被动均衡充电的电路图

由于电芯单体之间的个体差异以及电芯单体初始的不均衡，电池包中的各个单体可能有4种不均衡状态:荷电状态(SOC)、漏电(自放电)状态、内阻和安时容量。一般来说，“均衡”可以指电池包中单体之间的上述任何参数相互匹配的程度。“均衡”特指SOC(或开路电压)。均衡是用于描述使电池包中各个单体的SOC水平彼此更加接近，以便使电池包的容量最大化的过程的术语。

1.锂离子电池不均衡

锂离子电芯单体的不均衡有两种类型:初始不均衡和随时间不均衡。电芯单体的初始不均衡由于制造过程中造成的偏差，导致了电芯单体的个体差异，比如:(1)电芯单体实际容量不一致;(2)电芯单体初始SOC不一致;(3)电芯单体内阻差异。实际中的电芯单体从放电开始就不均衡，而且个体的差异使得它们随着使用时间的增加，不均衡程度增大。

2电芯单体随时间不均衡

由于电池包内电芯单体的漏电率不同，电池包随着使用时间变长变得越来越不均衡。这个过程不依赖于电池包的内阻和容量，也不依赖于绝对的漏电量，它只依赖于不同电芯单体的漏电差。考虑一种理想的充满电的均衡电池包，所有电芯单体从100%SOC开始，会永远保持100%。再考虑一种非理想的电芯单体，这些单体有自放电(内部漏电)，但容量和漏电率完全相同，所有的单体都会以同样的速度失去电荷，它们的SOC会同步降低，尽管漏电越来越多，但电池包仍将保持均衡。然后考虑由不同的电芯单体(不同的容量和漏电率)组成的电池模组。漏电多的电芯单体会比其他电芯单体更快地放电，使得SOC出现偏差，电池包会很快失去均衡。将这样的电池包恢复均衡需要将少量电荷移入和/或移出单个电芯单体，以弥补单体漏电流之间的差异。

均衡与充电密切相关，通过充电均衡使其电池容量一致性。

根据能量的利用效率，电池包均衡方法可分为被动均衡和主动均衡。被动均衡是从具有过多电荷的电芯单体中排出电荷，并将排出的能量作为热量消散;主动均衡是利用外部均衡电路主动地将电荷从“高单体”转移到“低单体”，以提高电池包的能量利用效率。被动均衡一般的思路是，电阻与每个电芯单体并联，用于从该单体放电，从单体中移除的能量以热量的形式消散。

可以采用齐纳二极管控制并联放电电阻的接通和关断:齐纳电压被选择为对应于100%SOC的设定点，当电池电压高于选定的齐纳二极管稳压值时，电阻路径被激活，该单体的电量被消耗，直到电压降至齐纳稳压值以下。该电路仅适用于过充电可以耐受的化学电池，比如某些铅酸和镍基化学电池，但不包括锂离子电池。另一种控制方法当电芯单体电压升到某一点以上时，BMS关闭电荷过多的单体开关，使其“漏电”来实现均衡。该开关是某种晶体管电路，控制晶体管所需的电子器件使得这种设计更加复杂，然而它在均衡策略上允许更大的灵活性。使用集成芯片如LTC 6804等可以大大降低电路设计的复杂程度。

被动均衡的主要优点是所涉及的电路比较简单，因而成本也较低。其缺点如下:

(1)能量效率低;

(2)被动均衡无法完全利用各电芯单体中的能量;

(3)产生热量，而且为了快速均衡，会产生更多的热量;

(4)与具有主动均衡设计的电池包相比，电池包寿命较短

主动均衡技术

根据能量传递的路径，主动均衡方法可分为以下4类:单体到单体、单体到模组、模组到单体、单体到模组到单体(集成式)

单体到单体法将存储在最高SOC电芯单体中的额外能量传输到相邻的最低SOC电芯单体;单体到模组法将能量从最高SOC电芯单体转移到整个模组;模组到单体法通过隔离DC-DC变换器将模组能量转移到最低SOC电芯单体;单体到模组到单体(集成式)法将能量从电芯单体传递到模组，然后从模组传递到目标电芯单体。下面对各种均衡类别中比较典型的均衡设计进行介绍。(1)单体到单体。该类方法包括以下5小类:开关电容、两级开关电容、Cuk变换器、PWM控制变换器和谐振(准谐振)变换器。

耗散性均衡控制充电系统策略

2.1　均衡充电控制系统结构

传统的动力电池组充电方式包括两部分，首先采用恒流充电，当达到截止电压后采用恒压充电，最后，采用均衡充电，其中，常用均衡充电控制系统，该系统由充电机、单体电池管理模块、单体电池和单体电池均衡充电控制模块构成。在均衡充电过程中，系统根据电池组不同的充电状态，由充电机向均衡充电控制系统输出电流 ；由各均衡充电控制模块监测各单体电池的电压、电流等状态，并将各单体的工作状态反馈给充电机，依次调节充电机的充电状态及输出电流；同时，均衡充电控制模块通过相应的控制策略调节各单体的充电电流使所有单体均衡地进行充电。

常见的均衡充电电路有耗散型和非耗散型电路，其中，耗散型均衡电路具有简单可靠的优点广泛应用于电动汽车电池管理系统中通过PWM调节Sj的开闭合时间占比，可实现各单体电池的区别性充电，保证各单体电池状态的均衡，从而消除充电过程中单体电池不一致性对电池组性能的影响。

3　均衡充电控制系统的控制策略

均衡充电系统通过监测各单体电池的电压和充放电电流，计算其剩余容量，确定各单体的状态进而调节其充电电流至最佳值，使所有单体电池的电压、容量等参数达到一致。对于各均衡充电模块，均衡开关由脉宽调制信号控制。

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