對於大型串聯電池組，選擇被動式或主動式電池均衡，首先要考慮的是需要糾正的不平衡程度，而不是固定的串聯電池數量閾值。電池容量、自放電率、可用均衡時間、熱限制和能量傳輸路徑決定了簡單的洩放電路是否足夠，或者主動式重新分配是否能帶來實際價值。
對於工業、機器人和基礎設施設備而言，目標是在電池工作限度內保持電池組的可用容量。這兩種方法都無法修復性能下降的電池、更換保護電路或確保更長的使用壽命。
快速回答
當所需的電荷校正量符合可用的均衡視窗且電阻發熱可控時，可使用被動均衡。當需要更大的電荷轉移或能量回收時，尤其是在使用高容量電池或充電機會有限的情況下，應評估主動均衡。 14 串電池沒有通用的均衡方案：應根據預估的電荷失配量來確定均衡電流，並驗證完整的電池管理系統 (BMS)。
關鍵要點
以安時為單位估算不平衡量；僅憑電壓差無法確定平衡時間。
被動平衡會耗散移除的能量。主動平衡則會轉移能量，但會造成轉換損耗和待機損耗。
系列數量會影響架構和調度，但單元容量和占空比通常會決定電流需求。
磷酸鐵鋰電池的電壓曲線較為平坦，因此需要謹慎地進行基於電壓的平衡決策。
保持電池保護獨立於均衡策略，並驗證故障行為。
第一部：選擇硬體前先了解不平衡狀況
1.1 SOC、容量和電阻是不同的問題
電池單元的荷電狀態、可用容量、內阻和自放電率可能有差異。荷電狀態不平衡意味著各單元的荷電狀態不一致。容量不匹配意味著即使所有單元都正確對齊，某個單元的可用電量也會減少。均衡可以重新分配或移除部分電荷，但無法恢復損失的容量或消除損壞的連接。
在串聯電路中，相同的串聯電流會流經每個串聯電池組。高電阻焊點會造成電壓降和發熱，但不會導致鄰近電池承載額外的串聯電流。應診斷互連故障，而不是試圖透過平衡故障症狀來消除其影響。
電池分選、可追溯性、合理的互連設計和均勻冷卻可以減輕均衡器的負擔。持續的漂移或異常頻繁的均衡應受到重視，並應調查是否有自放電、測量誤差、溫度梯度或電池劣化等問題。
1.2 在工作環境中解讀電壓
端電壓取決於電池荷電狀態 (SOC)、電流、溫度、極化和電池內阻。負載下 90 mV 的電壓差並不等於指定的充電失配。應在規定的條件下比較讀數，並在適當情況下使用電池模型或特徵充電曲線。
對於磷酸鐵鋰電池而言，在大部分荷電狀態 (SOC) 範圍內，電壓的微小變化都可能導致荷電狀態的顯著差異。反之，瞬態電壓偏差可能不代表持久的不平衡。荷電狀態平衡雖然實用，但其啟動電壓、電流限制和遲滯必須根據所選電池和充電策略而定。通用的 3.5V 觸發電壓並不適用於所有電池化學系統。
1.3 將保護措施與平衡措施分開
不平衡的電池組可能在達到預期容量之前就達到單一電池的容量極限。充電器和 電池管理系統 必須根據需要降低或停止電流。在保護得當的系統中，過度充電和過放電並非不平衡的必然結果。
均衡是一種容量管理功能，並非允許電池電壓或溫度超過限制。如果均衡通道發生故障，獨立的保護機制仍必須確保電池在必要的安全運作條件下運作。
第二部分：被動平衡及其熱預算
2.1 洩放電路的工作原理
被動均衡器透過切換電阻器並聯在選定的電池組或串聯電池組上，以熱量的形式釋放該電池組的電荷，通常在適當的充電或靜置視窗期內進行。控制演算法定義了哪些通道運作、何時進行電壓取樣以及哪些溫度或故障情況會抑制均衡。
並沒有統一的 0.25 A 最大值標準。例如，德州儀器的 BQ79616 資料手冊 描述了一種被動式均衡技術，其電流取決於電池電壓、外部電阻和開關電阻。實現的電流必須保持在元件和溫度限制範圍內；元件範例並非適用於所有被動式電池管理系統 (BMS) 設計。
2.2 計算熱量和可用修正
對於近似電阻通道，平衡電流為 I = V/R，電阻功率為 P = V × I。詳細計算時，請使用實際電壓範圍、開關損耗、電阻容差和占空比。
在 4.0 V 和 0.10 A 的條件下，單一通道的功耗約為 0.40 W。十個同時啟用的通道，在扣除其他電子元件損耗之前，其漏電路徑上的功耗約為 4 W。這個例子說明了通道調度和機箱溫度的重要性。
檢查電阻降額、PCB熱點、附近電池溫度以及允許同時工作的通道數。電壓取樣限制和熱暫停會降低有效均衡電流。被動均衡可在允許的正常使用或充電期間運作；它本身並不要求整個電池組處於不可用狀態。
第三部分：主動平衡與能量傳遞路徑
3.1 拓樸結構決定了哪些問題可以修正
有源電路透過電容器、電感器或變壓器傳輸能量。根據拓樸結構的不同，能量傳輸可以在相鄰電池之間、電池組之間或電池與電池組之間進行。這些路徑決定了傳輸距離、通道並發性和控制要求。
相鄰電池單元間的能量傳輸可能需要多級才能完成長串電池的能量轉移。共用轉換器一次可能只能服務於一個或有限數量的通道。因此，標稱的高通道電流並不能保證整個電池組的均衡時間。
Analog Devices LTC3300-1 數據手冊 本文舉例說明了基於變壓器的雙向主動平衡，其電流由外部元件設定，並支援高達 10 A 的電流。這表示 6 A 並非通用的上限。實際性能取決於磁性元件、開關、冷卻系統、電池電壓和工作條件。
3.2 包括轉換損耗和待機功耗
主動均衡並非無損。應在設定的源和目標邊界處測量傳輸的能量。效率隨傳輸功率、電壓比、拓撲結構和負載而變化；不應使用單一的百分比來衡量所有運行狀態。
如果從供體電池抽取 10 Wh 的能量，其中 9 Wh 到達接收電池，則能量轉移效率為 90%，轉移損耗為 1 Wh。如果輔助能量和待機能量未包含在測量中，則應單獨計算。對於被動均衡，移除的電荷會被耗散而不是被回收到其他電池中；將其描述為 70-80% 的重新分配效率是誤導性的。
在高傳輸電流下，主動電路仍會產生顯著的局部熱量。應檢查轉換器損耗和電池發熱情況，而不是想當然地認為有源硬體始終運行溫度較低。靜態電流因產品而異，並非統一的 50 mW 額外值。
第四部分：使用收費預算比較策略
4.1 根據安培小時估算時間
一階估算公式為 t = ΔQ / Ieffective，其中 ΔQ 為電荷校正量（單位：Ah），Ieffective 為相關單元邊界處的平均校正電流。需考慮佔空比、熱暫停、通道共享和傳輸方向等因素。對於主動系統，輸入電流和接收電流不必相等。
考慮一個 100 Ah 的串聯電池組，其 SOC 偏移量估計為 1%，約等於 1 Ah。在有效校正電流為 0.10 A 時，理想情況下需要 10 小時。在 1.0 A 時，則需要 1 小時。這些只是簡化的估算範例，並非對完整電池組的保證。
對於具有相同百分比偏移的 5 Ah 電池組，校正量僅為 0.05 Ah：在相同假設下，電流為 0.10 A 時，大約需要 30 分鐘。因此，電池容量至關重要。只有當實際硬體依序安排這些校正時，才需要將時間乘以序列計數；同時進行的通道行為有所不同。
4.2 定義公平比較
標準 | 被動平衡 | 主動平衡 |
|---|---|---|
能源目的地 | 移除的能量轉化為熱量 | 一部分在另一個細胞或群組中被回收。 |
目前能力 | 由通道組件和冷卻裝置控制 | 由轉換器和傳輸拓撲設置 |
是時候糾正了。 | 電荷失配除以有效洩放電流 | 高效率的轉運、路線規劃與調度 |
實施 | 通常組件較少，控制更簡單。 | 附加交換、儲存元件和診斷功能 |
大型系列字串 | 如果電荷和熱量預算合適，則可行。 | 在轉移支付帶來的收益足以抵銷增加複雜性的情況下，這種方法很有用。 |
在典型的運作週期內，比較可用容量、充電時長、發熱、睡眠功耗、物料清單成本和服務需求。僅憑所選拓樸結構並不能保證壽命或總成本的固定百分比提升。
第五部分：大批量包裝的選擇與驗證
5.1 先列出要求
明確串聯和並聯配置、電池組容量、化學成分、預期漂移、充電曲線以及可用的均衡視窗。同時，需考慮模組間的差異：能夠均衡模組內部電池的系統可能無法校正模組間的不平衡。
當預期漂移較小且有足夠的時間在熱預算範圍內進行校正時，被動平衡是一個合理的選擇，包括高循環次數或高串聯次數的系統。當被動校正不足或回收的能量具有可衡量的運作價值時，則值得評估主動平衡。僅以長循環壽命為目標並不足以強制要求採取主動平衡。
安全要求取決於設備及其風險分析。汽車和工業功能安全框架均未強制要求使用主動平衡。兩種方法都需要針對分配的安全功能進行適當的診斷和故障隔離。
5.2 測試正常運作和故障
注入已知的電荷偏移量，並驗證在工作溫度和 SOC 範圍內的收斂性。
根據實際外殼和計劃，測量通道電流、總熱量和校正時間。
在平衡過程中以及規定的穩定期後，檢查電壓準確性。
測試卡住或斷開的通道、偵測線故障、通訊遺失和控制器重設。
對於主動硬件，評估意外傳輸、轉換器故障和相關的隔離邊界。
驗證老化電池的睡眠電流、儲存行為和重複操作效能。
對於全新匹配的電池，均衡器可能效果顯著；但對於老化程度不均的電池，均衡器的表現可能會有所不同。應持續監測均衡需求和服務閾值。出現異常漏電或容量下降的電池需要診斷，並可能需要更換，而不是無限制地進行均衡。
開發時 客製化鋰電池組盡早就可衡量的均衡要求達成一致。將電池管理系統硬體選擇與以下方面結合： 驗證和測試計劃 涵蓋電氣、熱學和故障行為。
常見問題
容量大於 14S 的電池組是否需要主動均衡？
不。串聯數量會影響架構，但沒有通用的 14S 截止值。需要根據組容量、預期失配、平衡時間和散熱限制來計算所需的校正電流。
電壓差能否預測平衡時間？
並非如此。電壓也取決於負載、溫度和電阻。利用已表徵的電池特性估算電荷失配，然後考慮有效電流和通道調度。
被動均衡技術能否支援長壽命磷酸鋰電池組？
是的，如果它能在可用時間範圍內糾正預期的不平衡。設定特定化學成分的啟用條件，並考慮平坦的電壓曲線。驗證老化電池和新電池的效能。
主動平衡功能能否修復脆弱的細胞？
不。它可以提高電池組內的電荷利用率，但無法恢復損失的容量、修復內部缺陷或改善連接不良。持續的不平衡現象需要調查。
平衡功能可以取代過電壓保護嗎？
不。保護機制必須獨立執行各個電池單元的限制。即使均衡功能處於啟動狀態，也可能需要降低或停止充電。
