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航芯技术分享|BMS专题之电池均衡如何提高电池寿命

随着新能源及电动汽车的迅速发展，能量密度比更高的锂电池得到了更多运用，而锂电池串

联使用过程中，为了保证电池电压的一致性，必然会用到BMS来提升电池的使用性能和使

用寿命。

上海航芯通用MCUACM32F0系列以其低功耗+1路CAN+10万次擦写128K片上

Flash+125度高温支持；ACM32F4系列以其180MHzM33内核+Flash加速+10万次擦

写512K片上Flash+2路CAN+125度高温支持，被广泛应用到BMS场景中。BMS的主

要功能包括：电量管理、电压检测、电池均衡等。

电池均衡概述

电池均衡是通过对多节串联电池进行容量最大化处理，确保各个电池单元能量可用，以此来

延长电池使用寿命的技术。电池均衡是指在一个系列电池组中对不同的电池使用差动电流。

电池均衡器是电池管理系统中的一种功能组件，用于执行锂电池电动汽车和ESS应用中常

见的电池均衡。

通常，电池组的各个单元具有不同的容量，并且处于不同的SOC水平（SoC是指个别电池

随着充电和放电，相对于其最大容量的剩余容量）。如果没有重新分配，当容量最低的电池

被放空时，放电必须停止，即使其他电池仍未被放空，这限制了电池组的能量输送能力。而

平衡的电池是指一个电池组中的每节电池都具备相同的电荷状态(SoC)。

在均衡的过程中，较高容量的电池经历了一个完整的充电/放电循环。如果没有电池均衡，

容量最低的电池就是一个薄弱点，即使其他电池单元仍有许多电量剩余，整个电池组也只能

在其最弱的电池单元完全放电之后才能充电。因此，对各电池单元进行平衡可以更大限度地

提高电池组的容量，并确保其中所有能量均可利用，从而提高电池寿命。除了更大限度提高

电池容量外，电池平衡功能还可防止电池单元过充和过放，从而确保电池安全运行。电池均

衡是BMS的核心功能之一，此外还有温度监控、充电，以及其他有助于延长电池组寿命的

功能。

电池均衡的必要性

当您需要将多个电池合在一起为设备供电时，则需要进行电池均衡。因为电池单元较为脆弱，

如果充电或放电过多，就会死亡或损坏。对于具有不同SoC的电池，并开始使用它们时，

它们的电压开始下降，直到其中存储的能量最少的电池达到电池的放电截止电压。那时，如

果能量继续流经电池，它就会受到无法修复的损坏。如果尝试将这组电池充电到正确的组合

电压，健康的电池会过度充电并因此受到损坏，因为它们将要吸收已经损坏的电池不再能够

存储的能量。不均衡的锂电池在第一次尝试使用时就会损坏，这就是为什么需要电池均衡。

电池均衡的其他原因包括：

热失控

电池，尤其是锂电池，对过充和过放非常敏感。当内部热量的产生速度超过散失速度，就会

导致热失控。温度升高会导致锂电池结构变化并在电极上形成表面膜，使锂电池衰减速度更

快。另外，积热过多可能会导致电池平衡开关和电阻的损坏。通过使用电池均衡，电池组中

的每个无缺陷电池应均衡到与其他无缺陷电池相同的相对容量。由于热量是导致热失控的主

要因素之一，因此，除电池均衡器以外，还可以使用冷却系统，保持电池组处于室温环境，

最大化的减少热量留存。

电池老化

当锂电池被过度充电，甚至略高于其推荐值时，电池的能量容量、效率、生命周期都会降低。

电池老化主要是由以下原因引起的：

1.袋型电池中电极的机械退化或堆压损失。

2.阳极上固体电解质界面（SEI）的增长。当充电电压保持在3.92v/cell以下时，SEI

被视为大多数基于石墨的锂电池容量损失的原因。

3.在正极形成电解质氧化(EO)，可能导致容量突然损失。

4.由高充电率产生的阳极表面的镀锂。

电池组的不完全充电

电池以0.5到1.0倍率的恒定电流充电，电池电压随着充电的进行而上升，充满电后达到峰

值，然后下降。考虑三个分别具有77Ah、77Ah和76Ah且100%SoC的电池，然后所有

电池都被放电，并且SoC下降。很快能发现3号电池会首先耗尽能量，因为它的容量最低。

当给电池组通电，相同的电流流过电池时，电池3在充电过程中再次滞后，可以认为是完

全充电，因为其他两个电池已完全充电。这意味着由于电池的自热导致电池不均衡，电池3

的库仑效率(CE)较低。

电池组能量的不完全使用

消耗超过电池设计容量的电流或使电池短路，最可能导致电池过