1、痛点解析：传统 BMS 的均衡难题
在电动汽车（EV）技术飞速发展的今天，电池管理系统（BMS）作为能量管理的核心枢纽，其性能直接决定了电动车的续航能力与电池寿命。然而，传统 BMS 在电池均衡领域存在两大棘手难题：
1.1、能量浪费的被动均衡困局
目前市场上多数 BMS 采用被动均衡技术，通过电阻消耗高荷电状态（SoC）电池的多余能量，这种 “一刀切” 的方式不仅效率低下（能量利用率不足 30%），还会导致电池组整体性能衰退加速。想象一下，当电池组中某节电池 SoC 达到 80%，而其他电池平均 SoC 仅 60% 时，被动均衡只能无奈地将高 SoC 电池的能量白白耗散，造成续航能力的无谓损失。
1.2、相邻均衡的效率瓶颈
传统主动均衡技术虽能实现能量转移，但普遍受限于 “相邻电池均衡” 的架构缺陷。如某 4 节电池组中，Cell A（20% SoC）、Cell B（60% SoC）、Cell C（80% SoC）、Cell D（80% SoC），传统方案需通过 Cell D→C→B→A 的多级转移，历经多次能量转换（效率逐次降低），耗时长达数小时才能实现均衡，严重影响电池管理效率。
图 1. 被动均衡与主动均衡的对比：(a) 均衡前的初始荷电状态 (SoC); (b) 被动均衡后的荷电状态 (SoC); (c) 主动均衡后的荷电状态 (SoC).
2、破局之道：新型 BMS 拓扑结构揭秘
针对上述痛点，葡萄牙米尼奥大学研究团队提出了一种革命性的分布式主动均衡 BMS 拓扑结构，通过三大创新重构电池管理逻辑：
2.1、直流母线架构：打造能量交换 “高速公路”
创新性引入公共直流母线作为能量中转站，每节电池通过双向反激变换器与母线连接（如图 2 所示）。这意味着任意电池均可直接与母线进行能量交互，打破了 “相邻均衡” 的物理限制。例如，高 SoC 电池可直接向辅助电池充电，低 SoC 电池也能从母线获取能量，无需经过中间电池，能量转换效率提升至 84%（传统方案仅 50-60%）。
图2.说明了所提出的BMS（电池管理系统）的拓扑结构，以及采用了主动式电池均衡策略。
2.2、灵活均衡策略：按需定制能量流动
新架构支持多对多均衡模式，可动态选择 n 节高 SoC 电池向 m 节低 SoC 电池转移能量（n、m 为正整数且 n+m≤总电池数）。通过实时监测各电池电压，系统智能判断均衡需求：当某节电池电压超过目标值 1% 时启动放电模式，低于 99% 时启动充电模式，电压在目标值 ±2% 范围内则判定为均衡状态，避免了传统方案的频繁启停损耗。
图3.展示了用在所提出的BMS（电池管理系统）中的双向反激变换器，用于主动电池平衡。
2.3、跨电池组协同：牵引与辅助电池联动
首次实现牵引电池（高压大功率）与辅助电池（低压小功率）的直接能量交互。当辅助电池电量不足时，系统可自动调度牵引电池中高 SoC 的单节电池向其充电，无需额外的隔离型 DC-DC 转换器，简化了电路设计的同时，确保辅助电池始终处于最佳工作状态。
图 4.BMS 分布式拓扑的简化示意图。
3、核心技术：双向反激变换器的 “能量魔法”
作为新架构的核心组件，双向反激变换器通过精妙的电路设计实现高效能量双向流动：
3.1、硬件设计：极简架构下的高性能
采用 Würth Elektronik 的 WE-FLYLT 750313973 变压器，构建含两个 MOSFET 和两个电容的极简电路（如图 5 所示）。初级绕组连接辅助电池（12.8V 铅酸电池），次级绕组并联至单体电池（3.2V 磷酸铁锂电池），通过 1:4 的匝数比实现电压匹配，既保证能量高效传输，又降低了硬件成本与体积。
图5. 反激变压器的绕组排列和引脚分布。
3.2、工作机制：分时复用的能量转移
放电模式（电池→辅助电池）：MOSFET2 导通时，电池能量存储于变压器电感；MOSFET2 关闭时，电感能量通过初级绕组释放至辅助电池，电流波形呈线性上升 - 骤降特征，确保能量无损耗转移。
充电模式（辅助电池→电池）：MOSFET1 导通时，辅助电池向变压器储能；关闭时能量经次级绕组注入目标电池，通过脉宽调制（PWM）精确控制能量转移速率，实现 ±1% 的电压控制精度。
4、实证验证：从仿真到落地的性能突围
4.1、仿真测试：极端场景下的稳定性验证
利用 PSIM 9.1 软件构建仿真模型，模拟 3 节 3.2V/100Ah 磷酸铁锂电池与 12V/45Ah 铅酸电池的协同工作：
效率测试：在 250kHz 开关频率下，能量转换效率达 84%，较传统方案提升 24 个百分点。
均衡速度：4 节电池组从最大 SoC 差 60% 到均衡至 ±2% 范围内，耗时仅 30 分钟，较传统相邻均衡快 4 倍以上。
4.2、原型验证：实验室场景的落地可行性
搭建包含 3 节单体电池的 BMS 原型系统（如图 6 所示），实测结果印证了理论优势：
波形匹配：次级绕组电压与电池电压、初级绕组电压与辅助电池电压的波形吻合度超 95%，验证了能量转移的稳定性。
负载适应性：在 0.1-1A 电流范围内，系统均能稳定工作，满足不同功率场景下的均衡需求。
图6.展示了BMS的实验室原型。它包括主模块、从模块、电池组以及辅助电源。并且展示了实验中使用到的探头。目的是为了验证和评估这个BMS系统的功能和性能。
5、行业价值：重新定义电池管理未来
5.1、技术突破的三大里程碑
架构创新：首个支持跨电池组、多对多均衡的 BMS 拓扑，打破传统方案的物理与逻辑限制。
效率革命：84% 的能量转换效率（未来优化空间超 90%），开启高效能量管理新纪元。
场景拓展：不仅适用于电动车，在储能电站、无人机等领域也具广泛应用潜力，如储能系统可通过该技术实现电池组的动态均衡，延长整体寿命 20% 以上。
5.2、产业落地的现实意义
电动车用户：续航能力提升 15%+，电池寿命延长至 2000 次循环以上，彻底告别 “续航焦虑”。
车企研发：简化 BMS 硬件设计，降低电路复杂度，助力实现更紧凑的电池包布局。
能源网络：推动 “车网互动（V2G）” 技术落地，电动车可通过该 BMS 向电网反向供电，实现能源双向流动。
6、未来展望：从实验室到商业化的最后一公里
尽管当前原型系统已展现卓越性能，大规模商业化仍需突破三大挑战：
成本控制：通过规模化生产降低双向反激变换器成本，目标较传统 BMS 成本增加不超过 15%。
安全冗余：完善绝缘监测与故障保护机制，确保高压环境下的系统可靠性。
标准适配：推动行业标准制定，实现不同品牌电池与 BMS 的兼容性。
结语：开启主动均衡技术的黄金时代
当电动车续航突破不再依赖电池容量的简单堆砌，当电池寿命管理从 “被动修复” 走向 “主动预防”，这项看似聚焦于电池均衡的技术创新，实则撬动了整个电动车能源管理体系的变革。从能量浪费到高效复用，从相邻受限到任意互联，新 BMS 拓扑结构不仅是一次技术迭代，更是一次管理理念的颠覆。
互动话题：你认为主动均衡技术对电动车续航提升的实际意义有多大？在电池技术发展中，你更关注能量密度提升还是管理效率优化？欢迎在评论区分享你的观点！
全部评论 （0）