1、锂离子电池均衡的必要性
　　
　　在串联的电池系统中,不论是充电还是放电,电池单元的工作电流都是相同的。但是由于电池个体之间内部特性差异、工作温度和循环使用次数的不同,表现出来的电池行为也会有所区别。一般来说,电池行为出现差异的主要原因有两种:一是内部阻抗的改变,二是由于电池老化而造成的容量减少。不管是由于哪种原因,出现行为差异的电池在电池组充电的过程中,发生过充现象的可能性是最大的。容量减小或者内部阻抗变大的电池在充放电过程中,电压变化会比正常的电池更明显。放电时,它的电压下降比其他单体电池更快;而充电时,电压上升也是最快的。
　　
　　在充放电过程中,锂离子电池组中各单体电池之间存在不一致性,连续的充放电循环导致的差异,将使某些单体电池的容量加速衰减,串联电池组的容量由容量最小的单体电池决定,因此这些差异将使电池组的使用寿命缩短。
　　
　　通常把因单体电池的性能差异而导致的电池组性能降低的现象称为“电池匹配失衡”。电池匹配失衡主要表现在两个方面:电池荷电状态失衡和电池容量或能量的失衡。采用电池均衡处理技术便可解决以上两种失衡问题,从而改进串联电池组的电性能。电池荷电状态失衡需在电池组初次充、放电时进行均衡调整,此后只需在充电期间进行均衡即可,而容量或能量失衡则必须在充、放电过程中都要进行均衡调整。
　　
　　2、锂离子电池的均衡方法
　　
　　目前锂离子电池组均衡控制的方法,根据均衡过程中电路对能量的消耗情况,可分为能量耗散型和能量非耗散型两大类。能量耗散型是将多余的能量全部以热量的方式消耗,非耗散型是将多余的能量转移或者转换到其它电池中,由于转换效率一般都在85%～95%之间,因此这种方式也会消耗5%～15%的能量。[NT:PAGE=锂离子电池的均衡控制综述$]
　　
　　(1)能量耗散型
　　
　　能量耗散型是通过单体电池的并联电阻进行充电分流从而实现均衡,这种电路结构简单,只需将容量高的单体电池的能量消耗,均衡过程一般在充电过程中完成,对容量低的单体电池不能补充电量,存在能量浪费和热管理的问题。
　　
　　能量耗散型一般可分为两种类型,一是恒定分流电阻均衡充电电路,即每只单体电池都始终并联一个分流电阻,如图1所示。这种电路的优点是可靠性高,缺点是无论电池处于充电还是放电过程,分流电阻始终消耗功率,因此一般应用在能量充足、可靠性要求高的场合,如卫星电源等。二是开关控制分流电阻均衡充电电路,如图2所示,分流电阻通过开关控制,在充电过程中当单体电池电压达到截止电压时开始均衡,有最大单体电池充电电压和电池组平均电压两种控制策略。这种均衡电路工作在充电期间,特点是可以对充电时单体电池电压偏高者进行分流,缺点是由于均衡时间的限制,导致分流时产生的大量热需要管理,尤其在容量比较大的电池组中。

　　
　　(2)能量非耗散型
　　
　　能量非耗散型电路的耗能比能量耗散型要小,但电路结构相对复杂,可分为能量转换式均衡和能量转移式均衡两种。[NT:PAGE=锂离子电池的均衡控制综述$]
　　
　　能量转换式均衡是通过开关信号，将锂离子电池组整体能量向单体电池进行补充，或者将单体电池能量向整体电池组进行能量转换。其中单体电压向整体电压转换，一般都是在电池组充电过程中进行,电路如图3所示。该电路是通过检测各个单体电池的电压值，当单体电池电压达到一定值时，均衡模块开始工作。把单体电池中的充电电流进行分流从而降低充电电压，分出的电流经模块转换把能量反馈回充电总线，达到均衡的目的。

　　
　　电池组整体能量向单体转换,一般根据均衡发生的过程不同分为两种,一种是发生在充电过程中,电路如图4所示,这种方式也称为补充式均衡,即在充电过程中首先通过主充电模块对电池组进行充电,电压检测电路对每个单体电池进行监控。均衡模块中的充电电压经过一个独立的DC/DC变换器对电池组主充电,均衡模块中充电电压经过一个独立的AC/DC变换器和一个同轴线圈变压器,给每个单体电池上增加相同的次级绕组。这样,单体电压高的电池从辅助充电电路上得到的能量少,而单体电压低的电池得到的能量多,从而达到均衡的目的。这种均衡方式在于次级绕组的一致性,但很难控制,而且同轴线圈也存在一定的能量耗散,而且这种方式的均衡只有充电均衡,对于放电状态的不均衡无作用。
　　
　　能量转移式均衡是利用电感或电容等储能元件,把锂离子电池组中容量高的单体电池,通过储能元件转移到容量比较低的电池上,如图5所示。该电路是通过切换电容开关传递相邻电池间的能量,将电荷从电压高的电池传送到电压低的电池,从而达到均衡的目的。另外也可以通过电感储能的方式,在相邻电池间进行双向能量传递。此电路的能量损耗很小,但是均衡过程中必须有多次传输,均衡时间长,不适于多串的电池组。改进的电容开关均衡方式,将电压高的单体电池的能量直接转移到电压低的单体电池上,而不用通过整个电池组依次转移,使均衡效率提高。
　　
　　3、锂离子电池均衡电路的发展趋势

　　锂离子电池组在不同领域的产业化,对均衡电路的要求也越来越高,今后的发展趋势如下:
　　
　　(1)不论是能量耗散型均衡电路还是非耗散型均衡电路,都朝着尽可能减小能量消耗的目标出发。目前各种方法,能耗最小的约为转换能量的15%左右,减小能量消耗,不仅可以节约能源,还可以减少发热量。[NT:PAGE=锂离子电池的均衡控制综述$]
　　
　　(2)在实际应用中,从生产厂家的角度出发,希望应用到设备中的均衡电路的体积小,电路尽可能的简单化,降低成本。目前均衡电路在管理系统中的体积占到一半以上,如何减少均衡电路的体积和成本成为了研究的重点。
　　
　　(3)均衡电路的设计适用性强,可以对不同串数的电池组进行均衡。由于使用中根据实际需求,需要将电池组进行不同串并联组合,因此均衡电路的可级联性将成为很重要的因素。
　　
　　(4)另外,均衡电路也朝着快速、高效的方向发展,希望均衡时间尽可能的短。实际应用中,均衡时间和电路的体积需要合理的分配。
　　
　　(5)根据电压和容量的均衡方式进行结合。

　　
　　责任编辑：余芯
　　
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