锂电池被动平衡与主动平衡的解释

2025 年 6 月 19 日

潘李博士

湖北大学理学博士，中南大学材料科学与工程博士后。长期从事高性能电极材料、防爆电池、低温电池等领域的研究，具有扎实的科研基础和丰富的实践经验。

电池平衡方法在确保锂电池最佳性能和延长使用寿命方面发挥着至关重要的作用。在比较锂电池的被动平衡和主动平衡时，需要注意的是，被动平衡会将过充电池的多余能量以热量的形式耗散，而主动平衡则会将这些能量重新分配给充电不足的电池，从而提高整体效率。您将受益于充电状态差异的减少和电池性能下降的最小化，尤其是在大型电池系统中。

主动平衡可提高能源效率并延长电池寿命，使其成为大容量应用的理想选择。
被动平衡适合低功率系统，但它会将多余的能量转化为热量，从而牺牲效率。

了解这些方法，特别是锂电池中被动平衡与主动平衡之间的差异，有助于您根据锂电池需求选择正确的方法，无论是工业系统 or 消费类电子产品.

关键精华

主动平衡功能可在电池单元之间转移能量。它可以提高效率并延长电池寿命。此方法最适合大型电池。
被动平衡更简单、更便宜。它将多余的能量以热量的形式释放出来，因此更适合小型系统。
根据您的需求选择合适的方法。考虑成本、效率以及效果。

第一部分：理解被动平衡

1.1 被动平衡的工作原理

被动平衡是锂电池组中最直接的电池平衡方法之一。其工作原理是将过充电池单元的多余能量通过电阻器以热量的形式散发出去。此过程可确保电池组内所有电池单元达到均匀的电压水平，从而防止出现过充和充电不足的问题。

1.2 被动平衡的优点

被动电池平衡具有多种优势，特别是对于成本敏感的应用。

简单：电路设计简单，只需要电阻器和开关等最少的元件。
低成本：由于其简单性，该方法非常经济，非常适合小型锂电池系统。
可靠性：组件越少，系统发生故障的可能性就越小，从而确保可靠运行。

这些优势使得被动平衡成为低功耗系统的首选，例如消费类电子产品和基本的工业工具.

1.3 被动平衡的缺点

尽管被动电池平衡很简单，但它也有明显的缺点。

能源效率低下：该方法将能源转化为热量，从而浪费能源，降低了整体效率。
热管理挑战：平衡过程中产生的热量会给电池管理系统（BMS）带来压力，尤其是在高容量锂离子电池组中。
平衡速度较慢：该过程依赖于电阻器，与主动平衡方法相比，电阻器以较慢的速度释放能量。

这些限制使得被动平衡不太适合需要高能效或快速平衡的应用，例如电动汽车或大规模储能系统。

Tips:如果您的应用优先考虑成本而非效率，被动平衡可能是您的正确选择。如需根据您的需求定制解决方案，请探索我们的定制电池解决方案.

第二部分：探索主动平衡

2.1 主动平衡的工作原理

主动均衡（也称为主动电池平衡）会在锂电池组中的电池单元之间重新分配能量，以实现均匀的电压水平。与将多余能量以热量形式耗散的被动方法不同，主动均衡会将过充电池单元中的多余能量转移到充电不足的电池单元。此过程依靠先进的电路（例如电容器、电感器或DC-DC转换器）来高效地促进能量传输。

仿真研究凸显了主动平衡在现代锂电池配置中的有效性。例如，双层MI-ACB电路在仿真中实现了54秒的平衡时间，在硬件在环 (HIL) 测试中实现了65秒的平衡时间，效率高达99.974%。单层MI-ACB电路的平衡时间略长，但效率更高，达到99.993%。这些结果凸显了主动平衡系统的精度和速度。

电路类型	平衡时间（秒）	效率（％）
2层MI-ACB	54（模拟），65（HIL）	99.974
单层MI-ACB	108（模拟），110（HIL）	99.993

2.2 主动平衡的优势

主动电池平衡具有多种操作优势，可提高锂电池系统的性能：

能源利用率高：通过转移能量而不是浪费能量，主动平衡可最大限度地提高能源效率。
平衡速度快：先进的电路可实现快速的能量重新分配，确保更快的响应时间。
改善电池性能：此方法可最大限度地减少充电状态 (SOC) 的差异，延长电池组的使用寿命。

下表总结了关键绩效指标：

绩效指标	描述
能源利用	能源利用率高，提高效率。
平衡速度	快速的平衡速度提高了响应能力。
整体表现	可以提高电池组的整体性能。

这些优势使主动平衡成为电动汽车和储能系统等大容量应用的理想选择。

2.3 主动平衡的缺点

尽管主动平衡有其优点，但它也有一些缺点需要考虑：

实施难度：电路的复杂性使其更难集成到电池管理系统中。
更高的零部件成本：DC-DC转换器和电感器等先进组件会增加总体成本。
效率损失：虽然能量传输效率很高，但在多个电池之间重新分配时可能会发生轻微的损失。

坏处	描述
实施难度	主动平衡比被动方法更难实现。
元件成本	需要显著更高的组件成本。
效率损失	跨多个电池的能量传输可能会导致效率损失。

如果您的应用需要高能效和长期性能，主动平衡值得投资。如需定制解决方案，请探索我们的定制电池解决方案.

第 3 部分：锂电池中的被动平衡与主动平衡

3.1 效率与能源利用

效率在确定电池平衡方法的适用性方面起着关键作用锂离子电池组被动电池平衡会将多余的能量以热量的形式耗散，导致平衡过程中出现永久性的能量损失。相比之下，主动电池平衡会在电池之间重新分配能量，确保较高的能量利用率，并将浪费降至最低。

平衡方法	效率指标	特征：
被动电池平衡	平衡过程中的永久性能量损失	成本低，易于实现，适合低功耗应用。
主动电池平衡	平衡速度快，效率高	适用于大功率应用，需要复杂的控制系统。

主动平衡BMS系统在储能应用中表现出色，因为这些应用的效率直接影响电池组的整体寿命。被动平衡BMS系统虽然更简单，但更适合成本优先于能量优化的场景。

Tips:：对于家庭储能系统或电动汽车等大容量系统，主动平衡可确保最佳性能并延长电池寿命。

3.2 成本和复杂性

成本和复杂性通常决定了在被动平衡和主动平衡方法之间做出选择。被动平衡依赖于电阻等简单元件，因此经济高效且易于实现。然而，主动平衡需要反激式变压器、开关电容器和 DC-DC 转换器等高级元件，这会增加成本和系统复杂性。

被动电池平衡：
- 基于泄漏电阻的设计成本低廉但速度慢。
- 非常适合消费电子产品等低成本应用。
主动电池平衡：
- 开关电容器设计可在大约 500 秒内实现平衡。
- 多绕组反激系统在 2 秒内达到 1,800% 的 SOC 差异。
- 适用于工业储能系统等高性能应用。

主动平衡BMS系统需要复杂的控制算法，这使得它们更难集成到电池管理系统中。然而，其卓越的性能使其在关键应用中值得投资。

3.3 锂电池组的应用适用性

被动平衡和主动平衡之间的选择取决于具体的应用需求。被动平衡非常适合电池电压不平衡较小的小型系统，例如消费电子产品和基本工业工具。而主动平衡更适合用于储能的高容量锂离子电池组，机器人和医疗器械.

应用类型	推荐的平衡方法	原因
消费类电子产品	被动平衡	成本低且简单。
工业系统	主动平衡	效率高，平衡速度快。
储能系统	主动平衡	最大限度地提高能源利用率并延长电池寿命。
医疗器械	主动平衡	确保可靠性和最佳性能。

对于需要精确度和长期可靠性的应用，主动电池平衡可提供最佳效果。

3.4 维护和长期性能

维护和长期性能是平衡锂离子电池的关键因素。被动平衡系统在运行过程中会产生热量，这会给电池管理系统带来负担，并缩短电池组的整体寿命。主动平衡通过有效地重新分配能量来最大限度地降低热应力，从而延长电池寿命。

主动平衡BMS系统还能减少充电状态差异，防止过度充电和充电不足。这提高了锂离子电池组的耐用性，尤其是在基础设施和安全系统等要求严格的应用中。

注意：：投资主动平衡可确保降低维护成本并提高长期性能，特别是对于高价值应用。

3.5 选择正确的电池平衡方法

选择合适的电池平衡方法需要评估成本、效率、应用适用性和长期性能等因素。被动平衡非常适合成本敏感且能耗较低的应用，而主动平衡则更适合需要最佳性能和更长电池寿命的高容量系统。

属性	描述
均衡率	与被动方法相比，主动平衡可以实现更快的均衡。
均衡效率	主动平衡可最大限度提高能源利用率，减少浪费。
控制复杂性	被动平衡提供简单性，而主动平衡需要先进的控制系统。
Cost	被动平衡更实惠；主动平衡需要更高的初始投资。
应用领域	被动平衡适合低功率系统；主动平衡在高容量应用中表现出色。
电路设计	主动平衡需要复杂的设计；被动平衡依赖于基本组件。

立即登入：如需满足您特定需求的定制解决方案，请咨询我们的定制电池解决方案.

选择被动平衡还是主动平衡取决于您的应用需求。被动平衡适用于低功耗系统，例如消费类电子产品由于其简单性和成本效益，主动平衡非常适合电动汽车等高容量应用，可提供卓越的效率和更快的响应时间。

平衡方法	应用适用性	主要差异
主动平衡	大功率应用（例如电动汽车、家庭储能系统）	通过在电池之间主动传输能量，提供高精度、快速响应并延长电池寿命。
被动平衡	低功耗应用（例如电动自行车、二次电池）	更简单且更具成本效益，但可能无法满足电动汽车等高要求应用所需的高精度和高速度。