鋰電池被動平衡與主動平衡的解釋

2025 年 6 月 19 日

潘李博士

湖北大學理學博士，中南大學材料科學與工程博士後。長期從事高性能電極材料、防爆電池、低溫電池等領域的研究，具備紮實的科學研究基礎和豐富的實務經驗。

電池平衡方法在確保鋰電池最佳性能和延長使用壽命方面發揮著至關重要的作用。在比較鋰電池的被動平衡和主動平衡時，需要注意的是，被動平衡會將過充電池的多餘能量以熱量的形式耗散，而主動平衡則會將這些能量重新分配給充電不足的電池，從而提高整體效率。您將受益於充電狀態差異的減少和電池性能下降的最小化，尤其是在大型電池系統中。

主動平衡可提高能源效率並延長電池壽命，使其成為大容量應用的理想選擇。
被動平衡適合低功率系統，但它會將多餘的能量轉化為熱量，犧牲效率。

了解這些方法，特別是鋰電池中被動平衡與主動平衡之間的差異，有助於您根據鋰電池需求選擇正確的方法，無論是工業系統 or 消費類電子產品.

關鍵要點

主動平衡功能可在電池單元之間轉移能量。它可以提高效率並延長電池壽命。此方法最適合大型電池。
被動平衡更簡單、更便宜。它將多餘的能量以熱量的形式釋放出來，因此更適合小型系統。
根據您的需求選擇合適的方法。考慮成本、效率以及效果。

第一部分：理解被動平衡

1.1 被動平衡的工作原理

被動平衡是鋰電池組中最直接的電池平衡方法之一。其工作原理是將過充電池單元的多餘能量透過電阻器以熱量的形式散發出去。此過程可確保電池組內所有電池單元達到均勻的電壓水平，從而防止過充和充電不足的問題。

1.2 被動平衡的優點

被動電池平衡具有多種優勢，特別是對於成本敏感的應用。

簡約：電路設計簡單，只需要電阻器和開關等最少的元件。
成本低：由於其簡單性，該方法非常經濟，非常適合小型鋰電池系統。
可靠性：組件越少，系統發生故障的可能性就越小，從而確保可靠運作。

這些優勢使得被動平衡成為低功耗系統的首選，例如消費類電子產品和基本的工業工具.

1.3 被動平衡的缺點

儘管被動電池平衡很簡單，但它也有明顯的缺點。

能源效率低下：此方法將能源轉化為熱量，從而浪費能源，降低了整體效率。
熱管理挑戰：平衡過程中產生的熱量會對電池管理系統（BMS）帶來壓力，尤其是在高容量鋰離子電池組中。
平衡速度較慢：該過程依賴電阻器，與主動平衡方法相比，電阻器以較慢的速度釋放能量。

這些限制使得被動平衡不太適合需要高能源效率或快速平衡的應用，例如電動車或大規模儲能係統。

尖端如果您的應用程式優先考慮成本而非效率，被動平衡可能是您的正確選擇。如需根據您的需求客製化解決方案，請探索我們的客製化電池解決方案.

第二部分：探索主動平衡

2.1 主動平衡的工作原理

主動均衡（也稱為主動電池平衡）會在鋰電池組中的電池單元之間重新分配能量，以實現均勻的電壓等級。與將多餘能量以熱量形式耗散的被動方法不同，主動均衡會將過充電池單元中的多餘能量轉移到充電不足的電池單元。此過程依靠先進的電路（例如電容器、電感器或DC-DC轉換器）來高效地促進能量傳輸。

模擬研究凸顯了主動平衡在現代鋰電池配置中的有效性。例如，雙層MI-ACB電路在模擬中實現了54秒的平衡時間，在硬體在環 (HIL) 測試中實現了65秒的平衡時間，效率高達99.974%。單層MI-ACB電路的平衡時間略長，但效率更高，達99.993%。這些結果凸顯了主動平衡系統的精確度和速度。

電路類型	平衡時間（秒）	效率（％）
2層MI-ACB	54（模擬），65（HIL）	99.974
單層MI-ACB	108（模擬），110（HIL）	99.993

2.2 主動平衡的優勢

主動電池平衡具有多種操作優勢，可提高鋰電池系統的效能：

能源利用率高：透過轉移能量而不是浪費能量，主動平衡可最大限度地提高能源效率。
平衡速度快：先進的電路可實現快速的能量重新分配，確保更快的反應時間。
提高電池效能：此方法可最大限度地減少充電狀態 (SOC) 的差異，並延長電池組的使用壽命。

下表總結了關鍵績效指標：

績效指標	產品說明
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反應能力。
整體表現	可提高電池組的整體效能。

這些優勢使主動平衡成為電動車和儲能係統等大容量應用的理想選擇。

2.3 主動平衡的缺點

儘管主動平衡有其優點，但它也有一些缺點需要考慮：

實施難度：電路的複雜性使其更難整合到電池管理系統中。
更高的零件成本：DC-DC轉換器和電感器等先進組件會增加整體成本。
效率損失：雖然能量傳輸效率很高，但在多個電池之間重新分配時可能會發生輕微的損失。

壞處	產品說明
實施難度	主動平衡比被動方法更難實現。
元件成本	需要顯著更高的組件成本。
效率損失	跨多個電池的能量傳輸可能會導致效率損失。

如果您的應用需要高能源效率和長期性能，主動平衡值得投資。如需客製化解決方案，請探索我們的客製化電池解決方案.

第 3 部分：鋰電池中的被動平衡與主動平衡

3.1 效率與能源利用

效率在確定電池平衡方法的適用性方面起著關鍵作用鋰離子電池組被動電池平衡會將多餘的能量以熱量的形式耗散，導致平衡過程中出現永久性的能量損失。相較之下，主動電池平衡會在電池之間重新分配能量，確保較高的能量利用率，並將浪費降至最低。

平衡方法	效率指標	特徵：
被動電池平衡	平衡過程中的永久性能量損失	成本低，易於實現，適合低功耗應用。
主動電池平衡	平衡速度快，效率高	適用於高功率應用，需要複雜的控制系統。

主動平衡BMS系統在儲能應用中表現出色，因為這些應用的效率直接影響電池組的整體壽命。被動平衡BMS系統雖然更簡單，但更適合成本優先於能量優化的場景。

尖端：對於家庭儲能係統或電動車等大容量系統，主動平衡可確保最佳性能並延長電池壽命。

3.2 成本和複雜性

成本和複雜性通常決定了在被動平衡和主動平衡方法之間做出選擇。被動平衡依賴電阻等簡單元件，因此經濟高效且易於實現。然而，主動平衡需要反激式變壓器、開關電容器和 DC-DC 轉換器等高階元件，這會增加成本和系統複雜性。

被動電池平衡：
- 基於洩漏電阻的設計成本低廉但速度慢。
- 非常適合消費性電子產品等低成本應用。
主動電池平衡：
- 開關電容器設計可在大約 500 秒內實現平衡。
- 多繞組反激系統在 2 秒內達到 1,800% 的 SOC 差異。
- 適用於工業儲能係統等高性能應用。

主動平衡BMS系統需要複雜的控制演算法，這使得它們更難整合到電池管理系統中。然而，其卓越的性能使其在關鍵應用中值得投資。

3.3 鋰電池組的應用適用性

被動平衡和主動平衡之間的選擇取決於具體的應用需求。被動平衡非常適合電池電壓不平衡較小的小型系統，例如消費性電子產品和基本工業工具。而主動平衡更適合用於儲能的高容量鋰離子電池組，機器人以及醫療器械.

應用類型	推薦的平衡方法	原因
消費類電子產品	被動平衡	成本低且簡單。
工業系統	主動平衡	效率高，平衡速度快。
能源儲備	主動平衡	最大限度地提高能源利用率並延長電池壽命。
醫療器械	主動平衡	確保可靠性和最佳性能。

對於需要精確度和長期可靠性的應用，主動電池平衡可提供最佳效果。

3.4 維護和長期性能

維護和長期性能是平衡鋰離子電池的關鍵因素。被動平衡系統在運作過程中會產生熱量，這會對電池管理系統造成負擔，並縮短電池組的整體壽命。主動平衡透過有效地重新分配能量來最大限度地降低熱應力，從而延長電池壽命。

主動平衡BMS系統還能減少充電狀態差異，防止過度充電和充電不足。這提高了鋰離子電池組的耐用性，尤其是在基礎設施和安全系統等嚴格要求的應用中。

備註：投資主動平衡可確保降低維護成本並提高長期性能，特別是對於高價值應用。

3.5 選擇正確的電池平衡方法

選擇合適的電池平衡方法需要評估成本、效率、應用適用性和長期性能等因素。被動平衡非常適合成本敏感且能耗較低的應用，而主動平衡則更適合需要最佳性能和更長電池壽命的高容量系統。

屬性	產品說明
均衡率	與被動方法相比，主動平衡可以實現更快的均衡。
平衡效率	主動平衡可最大限度提高能源利用率，減少浪費。
控制複雜性	被動平衡提供簡單性，而主動平衡需要先進的控制系統。
價格	被動平衡更實惠；主動平衡需要更高的初始投資。
應用類型	被動平衡適合低功率系統；主動平衡在高容量應用中表現出色。
電路設計	主動平衡需要複雜的設計；被動平衡依賴於基本元件。

行動呼籲：如需滿足您特定需求的客製化解決方案，請諮詢我們的客製化電池解決方案.

選擇被動平衡還是主動平衡取決於您的應用需求。被動平衡適用於低功耗系統，例如消費類電子產品由於其簡單性和成本效益，主動平衡非常適合電動車等高容量應用，可提供卓越的效率和更快的反應時間。

平衡方法	應用適用性	主要差異
主動平衡	高功率應用（例如電動車、家庭儲能係統）	透過在電池之間主動傳輸能量，提供高精度、快速響應並延長電池壽命。
被動平衡	低功耗應用（如電動自行車、二次電池）	更簡單且更具成本效益，但可能無法滿足電動車等高要求應用所需的高精度和高速度。