被动和主动均衡的主要区别在于测试系统如何处理多余电荷：被动均衡从高荷电状态（SoC）的电芯中移除能量并将其作为热量耗散掉，而主动均衡则将该能量转移到低SoC的电芯中。在多节电池模组测试中，这种差异会影响测试时长、热负载、效率、仪表配置以及均衡电路恢复可用容量的能力。
被动均衡更简单、成本更低，但会以热量的形式浪费能量。主动均衡因重新分配电荷而效率更高，但需要更复杂的硬件、控制和验证。 具体的策略选择取决于模组对均衡电流、热量、成本和效率的要求。
两种均衡策略的作用
被动旁路均衡
被动电路在电压或SoC相对较高的电芯两端连接一个开关电阻。当启用时，电阻会分流该电芯周围的电流，使其电压不再像其他电芯那样快速上升。
多余的电能完全转化为热量。因此，被动均衡通常用于充电末端，即电芯电压接近其上限时。
主动电荷转移均衡
主动电路将电荷从高SoC电芯移动到低SoC电芯。根据设计，它可能使用开关电容器、电感器、变压器或双向DC-DC转换器。
由于能量是转移而非丢弃，主动均衡可以减少热损耗，并支持在充电、放电或静置期间进行更动态的均衡。
模组测试中如何体现差异
被动均衡的测试行为
在被动均衡测试中，测试系统监控每个电芯的电压，并在电芯超过指定均衡阈值时发出旁路路径指令。主要测量指标包括：
- 旁路操作前、中、后的电芯电压
- 流经每个均衡电阻的泄放电流
- 均衡时间
- 电阻、开关器件和本地电路板的温度
- 从模组中移除的总能量
测试必须确认电阻电流足以控制电芯差异，且不会超过BMS或模组组件的热限制。
主动均衡的测试行为
对于主动均衡，测试系统必须同时测量源电芯和目标电芯。重要的测量指标包括：
- 电芯间的电压和SoC差异
- 电荷转移电流和方向
- 从高SoC电芯移除的能量
- 输送到低SoC电芯的能量
- 转换效率
- 开关纹波和电气噪声
- 电感器、电容器、变压器、开关和连接器的温度
测试还必须验证电路仅在有效的操作条件下转移电荷，且不会产生过度的电压波动或不必要的电流路径。
测试配置不尽相同
被动均衡通常在受控的充电末端序列中进行评估。测试可能会将模组保持在接近其电压上限的状态，同时允许各个电芯趋于一致。
主动均衡需要更广泛的操作配置。工程师可能会评估充电、放电、静置以及人为引入的不平衡条件下的电荷转移，以确认控制算法在动态条件下能正确响应。
每种方法对模组容量的意义
被动均衡仍受限于最弱电芯
被动均衡可以通过减少高容量电芯中的电荷，使电芯电压看起来更均匀。它无法为较弱的电芯增加电荷，也无法回收通过电阻耗散掉的能量。
因此，可用模组容量仍然受到容量最低或限制性最强电芯的强烈影响。在测试过程中，工程师应将电压均衡与实际可用能量的恢复区分开来。
主动均衡可提高电荷利用率
主动均衡可以将电荷从即将达到电压限制的电芯中移出，并输送到另一个电芯。这可以延缓单个电芯过早限制充电或放电循环的情况。
- 然而，主动均衡并不能消除严重容量损失、高内阻或电芯缺陷的影响。该电芯仍然是一个安全和性能瓶颈，因此均衡不能替代电芯分级、匹配或故障检测。
如何客观比较这两种策略
测量能源效率
对于被动均衡，几乎所有均衡的能量都变成了热量。关键的比较指标是从源电芯移除的能量与均衡电路中损失的能量之比。
测量热性能
被动电路需要直接的热评估，因为其工作电流会在电芯和BMS电路板附近产生局部热量。测试夹具应包括电阻、开关器件、电芯端子和外壳热点附近的温度传感器。
主动均衡通常会降低单位转移能量产生的热量，但并不能消除热问题。大电流开关、电感器、变压器、连接器和保护组件仍可能成为显著的热源。
测量均衡速度
应根据预期应用中的可用时间来评估均衡策略。小电流被动均衡可能需要很长时间才能纠正严重的不匹配。
主动均衡在设计得当时可以支持更快的均衡，但可达到的速率取决于转换器拓扑、控制限制、电芯电压差、热设计和允许电流。
测试控制和故障行为
两种方法都需要针对错误的电压传感、均衡路径开路和短路、开关故障、通信丢失和过温条件进行测试。
测试系统应验证当电芯超出安全操作限制时均衡是否被禁用，以及BMS是否能检测到未按预期响应的电芯。
理解权衡
被动均衡：简单性与能源浪费
被动均衡使用相对简单的电路，通常更容易集成、控制、排障和进行成本优化。它适用于不平衡较小、均衡电流要求较低且热耗散可控的情况。
其缺点是能量损失、发热、均衡速度较慢，以及改善模组可用容量的能力有限。
主动均衡：效率与复杂性
主动均衡保留了模组更多的存储能量，并能减轻与均衡相关的热负担。在模组较大、能源效率至关重要或预期不平衡显著的情况下，它更具吸引力。
缺点包括组件数量更多、控制更复杂、电磁和开关噪声考虑因素更多、成本更高以及验证过程要求更严苛。
不要仅比较均衡电流
更高的均衡电流额定值并不自动意味着更好的设计。测试还必须检查效率、温升、电芯应力、开关瞬态、测量精度，以及均衡电流是否在整个电压和SoC范围内均可用。
不要将组装质量与均衡能力混淆
电芯分选、容量匹配、内阻匹配、一致的机械压缩和低电阻互连可以减少BMS必须纠正的不平衡。
均衡电路应补偿正常的偏差；它不应被用来掩盖糟糕的电芯匹配、损坏的电芯、松动的连接或组装缺陷。
如何将其应用于您的测试程序
根据模组的操作配置、预期的电芯不匹配、热限制和所需的能源效率来选择均衡策略。
- 如果您的主要关注点是低成本和直接的BMS验证： 当预期的不匹配和均衡电流适中时，使用被动均衡，然后重点关注泄放电流精度、均衡时间和温升测试。
- 如果您的主要关注点是最大化能源利用率： 使用源到目标的能量测量、转移效率计算和动态充放电曲线来评估主动均衡。
- 如果您的主要关注点是热管理： 比较在预期均衡电流下的测量发热量，包括BMS电路和电芯组件上的温度。
- 如果您的主要关注点是回收或不匹配的电芯： 先进行电芯分级和匹配，然后测试所选的均衡方法是否能安全管理剩余的容量、SoC和电阻差异。
- 如果您的主要关注点是安全和产品发布： 测试正常均衡和故障条件，包括传感器错误、开关路径故障、过温事件以及无法趋于一致的电芯。
一个设计良好的模组测试不仅证明电芯电压趋于一致，而且证明其过程是高效、安全且不会掩盖潜在的电芯或组装问题的。
总结表：
| 策略 | 能量处理 | 效率 | 热影响 | 复杂性 | 测试重点 |
|---|---|---|---|---|---|
| 被动（旁路） | 将多余能量作为热量耗散 | 低至中 | 电阻和开关附近的局部热量 | 低；电路和控制简单 | 泄放电流精度、均衡时间、温升、电压趋同性 |
| 主动（电荷转移） | 将能量从高SoC电芯转移到低SoC电芯 | 高；保留能量 | 单位转移能量产生的热量较低，但仍有局部热量 | 高；组件和控制更多 | 转移效率、输送能量、动态曲线、开关噪声 |
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