【BMS-AFE-被动均衡】

AFE均衡技术详解（二）：被动均衡原理、电路、散热与局限

一、引言

被动均衡是电池均衡里最简单、最成熟、成本最低 的方案，也是绝大多数 AFE 芯片内置的均衡方式。它的原理可以用一句话概括：给电压偏高的电芯并联电阻，把多余能量以热量形式耗散掉。

本文讲解被动均衡的电路原理、两种实现方式、关键参数计算、散热设计和局限。

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在实际开发过程中，我们通常均衡和采样不同时触发，因为均衡会对电压造成干扰，造成电压漂移，出现误判。

二、电路原理

2.1 基本拓扑

给每节电芯并联一个"开关 + 电阻"支路：

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         ┌────[开关 S]────[均衡电阻 R]────┐
         │                                │
电芯+ ───┼──────────────────────────────┼─── 电芯+
         │                               │
       电芯                              电芯
         │                               │
电芯- ───┴──────────────────────────────┴─── 电芯-

工作流程：

检测到某节电芯电压偏高
闭合该电芯的均衡开关 S
均衡电流流过电阻 R，电芯放电 → 电压下降
电压对齐后断开开关 S

本质：高电压电芯 → 开关 → 电阻 → 热量。多余能量被白白消耗，这是被动均衡的代价。

2.2 能量流向

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高电压电芯 ──► 开关导通 ──► 电阻发热 ──► 热量耗散

只降不升：只能让高电压电芯放电，不能给低电压电芯补电。

三、两种电路实现方式

方式 1：AFE 内置均衡开关（最常见）

大多数 AFE 芯片（LTC6811、MC33771C、SH367309 等）内置均衡 MOSFET，只需外接均衡电阻：

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           AFE 芯片内部
        ┌────────────────────┐
电芯N+──┤── 内部均衡MOSFET ──├── 均衡引脚 ──► 外接电阻 R ──► 电芯N+
        │   （寄存器控制）    │
        └────────────────────┘

优点：电路极简，BOM 成本低
局限：均衡电流受内部 MOS 限制（通常 50~300mA）

方式 2：外置 MOSFET 扩展（大电流）

需要更大均衡电流时，用外置 MOSFET 扩展（如 ADBMS6830 需外扩）：

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           AFE 芯片
        ┌──────────────┐
电芯N+──┤── 驱动引脚 ───┼──► 外置MOSFET ──► R ──► 电芯N+
        └──────────────┘

优点：均衡电流可做到 1A 以上
代价：增加 MOSFET、驱动、散热设计，成本上升

各 AFE 均衡能力速查

AFE	内置均衡电流	是否需外扩
ADI LTC6811	~60mA	否
ADI ADBMS6830	驱动信号	需外扩MOS
TI BQ79616	~50mA	否
NXP MC33771C	300mA	否
中颖 SH367309	内置平衡开关	否

四、关键参数计算

4.1 均衡电流

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I_bal = V_cell / R_bal

均衡电阻 R	3.0V	3.3V	3.6V
10Ω	300mA	330mA	360mA
22Ω	136mA	150mA	164mA
33Ω	91mA	100mA	109mA
51Ω	59mA	65mA	71mA

电阻越小电流越大、均衡越快，但发热越大。

4.2 均衡功率（发热）

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P = I_bal² × R = V_cell × I_bal

均衡电流	3.3V 时功率	发热感受
50mA	0.165W	微热
100mA	0.33W	温
200mA	0.66W	烫
300mA	0.99W	很烫，需散热

4.3 均衡时间

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均衡时间 ≈ 需耗散的电量 / 均衡电流

例：两节 100Ah 电芯压差 50mV，200mA 均衡：

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多出电量 ≈ 100Ah × 0.05V / 3.2V ≈ 1.56Ah
均衡时间 ≈ 1.56Ah / 0.2A ≈ 7.8 小时

注意：被动均衡很慢！容量越大、压差越大，均衡时间越长，这是它在大容量储能中的局限。

五、散热设计（核心难点）

被动均衡把能量变热，散热决定能跑多大电流。

5.1 热量估算

假设 16 节电池中 8 节同时均衡，每节 300mA：

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总热量 = 8 × 0.3A × 3.3V ≈ 7.9W

这 8W 集中在 BMS 电路板上，必须散掉。

5.2 散热设计要点

设计项	建议
均衡电阻封装	≥0805，建议 2512 功率电阻（承受 0.5~2W）
PCB 铺铜	电阻下方和周边铺铜散热
过孔阵列	铺铜区加散热过孔，连通各层
电阻间距	相邻电阻留足间距，避免热量叠加
远离电芯	均衡电阻远离电池本体，防热传导
温度监控	均衡电路附近放温度传感器，过温暂停

5.3 散热不足的后果

局部过热 → 影响周围电池温度 → 干扰温度采集和热管理
高温下电阻漂移 → 均衡电流变化 → 均衡不准
严重时烧板、安全隐患

工程红线：被动均衡的持续电流必须与散热能力匹配，宁可降低电流也不要让局部温度失控。
【图片位置3：均衡散热设计示意图（铺铜+过孔）】

六、局限

局限	说明	影响
能量浪费	多余能量全变热	充电效率下降 1~3%
速度慢	电流小（50~300mA）	大容量均衡需数小时
散热瓶颈	电流受散热限制	无法高电流均衡
只降不升	只能高电压放电	不能给低电压补电
发热问题	局部热点干扰热管理	有安全隐患

适用边界：

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容量 < 50Ah    → 完全够用（消费电子、两轮车、小储能）
容量 50~200Ah  → 可用，需加强散热（中小储能）
容量 > 200Ah   → 速度跟不上，建议主动均衡（大储能、动力）

七、总结

被动均衡是最简单、最可靠、成本最低的均衡方案，但受限于能量耗散和散热，只适合中小容量电池。

核心要点：

原理：高电压电芯通过电阻放电，能量变热耗散
电路：AFE 内置开关 + 外接电阻即可，大电流需外扩 MOSFET
电流：I = V/R，10Ω~100Ω 对应 30~360mA
散热是关键：P = I²R，大电流必须做好 PCB 散热
局限：能量浪费、速度慢、只降不升、大容量跟不上

被动均衡理解透了，下一篇讲主动均衡（能量转移），两者对比起来看，均衡技术就完整了。

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本文：AFE均衡技术详解（二）：被动均衡原理、电路、散热与局限
下篇预告：主动均衡详解（电容/电感/变压器拓扑）