了解电池均衡技术

电池组在使用期间会由于电池的自身差异原因，再加之外界环境如温度、充放电电压、充放电电流的剧烈变化而发生一致性差异，这种差异会逐渐增大，最终导致电池组的使用寿命远远低于单个电池的使用寿命。电池发生一致性差异后，最明显的参数表现是电压和容量的差异，特别是容量的差异，最终会通过电压差异表现出来，在存在一致性差异的标准串联电池组中，流经每一块电池的充放电电流是相同的，但充放电倍率却是不同的，为了保护小容量电池，充电时我们希望小容量电池的充电电流小一点，好电池的充电电流稍大一点，实现等倍率充电，这样不同容量电池的电压上升速度才会基本相同；同样，放电时我们希望小容量电池的放电电流小一点，好电池的放电电流稍大一点，实现等倍率放电，这样不同容量电池的电压下降速度也才会基本相同，而要实现这一理想，唯一的解决技术就是电池均衡技术。

目前的电池均衡技术主要有三类：分别是被动均衡、充电均衡和转移式电池均衡，被动均衡依靠电阻放电进行小电流均衡，均衡电流通常小于100毫安，属于充电均衡范畴，优点是电路简单，成本非常低，缺点是电能利用效率为零，不能执行放电均衡，小容量电池容易发生过放电；充电均衡的均衡电流大一些，可以达到安培级别，充电均衡的速度较快，缺点是同样不能进行放电均衡，小容量电池容易发生过放电；转移式电池均衡是目前较为理想的电池均衡技术，虽然电路复杂，但均衡能力最佳，有很多技术难题需要解决。

根据储能元件的不同，目前均衡器可分为电阻均衡、电容均衡、电感均衡、LC均衡和变压器均衡等。其中，电阻均衡是能耗均衡，其他几种是非能耗均衡。电容均衡以电容作为能量转移的载体，通过单体电池间的电压差实现能量的均衡，由于电池间的电压差较小，均衡能量转移困难；电感均衡以电感作为能量转移的载体，均衡电流易控，但均衡器性能由均衡器电路结构和均衡策略决定；LC均衡通过LC振荡电路实现电容均衡，弥补了电容均衡电压差小的缺点，但开关频率高，均衡电路控制复杂，均衡效率低；变压器均衡多以反激式变压器作为能量转移的载体，均衡器的体积较大，均衡效率和均衡速度均受到限制，由此可见，电池均衡器的设计难度是较大的。

从原理和实验应用来看，转移式电池均衡技术目前是最好的电池均衡技术，但其相对成本也最高，从设计架构来看，主要分为串联均衡和串并联均衡两类，串联均衡通过对相邻电池均衡实现整组电池的均衡；串并联均衡通过对所有电池“并联”充放电实现整组电池均衡。通过对比，两种均衡方式都能较快速实现整组电池的均衡，包括充电均衡、放电均衡和静止均衡，是目前较为理想的均衡方案，

我们一直追求性价比更好的电池均衡技术，但研发现实却是残酷的，首先是研发难度大，远远超过研发人员的预期，这一点可以从文献上体现出来，通过检索发现，2000至2013年期间，在各种锂电池发展的带动下，国内出现一股电池均衡技术研发高潮，各种有关电池均衡技术研究的学术论文、研究报告遍布各大纸质媒体和网络，通过对比发现，在电池均衡技术研究方面，充电均衡技术占据比例较大，主要是设计相对简单，容易实现，效率最高的转移式电池均衡技术大多局限在计算机仿真和电池均衡模拟上，实验电池通常采用串数较少的小容量电池，含有电池均衡实物实验数据的论文较少，应用在大容量或大功率动力电池组的电池均衡技术研究非常少，为什么电池均衡技术的计算机仿真和模拟较多，而市场上真正的电池均衡产品却非常少呢？原因之一是开发技术难度大，电池均衡理论和仿真、模拟上没有任何问题，但转变为样机实物时却困难重重，有很多技术障碍需要面对，例如双工问题、均衡电流自适应问题、均衡效率问题、组间干扰问题等等，其中的组间干扰问题在小串数电池组均衡中通常不会发生，当电池串数超过一定数量时就会表现出来，扰乱均衡，从理论到实物是一个漫长过程，很多研究机构和团体都因为遇到的种种难题无法解决而最终选择放弃研发；二是成本高，由于均衡应用的需要，对均衡参数、性能和指标有其特殊要求，当所有要求都满足的时候，硬件的成本就会变得较高，甚至超过电池组本身的成本，很难实现性能与成本之间兼顾，所以，受成本的影响，较完善的电池均衡设备通常要用在价值较高的电池组上。

先谈谈退役电池为什么要梯次利用，退役电池并不等同于报废电池，而是性能无法满足原设备使用需要，特别是续航时间和动力表现衰减严重，根源就是电池组的一致性问题无法解决导致了电池组的提前退役，鉴于目前在电池组一致性问题管理难以突破的实际情况，退役电池的梯次利用还会继续发生一致性问题，甚至速度还要快，特别是当梯次电池用在大容量、高功率电池组中的情况下，如果一致性问题不解决，”差电池”很容易在充放电过充中产生高温，引发“热失控”并导致事故的发生。而要减少和降低”差电池”的充放电高温，就必须降低”差电池”的实际充放电电流，这就对电池均衡器的分流能力提出了更高的要求，传统的小电流均衡器很难适应这种要求，必须采用支持大电流的转移式电池均衡器，但这种均衡器的研发难度相对更大，但随着双向同步整流技术在转移式电池均衡技术中的研发成功，高功率、高效率电池均衡技术已经实现了突破，正在接受更苛刻的测试和检验。