锂电动力电池组的均衡控制(一)
郁宗龙
2006-1-5
电池组(PACK)有别于单体电池，在目前的锂电池制造水平下，单体之间的性能差异在其整个生命周期里不可避免会存在，组合成多节串联PACK 后如不采取技术措施, 单体电池在充放电过程中的不一致会导致单体电池由于过充、过放而提前失效,要想避免单体电池由于过充、过放导致提前失效，使PACK 的性能指标达到或者接近单体电池的水平，必须对电池组中单体电池进行均衡控制.
电池组均衡的使命是: 将多节串联后的PACK 内部各电池单体充放电性能恶化减到最小或使其消失.
避免PACK 内部各电池单体放电时产生性能恶化,采用简单的控制电路就可做到, 但充电时避免PACK 内部各电池单体产生性能恶化,却有较大难度,这使充电均衡成为 PACK 均衡的一个主要问题.
多节动力电池组的均衡控制有两种: 分为单独充电均衡和充放电联合均衡,一个容量及放电功率平衡设计良好的系统中, 只要充电均衡控制到位,最差单体电池的性能达到出厂指标。事实上无需放电均衡，此时的充电均衡控制到位指:每次充电均衡控制,都可使最差单体电池的电压回复到充满就可,这一均衡方式下的PACK 各项性能由最差单体电池的性能决定, 最差单体电池的性能如果达到出厂指标,PACK 各项性能就能达到设计指标。
但是,如果充电均衡控制不能到位, 充放电联合均衡就变得非常重要, 在这一情况下,总均衡量是充放电均衡量相加和,但这种方式对电池非常不利,因为,充电时,仍有可能出现过充。
放电均衡的使命是：使PACK 放电时，其放出能量为所有电池能量的平均和。放电均衡决不能解决单体锂电组合成电池包后性能恶化的主要问题——过充产生的寿命下降和安全问题。
对于电池组均衡: 目前在业界存在如下三种均衡方式：1、单充电均衡。2、充电均衡加放电均衡。3、动态均衡。
事实上，动态均衡即是在锂电的使用和闲置全程中进行的充放电均衡。它可以通过延长均衡的时间来掩盖充放电均衡量不够所产生的问题。在动态均衡下，因为电池每时每刻都在细微均衡，故在充电和放电时所需要的均衡量大幅下降。但是如果PACK 使用频度很高 衡量不够所产生的问题就不可避免会发生,最终表现就是均衡失败.
不管充电均衡，还是放电均衡，还是动态均衡，均衡效率才是最重要的。
当均衡效率足够时，可以采用很大的均衡量，就可以实现一次均衡到位,而不产生后果. 举例来讲，一个设计目标为14串26AH 的PACK，正常设计下，会采用26AH 功率锂电14颗串组成1个PACK。假定设计循环寿命为500次，则所选择的26AH 单体电池循环寿命一定会选择在500次或更多。如果每次充电，充电均衡电路能够在合适的充电电流下确保每节电池都充到4.2伏的标称值。放电时，能够确保每节电池都不放到放电截止电压以下（大部分在2.75V~3.0V间），则充电均衡电路就可充分保障所串组成的PACK 循环寿命大于500次，放电容量不低于26AH。此例可轻易看出，在3种均衡系统中，充电均衡系统只要工作到位，均衡使命已经完成。如果此时加入放电均衡，则可使PACK 放出容量略大于26AH，故放电均衡只能锦上添花。但如果充电均衡、放电均衡或动态均衡电路效率较低，就无法提供短时间内足够的均衡量，低效电路都必须通过延长均衡时间来将所消耗的能量转化成热量慢慢发散，以保证PACK 内部不会过热。如果硬加大均衡量，则PACK 短期内会
发出高热，导致安全及其它问题。故可以认为动态均衡是充电均衡、放电均衡电路效率较低时可以考虑的选择。
高效率的充放电均衡电路结合在一起，是最为理想的均衡方式。但其成本可能较高。在低成本运用环境下，做精,做好充电均衡，是最具备实用性的方案。这一方式下所构成的PACK，其循环寿命等同于设计寿命（所选锂电单体规格书中规定的寿命）。所能放电的最大容量,一定是所选锂电单体规格书中的容量。这种情况,恰好符合通常的设计理念。