利用电容搬运电荷来做BMS的均衡

在我的《从0到1完成BMS系统》教程的开始，我们便介绍了BMS系统中的均衡功能，但大部分内容都是穿插着描述的，这里我单独拿出一个章节来讲一讲均衡。锂电池系统需要做均衡，这自不必说了，不过值得注意的是，如果我们使用出厂一致性和质量更好的电芯，很多场景下，均衡并不是必须的。我们一定要使用均衡功能的大多数场景是因为使用了比较差的电芯，或者梯次利用的电芯。在之前的文章中我们介绍过，电池的均衡大体上分为两个大类，主动均衡和被动均衡，总结起来就是说，主动均衡是从富裕的电芯中转移能量到穷困的电芯中。而被动均衡就是直接把富裕电芯中的能量浪费掉，从而达到平衡。那么众所周知，劫富济贫是更具有价值的。

被动均衡

被动均衡也就是直接将能量以热的形式给浪费掉，通常我们会使用MOS管作为开关，引导电流流过一个电阻将能量消耗掉。无论是AFE内部内置的均衡电路，还是在此基础上扩展出外部MOS和电阻进行均衡，本质都是把富裕的电量浪费掉。这样一来，一定会出现一定的热量以及产生这些热量的元件，如果想要比较大的均衡电流，那必然是一个傻大黑粗的物件。

主动均衡

主动均衡可以玩的花样就很多，尤其是最后一种，真的让我耳目一新的感觉。首先我们说最简单的主动均衡。

电感电源式

主动均衡的需求是将能量高电芯中的电量转移到电量低的电芯中，简化的描述就是把多出来的电量给低电量电芯单独充，用什么充电呢？DCDC吧，没错，就是用我们最常见的电源拓扑，既可以控制充电电压，又可以限制充电电流。当然，我们的pack电池包有多少串，我们就得准备多少路这样的DCDC挂接在母线上，以便BMS系统随时可以单独为低电量电芯补电，所以板子元器件的规模也是十分可观的。

看到这么多电感，二极管以及一个一个的DCDC是不是非常的心疼，咱们来看一个简单点的方案，我们把问题简单化，不去管他的充电电流是多少，我只需要保证每个电芯的电压相同就好了。

变压器式

我们把变压器的原理拉过来应用一下，母线上通过控制器震荡驱动初级线圈，然后我们绕制上去N（N就是串数）个小的次级线圈，计算好匝比，后面加一个半波整流电路就能够获得N个小的稳压源了。

这样的板子看起来要简单许多，至少消灭了很多dcdc芯片，让板子的元器件少了一些，故障率也就降低了很多。

如果你觉得不尽兴，可以把变压器改变一下形式，不如像手机充电一样换成线圈，通过磁屏蔽，然后改变一下电流频率，也可以将能量传递到各个小线圈中去，不过这个确实也没啥用。从上面的图中可以看得出来，这个变压器的体积还是过于庞大了，尤其是需要大电流均衡的情况下，变压器作为能量转换的器件更是无法缩小体积。我们来看一下用电容的方式。

电容搬运

之前我在上面文章中讲过，很多手机快充的充电方式是通过电容先串联接住充电器输出来的高压，然后把电容分开并联在一起，此时等于是平分了原来的高压，由于那么多电容并在一起，因此电流就会上升，这样就实现了手机内部的大功率充电，而且电容本身电荷几乎没有损失，功率管的内阻又和很小，效率贼高。

现在我们把这个方法搬运到锂电池的均衡上面来。

如上面的电路所示，我们使用一些开关将电容可选择的连接到电芯的两端，现在假设我们同时将开关拨到左端，那么C1并联在B1上，C2并联到了B2上，C3并联在了B3上。喝口水后，我们再把所有开关拨到右端，此时B1，B2，B3充满电的C1，C2，C3就又被并接到了B2，B3，B4上面，如此一来是不是电荷就被搬运了，多余的电量一定是不断地再传递，最后达到均衡（喝水快一点，均衡的就会快一些）。

每一串电芯都需要一对开关和一组电容，不过这种的均衡电流还是很大的，压差越大，均衡电流越大。