锂离子电池组的均衡控制与设计

摘

要: 基于现有的锂离子电池制造水平, 单体电池存在一定差异, 为了避免个别单体的过充、过放

所导致的电池组失效, 使其性能接近单体电池的平均水平, 应对电池组中各单体之间实现均衡控制, 描
述了电池的均衡控制方法、电路设计和实现步骤, 并对锂离子电池进行均衡充电试验, 结果表明该方法
能有效的弥补电池的不一致性。

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词: 锂离子电池组; 均衡控制; 电池组管理

锂离子电池已广泛用于便携式电子产品( 如手机、笔记本电脑、摄像机) 和电动车电源。供电电源通

常由多个单体电池串联组成, 以满足设备所需电压和功率要求。在实际使用中, 由于单体电池之间的差
异, 电池组的容量只能达到最弱的电池的容量。在串联电池组中, 虽然通过单体电池的电流相同, 但是
由于其容量不同, 电池的放电深度也会不同, 容量大的总会浅充浅放, 而容量小的总会过充过放, 这就造
成容量大的衰减缓慢、

寿命延长; 容量小的衰减加快, 寿命缩短, 两者之间的差异会越来越大, 因此小容

量电池的失效会导致电池组的提前失效。

通常我们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。大多数情

况下, 引起匹配失衡的原因是电池的制作工艺和检测手段的不完善, 而不是锂离子电池本身的化学属性
变化。比如: 各单体的自放电量不同导致电池组在搁置过程中的容量失衡、单体之间电阻不同导致个别
单体在电池组充电过程中过充等。

电池匹配失衡主要表现在两个方面: 电池荷电状态失衡( 即: 所有单体的容量相同, 但在电池组制作

或搁置过程中, 单体的荷电状态不同) 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。电池荷电态失衡需在电池组初次充、放电时进行均衡调
整电池, 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、放电过程都进行均衡。

均衡原理

在理想状态下, 锂离子电池组中的单体电池满足以下条件, 便认为实现了均衡管理:
电池组中所有单体电池的容量和荷电态都相同;
电池组中所有单体的容量不同, 但单体电池的荷电态相同;
电池的荷电态是指电池的现有容量与电池的实际容量之比。从上可以看出: 电池组均衡是指在电

池组的使用过程中, 保证各单体电池的荷电态相同。为了改进串联电池组的电性能, 使不匹配的单体电