在由蓄電池作為儲能單元的系統中，由于蓄電池單體往往容量比較低，不能夠滿(mǎn)足大容量系統的要求，因此需要將蓄電池單體串聯(lián)，形成蓄電池組以提高供電電壓和存儲容量，例如在電動(dòng)汽車(chē)、微電網(wǎng)系統等領(lǐng)域大多需要蓄電池串聯(lián)。由于蓄電池單體自身制作工藝等原因，不同單體之間諸如電解液密度、電極等效電阻等都存在著(zhù)差異，這些差異導致即便串聯(lián)蓄電池組每個(gè)單體的充放電電流相同，也會(huì )使每個(gè)單體的容量產(chǎn)生不同，進(jìn)而影響整個(gè)蓄電池組的工作。最壞的情況，在一個(gè)蓄電池組中，有一個(gè)單體的剩余容量接近為100%,另一個(gè)單體的剩余容量為0,則這個(gè)蓄電池組既不能充電也不能放電，*不能使用。因此對蓄電池容量的均衡是非常重要的，尤其是在大量蓄電池單體串聯(lián)的情況。

常用的均衡電路分為主動(dòng)和被動(dòng)均衡，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(chēng)為主動(dòng)均衡，下面詳細介紹。

電阻消耗均衡法-被動(dòng)均衡法

　　電阻消耗均衡法是通過(guò)與電池單體連接的電阻，將高于其他單體的能量釋放，以達到各單體的均衡，如圖1 所示。每個(gè)蓄電池單體通過(guò)一個(gè)三極管與一個(gè)電阻連接，通過(guò)控制三極管的導通與關(guān)斷實(shí)現蓄電池單體對電阻的放電。該種結構控制簡(jiǎn)單，放電速度快，可多個(gè)單體同時(shí)放電。但缺點(diǎn)也很明顯，能量消耗大，只能對單體進(jìn)行放電不能充電，而且其他蓄電池單體要以最底的單體為標準才能實(shí)現均衡，效率低。

電阻消耗均衡法結構圖

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(lèi)。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(lèi)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移一部分出來(lái)，給電壓低的電芯，從而推遲最底單體電壓觸及放電。截止閾值和單體電壓觸及充電終止閾值的時(shí)間，獲得系統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(chēng)為“循環(huán)壽命"，僅僅就這顆電芯來(lái)說(shuō)，額外的充放負擔會(huì )帶來(lái)壽命的消耗是一個(gè)確定的事，但對電池包系統而言，總體上是延長(cháng)了系統壽命還是降低了系統壽命，目前還沒(méi)有看到明確的實(shí)驗數據予以證明。

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。也有人認為應該在車(chē)輛運行中，和放電過(guò)程的末尾加入均衡，但一般認為系統電流值的波動(dòng)比較大，如果依然以單體電壓為依據進(jìn)行均衡，則很可能出現誤判，影響均衡效果。當然，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，能夠通過(guò)其他手段直接對SOC進(jìn)行準確的推算，則根據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 B1，B3 電池單體分別為組內電壓、最底單體。圖中所有開(kāi)關(guān)管為常開(kāi)，當均衡器發(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)電池組內不均衡度降低，均衡結束。

電感式均衡

充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)管 S 閉合，充電機給電池組充電。此時(shí)電池組右側開(kāi)關(guān)管全部斷開(kāi)，均衡系統不開(kāi)啟。設單體電池B1 電壓開(kāi)始明顯高于其他電池并達到均衡閾值時(shí)，此時(shí)均衡系統開(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，電感儲存來(lái)自充電機與電池 B1 的能量；當 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)，當單體電池 B1 電壓高于其他電池并達到均衡閾值時(shí)，均衡系統開(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 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)行參數設計，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換在于能量在磁能與電能之間的轉換。

同樣，設單體電池 B1 電壓，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 電池給的電能轉換為磁能；S1、Q2 置 0，Q1、S2 置 1，能量由初級繞組傳遞給次級繞組，能量釋放給單體電池 B3，能量由磁能重新轉換為電能。

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)電池組內單體電池電壓始終相等，因為和連通器原理一樣，兩邊水柱永遠水平，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)電池組內想要應用此原理，就需要稍微改變原電池組拓撲結構。

并聯(lián)拓撲結構，每節單體電池都有一個(gè)單刀雙擲的開(kāi)關(guān)繼電器，所以 n 節串聯(lián)電池組內需要 n+1 個(gè)繼電器。

控制原理如下：設電池組內 B4 電壓，B2 電壓最底，控制繼電器 S5、S3、Q4、Q2 閉合，此時(shí)兩節單體電池并聯(lián)，兩單體電池自動(dòng)均衡，電壓趨于一致。該拓撲的缺點(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，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“劫富濟貧"的過(guò)程，避免了和最底電壓電芯的額外充放電負擔，也就不用懷疑均衡過(guò)程對個(gè)別電芯壽命的影響拖累系統壽命的問(wèn)題。

模組之間的均衡

這種形式在實(shí)際應用中很少見(jiàn)，但芯片供應商提供的方案藍本中已經(jīng)出現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

業(yè)內的經(jīng)驗總結大致如下：

1）對于10AH以?xún)鹊碾姵亟M，采用能量消耗型可能是比較好的選擇，控制簡(jiǎn)單。

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

3）對于上百AH的電池組來(lái)說(shuō)，可能采用獨立的充電模塊會(huì )好一些，因為上百AH的電池，均衡電流都在10多A左右，如果串聯(lián)節數再多一些，均衡功率都很大，引線(xiàn)到電池外，采用外部DC-DC或AC-DC均衡也許更安全。

作者：政飛科技  轉載請注明來(lái)源