一、均衡充電定義及均衡的必要性

1.均衡充電的定義：

均衡充電簡(jiǎn)稱均充，是均衡電池特性的充電，是指在電池的使用過(guò)程中，由于電池的個(gè)體差異、溫度差異等原因造成電池端的電壓不平衡，為了避免這種不平衡趨勢(shì)的惡化，需要提高電池組的充電電壓，對(duì)電池進(jìn)行均衡性的充電，以達(dá)到均衡電池組中各個(gè)電池單體特性，延長(zhǎng)電池使用壽命。

均衡充電是在動(dòng)力電池充電過(guò)程的中后期，動(dòng)力電池單體電壓達(dá)到或超過(guò)截止電壓時(shí)，均衡電路開(kāi)始工作，減小動(dòng)力電池單體電流，以期限制動(dòng)力電池單體電壓不高于充電截止電壓。均衡充電的唯一功能是防止過(guò)充電，而在放電使用中將帶來(lái)負(fù)面影響。

在使用均衡充電時(shí)，小容量動(dòng)力電池單體沒(méi)有過(guò)充，能放出的電量小于不用均衡器時(shí)輕度過(guò)充所能釋放的電能，使得該動(dòng)力電池單體放電時(shí)間更短，過(guò)放的可能性就更大了。

2.均衡充電的必要性：

以目前的鋰動(dòng)力電池制造水平和工藝，在鋰動(dòng)力電池電芯在生產(chǎn)過(guò)程中，各個(gè)鋰動(dòng)力電池單體會(huì)存在細(xì)微的差別，也就是一致性問(wèn)題，不一致性主要表現(xiàn)在鋰動(dòng)力電池單體容量、內(nèi)阻、自放電率、充放電效率等方面。鋰動(dòng)力電池單體的不一致，傳導(dǎo)至鋰動(dòng)力電池組，必然的帶來(lái)了鋰動(dòng)力電池組容量的損失，進(jìn)而造成壽命的下降。

在組成的鋰動(dòng)力電池組裝車使用過(guò)程中，也會(huì)由于自放電程度以及部位溫度等原因?qū)е聠误w不一致性的現(xiàn)象出現(xiàn)，鋰動(dòng)力電池單體的不一致性從而又影響鋰動(dòng)力電池組的充放電特性。有研究表明，鋰動(dòng)力電池單體20%的容量差異，會(huì)帶來(lái)鋰動(dòng)力電池組40%的容量損失。

鋰動(dòng)力電池均衡的意義就是利用電力電子技術(shù)，使鋰離子鋰動(dòng)力電池單體電壓或鋰動(dòng)力電池組電壓偏差保持在預(yù)期的范圍內(nèi)，從而保證每個(gè)單體鋰動(dòng)力電池在正常的使用時(shí)保持相同狀態(tài)，以避免過(guò)充、過(guò)放的發(fā)生。若不進(jìn)行均衡控制，隨著充放電循環(huán)的增加，各單體鋰動(dòng)力電池電壓逐漸分化，使用壽命將大大縮減。

鋰動(dòng)力電池單體的不一致，會(huì)隨著時(shí)間的推移，在溫度等隨機(jī)因素的影響下進(jìn)一步惡化。在一般情況下，鋰動(dòng)力電池的使用環(huán)境溫度高于其最佳溫度10℃時(shí)，鋰動(dòng)力電池的壽命會(huì)降低一半。由于車載鋰動(dòng)力電池系統(tǒng)的串聯(lián)數(shù)量非常多，一般在88～100串聯(lián)之間、其容量一般在20～60kWh，每串鋰動(dòng)力電池裝載的位置不同而會(huì)產(chǎn)生溫度差。

即使在同一個(gè)動(dòng)力電池箱內(nèi)，也會(huì)因?yàn)槲恢煤弯噭?dòng)力電池受熱不同出現(xiàn)溫度差，而這個(gè)溫度差會(huì)對(duì)鋰動(dòng)力電池壽命產(chǎn)生重大負(fù)面影響，使鋰動(dòng)力電池出現(xiàn)不均衡，使得續(xù)航里程下降、循環(huán)壽命縮短。正是由于這些問(wèn)題，導(dǎo)致整個(gè)電池系統(tǒng)的容量無(wú)法完全使用，造成電池系統(tǒng)損失，而減緩這樣的系統(tǒng)損失也就會(huì)大大延長(zhǎng)電池系統(tǒng)的使用壽命。

鋰動(dòng)力電池單體之間的一致性，對(duì)鋰動(dòng)力電池容量的影響是最直接最重要，因鋰動(dòng)力電池容量是個(gè)不能在短時(shí)間直接測(cè)量得到的參數(shù)，但鋰動(dòng)力電池單體容量跟它的開(kāi)路電壓有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。鋰動(dòng)力電池單體電壓是可以實(shí)時(shí)在線測(cè)量的，這使其成為衡量鋰動(dòng)力電池單體一致性水平的有利條件。在電池管理系統(tǒng)的管理策略中，把鋰動(dòng)力電池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。

處于這樣位置的一個(gè)參數(shù)，鋰動(dòng)力電池單體電壓一致性差異過(guò)大，則直接限制了鋰動(dòng)力電池組充電電量和放電電量?；诖?，用鋰動(dòng)力電池均衡方法解決已經(jīng)處于運(yùn)行狀態(tài)的鋰動(dòng)力電池組單體電壓差異過(guò)大問(wèn)題，是提高鋰動(dòng)力電池組容量，延長(zhǎng)了鋰動(dòng)力電池使用壽命的有效措施。

二、被動(dòng)均衡的優(yōu)缺點(diǎn)

在鋰動(dòng)力電池組均衡管理中，目前串并聯(lián)鋰動(dòng)力電池組電壓均衡的方法分為被動(dòng)均衡和主動(dòng)均衡。通常把能量消耗型均衡定義為被動(dòng)均衡，被動(dòng)均衡運(yùn)用電阻器，將高電壓或者高荷電量電芯的能量消耗掉，以達(dá)到減小不同電芯之間差距的目的，是一種能量消耗型均衡。目前市場(chǎng)上采用被動(dòng)均衡的電池管理系統(tǒng)較多，因被動(dòng)均衡技術(shù)先于主動(dòng)均衡在鋰動(dòng)力電池市場(chǎng)中應(yīng)用，技術(shù)也較為成熟，被動(dòng)均衡結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，使用比較廣泛。

鋰動(dòng)力電池組的均衡管理包含了電壓均衡、電流均衡和溫度均衡，其中鋰動(dòng)力電池組的電壓均衡是最基本的，即指串聯(lián)鋰動(dòng)力電池組中鋰動(dòng)力電池單體的電壓均衡。同樣，電流均衡是指并聯(lián)鋰動(dòng)力電池組中每一個(gè)鋰動(dòng)力電池單體電流的均衡。

在鋰動(dòng)力電池組中，鋰動(dòng)力電池單體電芯性能過(guò)快衰減很大的原因是因?yàn)殡娏鞑灰恢?，個(gè)別電芯工作在過(guò)倍率工況，導(dǎo)致性能過(guò)快衰減。鋰動(dòng)力電池電芯溫度差異是因?yàn)榘l(fā)熱不一致，散熱不一致造成的。目前鋰動(dòng)力電池組的溫度均衡一般采用自然風(fēng)冷，強(qiáng)制風(fēng)冷，液冷等物理辦法解決。

由于被動(dòng)均衡是采用電阻耗能，會(huì)產(chǎn)生熱量，均衡電流較小，從而使整個(gè)系統(tǒng)的效率降低，基于熱管理的要求被動(dòng)均衡只能一節(jié)一節(jié)的均衡。鋰動(dòng)力電池對(duì)熱很敏感，是需要絕對(duì)避免外部溫度升高的。被動(dòng)均衡將導(dǎo)致鋰動(dòng)力電池組的局部受熱，另外溫度高了導(dǎo)致元器件的失效率上升。為此，針對(duì)被動(dòng)均衡產(chǎn)生的熱量，對(duì)鋰動(dòng)力電池的安全、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了特別的要求，

三、被動(dòng)均衡工作原理

被動(dòng)均衡一般通過(guò)電阻放電的方式，對(duì)電壓較高的鋰動(dòng)力電池進(jìn)行放電，以熱量形式釋放電量，為其他鋰動(dòng)力電池爭(zhēng)取更多充電時(shí)間。在充電過(guò)程中，鋰動(dòng)力電池一般有一個(gè)充電上限保護(hù)電壓值，如果充電時(shí)的電壓超過(guò)這個(gè)數(shù)值，也就是俗稱的“過(guò)充”，鋰動(dòng)力電池就有可能燃燒或者爆炸。