Диапазон, срок службы и безопасность новых энергетических транспортных средств фундаментально зависят от производительности их аккумуляторных батарей. Поскольку аккумуляторная батарея состоит из множества отдельных элементов, соединенных последовательно, такие факторы, как производственные процессы, характеристики материалов и условия эксплуатации, могут привести к различиям в емкости, внутреннем сопротивлении и напряжении между этими элементами. Со временем эти расхождения имеют тенденцию усугубляться, что приводит к снижению емкости батареи, сокращению запаса хода и даже к угрозам безопасности, таким как перезаряд или чрезмерный разряд. Модули балансировки батарей являются ключевыми компонентами, предназначенными для решения этой проблемы. В настоящее время два основных технических подхода — активная балансировка и пассивная балансировка. В этой статье представлен углубленный анализ их принципов работы, характеристик и сценариев применения, который поможет вам полностью понять различия между ними и логику выбора правильного подхода.

Литий-ионные аккумуляторные батареи подобны двигателям, которые не обслуживаются; BMS без функции балансировки — это всего лишь сборщик данных, и его нельзя считать системой управления. Как активная, так и пассивная балансировка направлены на устранение несоответствий в аккумуляторной батарее, но их принципы реализации принципиально различны.

I. Основная функция модулей балансировки батарей
Модули балансировки батарей являются критически важным компонентом системы управления батареями (BMS). Их основная цель — минимизировать различия в производительности между отдельными элементами путем регулирования их напряжения и состояния заряда (SOC). Это дает три ключевых преимущества: во-первых, повышает эффективность использования емкости аккумуляторной батареи, предотвращая потерю общей емкости, которая возникает, когда отдельные элементы преждевременно достигают полного заряда или разряда. Во-вторых, продлевает срок службы аккумуляторной батареи, смягчая ускоренное локальное старение, вызванное несоответствиями элементов. В-третьих, обеспечивает безопасность эксплуатации, предотвращая такие риски, как перезаряд, чрезмерный разряд и тепловой разгон, тем самым повышая общую надежность аккумуляторной батареи.

II. Пассивная балансировка: простой и эффективный подход «рассеивания энергии»
1. Принцип работы
Основная логика пассивной балансировки — «срезать пики и заполнять впадины». Она обеспечивает балансировку напряжения, подключая резистор разряда, управляемый MOSFET, параллельно каждому отдельному элементу. Когда система управления батареями (BMS) обнаруживает, что напряжение конкретного элемента батареи превышает пороговое значение балансировки (например, 4,2 В), она немедленно активирует соответствующий MOSFET-переключатель. Это позволяет элементу рассеивать избыточную энергию через резистор, где электрическая энергия рассеивается в виде тепла, до тех пор, пока его напряжение не сравняется с напряжением других элементов. Типичная схема цепи может использовать шунтирующий регулятор TL431 в сочетании с транзистором PMOS. Ток балансировки обычно контролируется в диапазоне от десятков до сотен миллиампер, что делает его подходящим для требований балансировки аккумуляторных батарей малой и средней емкости.
2. Ключевые преимущества и недостатки
Преимущества: во-первых, простая и недорогая конструкция, не требующая сложных компонентов для хранения энергии или замысловатой логики управления; это приводит к простому аппаратному дизайну и легкому обслуживанию. Во-вторых, простая логика управления балансировкой и быстрое время отклика делают ее идеальной для приложений с ограниченным бюджетом и умеренными потребностями в балансировке. В-третьих, компактный размер позволяет легко интегрировать ее в аккумуляторную батарею, не занимая лишнего места.
Недостатки: во-первых, чрезвычайно низкая энергоэффективность; избыточная энергия полностью рассеивается в виде тепла, что не только приводит к потерям энергии, но и увеличивает нагрузку на систему терморегулирования аккумуляторной батареи. Во-вторых, ток балансировки относительно мал, достаточен только для незначительных задач балансировки; он менее эффективен для аккумуляторных батарей со значительными различиями между отдельными элементами. В-третьих, выделяется значительное количество тепла, которое, если его не устранить, может поставить под угрозу общую тепловую стабильность аккумуляторной батареи, что требует надежной конструкции системы терморегулирования.
3. Типичные сценарии применения
Благодаря низкой стоимости и простоте интеграции пассивная балансировка в основном используется в бюджетных новых энергетических транспортных средствах, низкоскоростных электромобилях, маломасштабных системах хранения энергии и инструментах с питанием от литиевых батарей. В этих приложениях, где контроль затрат имеет решающее значение, а аккумуляторные батареи, как правило, меньше с минимальными начальными различиями между элементами, пассивная балансировка достаточна для удовлетворения основных требований без существенного увеличения сложности системы.

V. Заключение
Модули балансировки батарей действуют как «стабилизаторы» для аккумуляторных батарей в новых энергетических транспортных средствах. Как активная, так и пассивная балансировка имеют свои преимущества и недостатки; ни одна из них не является «лучше» или «хуже» — все зависит от конкретного применения. Пассивная балансировка предлагает экономичное, легко интегрируемое решение для базовых потребностей в балансировке, в то время как активная балансировка обеспечивает высокую эффективность и энергосбережение, что делает ее идеальной для сценариев высокой производительности. Заглядывая в будущее, по мере развития технологий хранения энергии и алгоритмов систем управления батареями (BMS) ожидается, что стоимость активной балансировки снизится, а ее эффективность повысится. Это, вероятно, сделает активную балансировку доминирующим подходом к управлению батареями NEV, хотя пассивная балансировка будет продолжать приносить пользу в определенных нишевых приложениях. Для потребителей понимание различий между этими технологиями балансировки дает лучшее представление о производительности и надежности аккумуляторной системы автомобиля, служа полезным ориентиром при покупке и эксплуатации автомобиля.