為了給設(shè)備提供足夠的電壓,，鋰電池包通常由多個電池串聯(lián)而成，但是如果電池之間的容量失配便會影響整個電池包的容量,。為此,，我們需要對失配的電池進行均衡。本文討論了電池均衡的概念和一些注意事項,。

鋰電池包通常由一個或幾個電池組并聯(lián),，每個電池組由3到4個電池串聯(lián)構(gòu)成。這種組合方式能同時滿足筆記本電腦,、醫(yī)療設(shè)備,、測試儀器及工業(yè)應(yīng)用所需的電壓和功率要求。然而,，這種應(yīng)用普遍的配置通常并不能發(fā)揮其最大功效,，因為如果某個串聯(lián)電池的容量與其它電池不匹配將會降低整個電池包的容量,。

電池容量的不匹配包括充電狀態(tài)(SOC)失配和容量/能量(C/E)失配。在兩種情況下,，電池包的總?cè)萘慷贾荒苓_到最弱電池的容量,。在大多數(shù)情況下，引起電池失配的原因是工藝控制和檢測手段的不完善,，而不是鋰離子本身的化學(xué)屬性變化,。棱柱形鋰電池(LiIon prismatic cell)在生產(chǎn)時需要更強的機械壓力，電池之間更容易產(chǎn)生差異,。此外,，鋰離子聚合物電池也會因為采用新的工藝而出現(xiàn)電池之間的差異。

采用電池均衡處理技術(shù)可解決SOC和C/E失配問題,，從而改進串聯(lián)鋰電池包的性能,。通過在初始調(diào)節(jié)過程中對電池進行均衡處理可以矯正電池失配問題，此后只需在充電過程中進行均衡即可,，而C/E失配則必須在充,、放電過程都進行均衡。盡管對于某個電池廠商而言其產(chǎn)品缺陷率可能很低,，但為了避免出現(xiàn)電池使用壽命過短的問題,，我們?nèi)匀挥斜匾峁┻M一步的質(zhì)量保證。

電池均衡的定義

工作電壓為6V 或以上的便攜式設(shè)備采用串聯(lián)電池包供電,，這種情況下電池包的總電壓為各串聯(lián)電池電壓之和,。便攜式電腦的電池包通常由三、四個電池串聯(lián)而成,，標(biāo)稱電壓為 10.8V或14.4V,。在大多數(shù)此類應(yīng)用中，單個串聯(lián)電池包無法提供設(shè)備所需能量,。目前最大的電池(如18650)可提供2,000mAh(毫安 ·小時)能量,，而電腦需要50-60Whr(5,000-6,000mAh)的能量，因此必須給串聯(lián)的每個電池并聯(lián)三個電池,。

電池均衡是指對串聯(lián)電池包中不同的電池(或電池組)采用差分電流,。串聯(lián)電池包中每個電池的電流通常是一樣的，因此必須給電池包增加額外的元件和電路來實現(xiàn)電池均衡,。只有當(dāng)電池包中的電池是串聯(lián)的,，同時串聯(lián)電池等于或大于三級時才會考慮電池均衡問題。當(dāng)電池包中所有電池都滿足下面兩個條件時,，便實現(xiàn)了電池均衡：

1. 如果所有電池的容量相同，那么當(dāng)它們的相對充電狀態(tài)一樣時便實現(xiàn)了電池均衡,。SOC通常以當(dāng)前容量與額定容量的百分比來表示,，因此,，開路電壓(OCV)可 作為SOC的一個衡量標(biāo)準(zhǔn)。如果一個不均衡電池包中的所有電池可以通過差分充電達到滿容量(均衡點),，它們便可以進行正常的充放電而無需任何額外的調(diào)整,， 通常這種調(diào)整是一次性的。用戶在使用新電池時,，通常需要求對電池進行長時間充電,，這個過程實際上包括一次完整的放-充電。該過程使負(fù)載最小化,，并使電池充 電時間最長,，降低對電池均衡電路的要求。

2. 如果電池的容量不同,，當(dāng)SOC相同時也認(rèn)為它們是均衡的,。但SOC只是一個相對值，每個電池容量的絕對值是不同的,。為了使容量不同的電池的SOC相同,，每次對串聯(lián)電池進行充放電時都必須使用差分電流。正常充放電的時間比初次充放電更短,，并需要更大的電流,。

當(dāng)電池包中的電池不均衡時，它的可用容量將減少,，串聯(lián)電池包中容量最低的電池將決定電池包的總?cè)萘?。在不均衡電池包中，一個或幾個電池會在其它電池尚需充電時便已達到最大容量,。而在放電時,，未完全充電的電池又會比其它電池先放完電，使電池包因電壓不足而提前停止供電,。

通常,，電池之間容量的差異低于3%。如果串聯(lián)鋰電池包的某個電池不合標(biāo)準(zhǔn),，或者在封裝前放置過久,，在充滿電后電壓差可達150mV，從而使電池包的總?cè)萘肯陆?3-18%,。

SOC均衡處理

如果電池包中所有電池的容量相同,，我們便采用SOC均衡處理。當(dāng)所有電池的SOC值相同時我們認(rèn)為電池是均衡的,。

單個電池的充電狀態(tài)定義為：

SOC=C/CTOTAL%

單個電池的容量定義為：

C=(i×t)mAh

為了確定某個電池的容量,，我們將該電池完全放電然后再充電，并在充電過程中的不同時間進行電流測量,，直到達到4.20V的開路電壓,。最佳性能電池在該狀態(tài)下的SOC為100%,，SOC為50%的OCV電壓通常稱為VMID，其典型值為3.67V,。

為了給容量不同的電池充電使它們達到同樣的SOC,，要求一些電池的充/放電量必須比其它電池多，這必須使用差分電流,。我們將這個過程稱之為容量/能量最大化,。

容量/能量最大化

容量/能量最大化是指將電池包中所有串聯(lián)電池設(shè)置為相同的SOC，即使它們的容量不同,。在所有時間內(nèi)管理SOC,，使電池包的輸出能量達到最大。為了使輸出 能量最大化,，所有的電池都必須充滿電,。即，所有電池的SOC必須為100%,。如果電池的容量不同,，一些電池的充/放電就會比其它電池更多。例如,，假設(shè)一個 電池包有三個串聯(lián)電池,，C1＞C2=C3。均衡這個電池包的唯一方法是給容量較高的電池(C1)施加一個差分充電電流,。

在電池包放電時也必須如此,，否則當(dāng)容量最小的電池達到關(guān)斷電壓時，整個電池包便會停止放電,，而此時其它電池仍有剩余容量,，這樣使總?cè)萘拷档汀ｉL此以往,，容量最小的電池便會比其它電池性能衰退更快,，經(jīng)過多個充/放電周期后將加速容量損耗。

通過匹配串聯(lián)電池的電壓,，將從高容量電池汲取更多電流,。放電時要求通過均衡消耗掉一些額外的電壓，在最后當(dāng)所有電池都達到0SOC時,，從電池包中獲得的總電能相對于均衡前仍然會增加,。

通常圓柱形鋰離子電池(cylindrical cell)的質(zhì)量控制通常都較好，電池容量差別不超過±3%,。輸入容量基本上比較精確,，差別不超過幾個mAs(毫安·秒)。因此，電池容量絕對值也基本準(zhǔn)確,，SOC的差異在幾個百分點以內(nèi),。