干货！秒懂电源管理系统BMS被动均衡

一直以来，对于电动车BMS技术路线的争论，主要都是集中在BMS系统，该采用主动均衡，还是被动均衡技术。有人说被动均衡更适合当前动力电池发展现状，对电池的寿命影响较小；也有人认为主动均衡对提升电动汽车整体的运营效果、驾驶体验有显著的帮助。针对目前，国内众多车企及电池模组厂商均大力宣传主动均衡技术，甚至当时有广泛流传的言语，“主动均衡技术已领先国外产品，主动均衡已经达到延长电池寿命30%，增加续航里程20%。”但放眼目前电动车电池管理领域市场，无论是HEV、还是PHEV，BMS系统均大多采用被动均衡技术。那么设计BMS该采用哪种均衡技术会更好？

主动均衡 vs 被动均衡 谁能发挥电池组最大效益

什么是主动/被动均衡？

顾名思义，被动均衡就是将单体电池中容量稍多的个体消耗掉，实现整体的均衡。主动均衡则是将单体能量稍高的能量通过储能环节转移到能量稍低的电池上去。实现的是一种主动分配的效果。

BMS被动均衡技术先于主动均衡在电动市场中应用，技术也较为成熟些。被动均衡结构更为简单，使用比较广泛；而主动均衡则较为复杂，变压器方案的设计以及开关矩阵的设计无疑会使成本增加明显。

但被动均衡也有显著的缺点，由于结构简单制作成本低，采用电阻耗能产生热量，从而会使整个系统的效率降低。主动均衡相比采用能量传递分配的原则，因而能量利用率相比被动均衡更高。

有人说国内电池生产工艺不够好，电池一致性离散程度比较大，因而大多自主选择主动均衡；也有人说被动均衡比较耗电，以特斯拉Model S 96节电池组为例，特斯拉电动使用松下特制18650锂电池，在电池一致性方面表现良好，在均衡电流为0.1安培的时候，最差的情况下为95 节电池均需要放电，而总结起来也就消耗几十瓦功率，相比还比不上汽车前大灯的工作功率，而且这也极大的延长了电池的使用寿命。

一般来讲，被动均衡适合于小容量、低串数的锂电池组应用，主动均衡适用于高串数、大容量的动力型锂电池组应用。与其说哪种均衡技术更好，不如说这背后需要采用的策略更为重要。

德州仪器（TI）bq76PL455A 16节EV/HEV集成电池监视器及保护器

- 具有无源电池平衡功能的 16 节电池监视器

bq76PL455A-Q1 简化电路图

（1）特性

· 每个器件可监视和均衡6 至 16 节电池

· 高精度监视

- 具有内部基准的 14 位高性能模数转换器 （ADC）

- 全部电芯的总转换时间 2.4ms（标称值）

- 八个 AUX 输入，用于温度传感器和其他传感器，输入电压范围为 0V 至 5V

- 内部精密基准

· 集成保护器，为过压 （OV） 和欠压 （UV） 比较器提供独立的 Vref 并具有可编程的 VCELL 设定值

· 专为高系统稳健性而设计

- 最高 1Mb/s 可堆叠隔离差分 UART

- 多达 16 个采用双绞线以菊花链形式连接的集成电路 （IC）

- 通过了大电流注入 （BCI） 测试

- 专为提供可靠的热插拔性能而设计

· 通过外部 N 沟道 FET 支持被动均衡，通过 EMB1428Q/EMB1499Q 支持主动均衡

· 可帮助客户满足功能安全标准要求（例如，ISO26262）

- 内置自检，可验证定义的内部功能

- 支持开路检测

· 具有符合 AEC-Q100 标准的下列结果：

- 器件温度等级 2：-40°C 至 105°C 的环境运行温度范围

- 器件人体模型 （HBM） 静电放电 （ESD） 分类等级 2

- 器件充电器件模型 （CDM） ESD 分类等级 C3

（2）应用

· 电动及混合动力汽车（EV、HEV、PHEV 和轻度混合动力）

· 48V 系统（单芯片解决方案）

· 储能系统 （ESS） 和不间断电源 （UPS）

· 电动自行车，电动踏板车

（3）说明

bq76PL455A-Q1 器件是一款集成式 16 节电池监视和保护器件，旨在满足高可靠性汽车应用的 需求。凭借集成的高速、差分、电容隔离式通信接口，最多允许十六个 bq76PL455A-Q1 器件通过单个高速通用异步收发器 （UART） 接口与主机通信。

bq76PL455A-Q1 可监视和检测多种不同的故障状态，包括过压、欠压、过热和通信故障。该器件包含六个 GPIO 端口和八个模拟 AUX ADC 输入，用于实现附加的监视和可编程功能。此外，还具备辅助热关断功能，进一步为自身加强保护。

美信（Maxim）ECU电源管理及电压调节

ECU 电源整体方案图

针对目前越来越重要的汽车电源管理及稳压电路要求，Maxim提供多种类型的PMIC、DC-DC转换器和电压调节器件，满足日趋见长的汽车电源管理需求。

在汽车电子控制应用设计中，随着汽车中控制模块、传感器以及执行器数量的增加，就需要电压稳压器和DC-DC转换器来管理每种设备中负载点的电源。Maxim提供汽车电源管理单元（PMIC）、多种高压/低压降压型开关调节器，车载升压型开关调节器、车载线性电压调节器等等。

MAX14920/MAX14921——高精度12/16节电池测量AFE

- 业内精度最高、最灵活的电池管理系统用功能模块

概述：

MAX14920/MAX14921电池测量模拟前端（AFE）器件用于高精度采样电池电压，并提供电平转换，可支持多达16节/+65V （最大）的主/辅电池组。MAX14920监测多达12节电池，MAX14921监测多达16节电池。两款器件均同时采样所有电池电压，允许高精度确定充电状态和源阻抗。将所有电池电压以单位增益转换成以地为基准的电压信号，简化外部ADC的数据转换。

器件具有低噪声、低失调放大器，可缓冲高达+5V的差分电压，允许监测所有常见锂离子（Li+）电池，电池电压误差为±0.5mV。

器件的高精度特性使其理想用于监测放电特性曲线非常平坦的电池，例如锂-金属磷酸盐电池。

通过外部FET驱动器支持无源电池平衡。器件内部集成的诊断功能允许实现开路检测和欠压/过压报警，器件可通过菊链SPI接口控制。

MAX14920采用64引脚（10mm x 10mm） TQFP封装，带裸焊盘；MAX14921采用80引脚（12mm x 12mm） TQFP封装。两款器件均工作在-40°C至+85°C扩展级温度范围。

MAX14920/MAX14921电路图

关键特性：

应用：

· 电子运输储能电池组

· 储能电池组

· 工业备用电池系统

· 电信备用电池系统

众所周知，汽车电池包设计具有很高难度，系统必须在极端的电子辐射环境下连续测量电池容量的变化和瞬态电压。为了满足汽车最高安全等级（ASIL）的要求，需要快速的检测手段。

针对这些系列设计难题，Maxim推出的电池监测器在单一芯片内集成了所有测量、诊断和通信功能，使电池管理系统（BMS）的成本降低80%。同时，Maxim下一代产品中还增加了ASIL主控制器，以帮助用户快速通过安全认证。譬如：Maxim 电动汽车电池传感器 MAX17823 集成了自诊断功能，为用户提供优于ASIL D要求的性能。

凌力尔特（Linear）LTC3305铅酸电池平衡器

LTC3305 铅酸电池平衡器演示板2043A

LTC3305 可以用来平衡一个串接式铅酸电池组和一个辅助蓄电池两端的电压。 利用陶瓷 PTC 热敏电阻来控制平衡电流。 LTC3305采用 PTC 热敏电阻规定的跳变电流和冷电阻参数以及其他的平衡电路寄生电阻，从而针对电池与辅助电池之间各种不同的差分电压来预测平衡电流。

特点：

· 单个 IC 可平衡多达 4 节 12V 串联铅酸电池

· 全 N-FET 设计

· 可通过堆叠以平衡较大的串联电池组

· 独立型操作无需外部微处理器 （μP） 或控制电路

· 平衡电流受限于外部 PTC 热敏电阻

· 连续模式和定时器模式

· 可编程欠压 （UV） 和过压 （OV） 故障门限

· 可编程充电终止时间和终止电压

· 耐热性能增强型 38 引脚 TSSOP 封装

典型应用：

描述：

LTC®3305 可平衡多达 4 节串联连接的铅酸电池。它旨在与一个单独预先存在的电池充电器结合使用以作为高性能电池系统的一部分。其集成了所有的电压监视、栅极驱动和故障检测电路。

LTC3305 采用一个辅助电池或一个替代的储存单元以在其自身与电池组中的每个个别电池之间来回传输电荷。一个模式引脚提供了两种操作模式，即定时器模式和连续模式。在定时器模式中，一旦平衡操作完成，LTC3305 将立即进入一种低功率状态并持续一个设定的时间，然后周期性地对电池进行再平衡。在连续模式中，电池平衡操作持续进行，即使在电池被平衡至其编程终止电压之后也不例外。

LTC3305 采用耐热性能增强型 38 引脚 TSSOP 封装。

应用：

· 电信后备系统

· 家用电池供电型后备系统

· 工业电动汽车

· 能量储存系统 （ESS）

· 医疗设备