纯电动汽车动力电池均衡技术分析

一、动力电池不均衡原因及现象

有些使用镍钻锰、镍钻铝或其他类型动力电池（电芯）的车辆，电池包里会有数百甚至数干节电池。这些电池会采用“串并”的方式组合，串联升高电压、并联扩大容量，因此在使用过程中就无法保证每节电池或某个模块不出现电压、容量、温度的差异，这就会造成不均衡或不平衡趋势的问题。

假设某几个电芯或模块出现容量的严重下降，电压自然也会降低。充电的时候这些电池就会先充满，而控制单元在检测到这些电池充满之后就会停止充电，但此时其他电池还没有充满，然而也是不得不停止充电（图1）。这就导致电池组总也充不满，续航里程当然会受到影响。在用车过程中可能出现“跳电”的情况，比如SOC-40％行驶中，正常驾驶忽然出现从40％降低到20%，这两成的电量可能只能行驶几百米，但在40％～60％区间却可以行驶几十千米，电池组的问题就很严重了，此时就需要进行均衡充电。

图1 动力电池包无法充满示意图

电动汽车充电时候，SOC计算是按照最高单体电压计算的；放电时候SOC按照最低单体电压计算。而电池包由多个电芯串联而成，充电状态下，最高单体电压达到充电截止电压时，最低单体电压未必达到满充截止点，这就导致整包实际充不满。因此需要通过主动／被动均衡，把最高电压单体的电量转移出去（均衡放电），同时对最低电压单体额外进行充电（均衡充电），这就是充电过程中的均衡操作（图2）。

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图2 动力电池包电量无法完全使用示意图

二、动力电池均衡技术

动力电池均衡技术的意义就是利用电子技术，使铿离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内，从而保证每个单体电池在正常的使用时不发生损坏。若不进行均衡控制，随着充放电循环的增加，各单体电池电压逐渐分化，使用寿命将大大缩减。

电池均衡一般分为主动均衡、被动均衡两种。

1．被动均衡

被动均衡，指的是在充电过程中，运用电阻器，将高电压或者高荷电量电芯的能量消耗掉，以达到减小不同电芯之间差距的目的，是一种能量的消耗。当各单体电池电压接近一致时，继续进行充电。此过程一直重复进行，直到各单体电池电压接近一致（图3）。

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图3 电池管理系统均衡管理功能展示——被动均衡

2．主动均衡

主动均衡，运用储能器件等，将荷载较多能量的电芯部分能量转移到能量较少的电芯上去，是能量的转移。均衡充电时，电容通过其控制开关交替与相邻两个电池连接，接受电压高电池的充电，并向电压低的电池放电，直到两个蓄电池的电压趋于一致（图4）。

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图4 电池管理系统均衡管理功能展示——主动均衡

三、动力电池组均衡维护仪的使用

1．动力电池组均衡维护仪

目前，部分电动汽车的BMS管理系统设计有电池均衡功能，但由于系统的复杂性以及成本控制限制，并没有在所有的电动汽车上面得到普及，因此，实际使用中的电动汽车在使用一定时间后，会面临着动力电池由于单体电池性能下降所导致的容量降低，续航里程下降严重的问题，为了解决这种问题，当电动汽车行驶到一定里程后，就必须采用专业的电池组均衡维护仪（图5）进行电池的均衡作业，以使动力电池性能恢复到正常范围。
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