我們時(shí)長(zhǎng)會(huì)聽(tīng)到這樣的言論，日本電池好，國(guó)內(nèi)電池差一些。這里所指重要一點(diǎn)，是電池單體之間的一致性，對(duì)于車(chē)輛續(xù)航，容量是最直接最重要的參數(shù)，因此一致性就主要的指向了容量。容量是個(gè)不能短時(shí)間直接測(cè)量得到的參數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，人們發(fā)現(xiàn)，單體電芯容量跟它的開(kāi)路電壓有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。因此，考察已經(jīng)裝車(chē)運(yùn)營(yíng)的系統(tǒng)中電池一致性的眼光最終落在電芯電壓上。

單體電壓是直接測(cè)量值，可以實(shí)時(shí)在線測(cè)量，這都使它成為衡量系統(tǒng)電芯一致性水平的有利條件。不單如此，常見(jiàn)BMS管理策略中，把單體電壓值作為觸發(fā)條件的情況還有放電終止條件，充電終止條件等等。處于這樣位置的一個(gè)參數(shù)，單體電壓一致性差異過(guò)大，則直接限制了電池包充電電量和放電電量。基于此，人們用電池均衡方法解決已經(jīng)處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)的電池組單體電壓差異過(guò)大問(wèn)題，來(lái)提高電池組容量。從而也就可以做出，均衡手段延長(zhǎng)了續(xù)航里程，延長(zhǎng)了電池使用壽命之類的推論。文獻(xiàn)中的一幅圖很形象的說(shuō)明了主動(dòng)均衡的原理。從這里可以看出，我們的均衡并非很理想，只是暫時(shí)沒(méi)有更好的辦法。

我們通常把能量消耗型均衡叫做被動(dòng)均衡，而把其他均衡稱為主動(dòng)均衡。而對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行人為干預(yù)的，雖然經(jīng)常不被理論討論，但在實(shí)際應(yīng)用中卻不可或缺的，單體充電均衡，就是人工單獨(dú)給電壓過(guò)低電芯充電的解決不一致問(wèn)題的方式。主動(dòng)均衡的具體實(shí)施方案有很多種，從理念上可以再分成削高填低型和并聯(lián)均衡型兩大類。通常被質(zhì)疑主動(dòng)均衡影響電池壽命的，特指削高填低這類主動(dòng)均衡。匯總幾種典型主動(dòng)均衡電路在下面。

削高填低，就是把已經(jīng)電壓高的電芯的能量轉(zhuǎn)移一部分出來(lái)，給電壓低的電芯，從而推遲最低單體電壓觸及放電。截止閾值和最高單體電壓觸及充電終止閾值的時(shí)間，獲得系統(tǒng)提升充入電量和放出電量的效果。但是在這個(gè)過(guò)程中，高電壓?jiǎn)误w和低電壓?jiǎn)误w都額外的進(jìn)行了充放。我們都知道，電池的壽命被稱為“循環(huán)壽命”，僅僅就這顆電芯來(lái)說(shuō)，額外的充放負(fù)擔(dān)會(huì)帶來(lái)壽命的消耗是一個(gè)確定的事，但對(duì)電池包系統(tǒng)而言，總體上是延長(zhǎng)了系統(tǒng)壽命還是降低了系統(tǒng)壽命，目前還沒(méi)有看到明確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)予以證明。

削高填低的均衡，包括電容式均衡，電感式均衡，變壓器式均衡，此三種均衡方式包括充電過(guò)程中的均衡以及靜置過(guò)程的均衡。另外還有一種主動(dòng)均衡，叫做并聯(lián)式均衡，它只在充電過(guò)程中發(fā)揮作用。也有人認(rèn)為應(yīng)該在車(chē)輛運(yùn)行中，和放電過(guò)程的末尾加入均衡，但一般認(rèn)為系統(tǒng)電流值的波動(dòng)比較大，如果依然以單體電壓為依據(jù)進(jìn)行均衡，則很可能出現(xiàn)誤判，影響均衡效果。當(dāng)然，隨著技術(shù)的發(fā)展，能夠通過(guò)其他手段直接對(duì)SOC進(jìn)行準(zhǔn)確的推算，則根據(jù)SOC進(jìn)行的均衡，將不會(huì)再受到這個(gè)問(wèn)題的困擾。

電容式均衡

設(shè)B1，B3電池單體分別為組內(nèi)電壓最高、最低單體。圖中所有開(kāi)關(guān)管為常開(kāi)，當(dāng)均衡器發(fā)出均衡指令時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管S1、Q2閉合，此時(shí)單體電池B1給電容充電，控制功率開(kāi)關(guān)管的占空比控制充電功率和時(shí)間，充電結(jié)束后，開(kāi)關(guān)管S3、Q4閉合，電容給單體電池B3充電，此時(shí)電池組內(nèi)不均衡度降低，均衡結(jié)束。

電感式均衡

充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)管S閉合，充電機(jī)給電池組充電。此時(shí)電池組右側(cè)開(kāi)關(guān)管全部斷開(kāi)，均衡系統(tǒng)不開(kāi)啟。設(shè)單體電池B1電壓開(kāi)始明顯高于其他電池并達(dá)到均衡閾值時(shí)，此時(shí)均衡系統(tǒng)開(kāi)啟，S1、Q2開(kāi)關(guān)管閉合，電感與單體電池B1并聯(lián)，起到分流的作用，電感儲(chǔ)存來(lái)自充電機(jī)與電池B1的能量；當(dāng)S1、Q2開(kāi)關(guān)管置0，Q3、S4開(kāi)關(guān)管置1時(shí)，電感給充電過(guò)程的單體電池B3釋放一定能量。

靜置過(guò)程中，開(kāi)關(guān)管S斷開(kāi)，當(dāng)單體電池B1電壓高于其他電池并達(dá)到均衡閾值時(shí)，均衡系統(tǒng)開(kāi)啟，S1、Q2開(kāi)關(guān)管閉合，電感與單體電池B1并聯(lián)，電感吸收B1能量；當(dāng)S1、Q2開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)，Q3、S4開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)，電感給單體電池B3釋放電量。

變壓器式均衡

基于反激式均衡變壓器進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)，即變壓器既作為吸收能量源又作為釋放能量源，吸收與釋放能量的轉(zhuǎn)換在于能量在磁能與電能之間的轉(zhuǎn)換。

同樣，設(shè)單體電池B1電壓最高，將S1、Q2置1，其他開(kāi)關(guān)管置0，此時(shí)變壓器作為吸收能量源，能量由B1電池給的電能轉(zhuǎn)換為磁能；S1、Q2置0，Q1、S2置1，能量由初級(jí)繞組傳遞給次級(jí)繞組，能量釋放給單體電池B3，能量由磁能重新轉(zhuǎn)換為電能。

并聯(lián)均衡

理想的均衡方式是所有電池能量及端電壓相同，并聯(lián)電池組內(nèi)單體電池電壓始終相等，因?yàn)楹瓦B通器原理一樣，兩邊水柱永遠(yuǎn)水平，并聯(lián)電池也先天性的單體電壓高的自發(fā)給單體電壓低的電池充電。但串聯(lián)電池組內(nèi)想要應(yīng)用此原理，就需要稍微改變?cè)姵亟M拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

如下圖所示的并聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每節(jié)單體電池都有一個(gè)單刀雙擲的開(kāi)關(guān)繼電器，所以n節(jié)串聯(lián)電池組內(nèi)需要n+1個(gè)繼電器。

控制原理如下：設(shè)電池組內(nèi)B4電壓最高，B2電壓最低，控制繼電器S5、S3、Q4、Q2閉合，此時(shí)兩節(jié)單體電池并聯(lián)，兩單體電池自動(dòng)均衡，電壓趨于一致。該拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是充電過(guò)程中不能進(jìn)行均衡，只能靜置去極化時(shí)候進(jìn)行并聯(lián)均衡。

并聯(lián)均衡也是有多種實(shí)現(xiàn)形式的，除了上面這種，還看到了下圖中所示方案：

并聯(lián)均衡，總體上就是在充電過(guò)程中，分流充電電流，給電壓低的電芯多充電，而電壓高的少充電。于是，不必出現(xiàn)“劫富濟(jì)貧”的過(guò)程，避免了最高和最低電壓電芯的額外充放電負(fù)擔(dān)，也就不用懷疑均衡過(guò)程對(duì)個(gè)別電芯壽命的影響拖累系統(tǒng)壽命的問(wèn)題。

模組之間的均衡

這種形式在實(shí)際應(yīng)用中很少見(jiàn)，但芯片供應(yīng)商提供的方案藍(lán)本中已經(jīng)出現(xiàn)了相鄰模組可以相互均衡的功能。一種原理圖如下。

幾種均衡方式的比較

主動(dòng)均衡的選擇

有業(yè)內(nèi)認(rèn)識(shí)根據(jù)自己的工程經(jīng)驗(yàn)總結(jié)了一套選擇均衡方式的方法：

1）對(duì)于10AH以內(nèi)的電池組，采用能量消耗型可能是比較好的選擇，控制簡(jiǎn)單。

2）對(duì)于幾十AH的電池組來(lái)說(shuō)，采用一拖多的反激變壓器，結(jié)合電池采樣部分來(lái)做電池均衡應(yīng)該是可行的。

3）對(duì)于上百AH的電池組來(lái)說(shuō)，可能采用獨(dú)立的充電模塊會(huì)好一些，因?yàn)樯习貯H的電池，均衡電流都在10多A左右，如果串聯(lián)節(jié)數(shù)再多一些，均衡功率都很大，引線到電池外，采用外部DC-DC或AC-DC均衡也許更安全。

本文由“動(dòng)力電池技術(shù)”整理自劉秀崗文章“動(dòng)力電池組充電過(guò)程中主動(dòng)均衡策略研究”，邱實(shí)文章“磷酸鐵鋰動(dòng)力電池組主動(dòng)均衡系統(tǒng)的研究”呂文強(qiáng)文章“動(dòng)力電池組均衡充電協(xié)調(diào)控制策略研究”電動(dòng)汽車(chē)資源網(wǎng)，新電子TomanMicro-Electronics，其余圖片來(lái)自互聯(lián)網(wǎng)公開(kāi)資料。只做學(xué)習(xí)交流之用，轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)注明出處。