衡的情況下，變壓器作為能量轉(zhuǎn)換的器件更是無(wú)法縮小體積。我們來(lái)看一下用電容的方式。

電容搬運(yùn)

之前我在上面文章中講過(guò)，很多手機(jī)快充的充電方式是通過(guò)電容先串聯(lián)接住充電器輸出來(lái)的高壓，然后把電容分開(kāi)并聯(lián)在一起，此時(shí)等于是平分了原來(lái)的高壓，由于那么多電容并在一起，因此電流就會(huì)上升，這樣就實(shí)現(xiàn)了手機(jī)內(nèi)部的大功率充電，而且電容本身電荷幾乎沒(méi)有損失，功率管的內(nèi)阻又和很小，效率賊高。

現(xiàn)在我們把這個(gè)方法搬運(yùn)到鋰電池的均衡上面來(lái)。

如上面的電路所示，我們使用一些開(kāi)關(guān)將電容可選擇的連接到電芯的兩端，現(xiàn)在假設(shè)我們同時(shí)將開(kāi)關(guān)撥到左端，那么C1并聯(lián)在B1上，C2并聯(lián)到了B2上，C3并聯(lián)在了B3上。喝口水后，我們?cè)侔阉虚_(kāi)關(guān)撥到右端，此時(shí)B1，B2，B3充滿電的C1，C2，C3就又被并接到了B2，B3，B4上面，如此一來(lái)是不是電荷就被搬運(yùn)了，多余的電量一定是不斷地再傳遞，最后達(dá)到均衡（喝水快一點(diǎn)，均衡的就會(huì)快一些）。

每一串電芯都需要一對(duì)開(kāi)關(guān)和一組電容，不過(guò)這種的均衡電流還是很大的，壓差越大，均衡電流越大。