详细解读高精度电池测量为电池管理增添了实际价值

为避免使任何一节电池在其 SOC 范围之外运作，当 SOC 出现偏差时，电荷最不平衡的那几节电池将使电池组的总工作范围慢慢地限制。为解决这一问题，几乎所有的电池管理系统都包括了电池电荷平衡功能电路。

采用被动平衡时，具较高 SOC 的电池将放电以实现所有电池 SOC 的归一化。这是一种低成本的简单平衡法。然而，它存在重大的局限性：被动平衡仅通过移除电荷来起作用。其所耗费的能量与电池电荷不平衡的幅度之间存在函数关系，并产生大量的热量。这意味着必须保持相对较小的平衡电流，通常为电池容量的 5% 或以下。因此，被动平衡主要局限于离线操作，而且它需要大量的时间来完成。当 SOC 的变化量的增大时，被动平衡的有效性逐步下降，而且随着时间的推移，SOC 的变化将由于电池容量偏差的出现而增加。

电池会随着其老化进程而损失容量，各节电池的老化过程会由于诸多因素的影响而存在差异，例如：电池组温度梯度及电池制造中的波动等。当容量存在差异时，电池将更容易变至不平衡的状态。即使只允许一节电池在 SOC 限制范围以外运作，也将由于导致电池过早老化而使该问题愈发严重。当电池容量出现偏差时，完全依赖被动平衡会变得越来越困难。为避免受困于被动平衡的局限性，新型电池管理系统开始逐渐采取主动平衡的方法。

采用主动平衡时，电荷在电池之间移动 (而不像采用被动平衡时那样被浪费掉)。主动平衡在充电和放电周期里皆可运作。当对电池组充电时，主动平衡器可将电荷从较弱的电池移动至较强的电池。而当对电池组进行放电时，则可把电荷从较强的电池移走以补偿较弱的电池。电荷通过某种高效电路 (比如：反激式转换器) 进行转移，而不是白白消耗能量。因此，发热量受到限制、平衡电流较大、而且平衡时间显著减少。这允许在电池组使用的过程中进行主动平衡，因而能确保从每节单独的电池获取最大的容量。新型 IC (比如凌力尔特推出的 LTC3300 和 LT8584) 已可在汽车电池组中实现主动电荷平衡。

理想的情况是：主动平衡应在电池达到 SOC 范围的末端时启用 (注 2)。为阐明这一点，我们假设一个含有多节具均匀容量的电池以及一节较低容量"弱"电池的电池组。如果所有的电池都被充电至 80% SOC 并随后放电，则那节弱电池的 SOC 将慢慢地与其余的各节电池出现偏差。BMS 必须确定一个合适的点，以使平衡器能够在其他电池继续放电的同时将那节弱电池保持在运行状态。图 4 示出了放电周期中的 SOC 偏差情况，列举了两个例子：一个例子是一节电池的容量与电池组其余电池相差 2%，而在另一个例子中则是相差 8%。BMS 电池测量误差设定了一个用于确定电池之间相对状态的限值。当 SOC 测量误差为 ±2% (±10mV) 时，在电池测量电路可靠地检测到这一情况之前电池彼此之间的电荷失衡最大有可能达到 4%。如果不具备远远优于 ±10mV 的电池测量准确度，那么要在这条放电曲线的某个精确定义的点上实现一个主动平衡器几乎将是不可能的。

                                                 图 4：电池容量差异的检测依赖于测量准确度

测量准确度的意义并不局限于主动平衡。由该例可知，4% 的 SOC 差异将转化为一个超过 6.6% 的容量变化 (注 3)。对于容量下降 20% 之后即达到其寿命末期的汽车电池而言，这就是重大的不可恢复容量。更重要的是，电池容量的变化是反映其健康状况的一项关键指标，而未察觉的容量变化则有可能是一个严重的问题。

当考虑这个简单例子以外的复杂状况时，电池测量准确度的重要性就变得更加清楚了。例如：大多数电池组都存在连续的容量变化，并具有更加细微和难以检测的 SOC 偏差。而且，电池在开始放电时不太可能都处于 80% SOC，因而或许会进一步掩盖容量的变化。另外，应注意到 SOC 计算需要多个参数，这一点也是很重要的。这些其他参数的测量误差并未减低对于准确电池电压测量的要求。相反，牺牲电池测量准确度将很可能展宽电池寿命的分布。

电池监视器内部的电压基准是测量误差的主要决定因素。电压基准中的任何变化都将直接导致电池测量准确度的下降。目前这一代电池监视器依靠的是带隙电压基准。理论上讲，带隙基准非常适合于整合到复杂的集成电路 (比如：电池组监视器) 之中，因为它们