為(wei)了(le)給設備提供(gong)足(zu)夠的電(dian)(dian)壓，鋰(li)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)包通(tong)常由(you)多個(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)串聯而成，但是如果電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)之間的容量(liang)失配(pei)便會影響整個(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)包的容量(liang)。為(wei)此，我們(men)需(xu)要(yao)對失配(pei)的電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)進行(xing)均(jun)衡。本文討(tao)論了(le)電(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)均(jun)衡的概念和一(yi)些注意事項。

      鋰電池包(bao)通(tong)常(chang)由一(yi)個(ge)(ge)(ge)或幾個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)組并(bing)聯(lian)，每個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)組由3到4個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)串(chuan)聯(lian)構成。這(zhe)(zhe)種組合方式(shi)能(neng)(neng)同時滿足筆記本(ben)電(dian)(dian)腦、醫療(liao)設(she)備、測試儀器及工業應用(yong)所需的(de)(de)電(dian)(dian)壓和(he)功率要求。然(ran)而，這(zhe)(zhe)種應用(yong)普(pu)遍的(de)(de)配(pei)置通(tong)常(chang)并(bing)不能(neng)(neng)發(fa)揮其最大功效，因為如(ru)果某個(ge)(ge)(ge)串(chuan)聯(lian)電(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)容量(liang)(liang)與其它電(dian)(dian)池(chi)不匹配(pei)將會降低(di)整個(ge)(ge)(ge)電(dian)(dian)池(chi)包(bao)的(de)(de)容量(liang)(liang)。

電池(chi)容(rong)量(liang)(liang)的(de)(de)不(bu)(bu)匹配(pei)包括充電狀態(SOC)失配(pei)和容(rong)量(liang)(liang)/能(neng)量(liang)(liang)(C/E)失配(pei)。在(zai)(zai)兩種情況(kuang)下，電池(chi)包的(de)(de)總容(rong)量(liang)(liang)都只能(neng)達(da)到最弱(ruo)電池(chi)的(de)(de)容(rong)量(liang)(liang)。在(zai)(zai)大多數情況(kuang)下，引起電池(chi)失配(pei)的(de)(de)原(yuan)因(yin)是(shi)工藝控制和檢測手段的(de)(de)不(bu)(bu)完善，而不(bu)(bu)是(shi)鋰(li)離子(zi)本(ben)身的(de)(de)化(hua)學屬(shu)性變化(hua)。棱(leng)柱形鋰(li)電池(chi)(LiIon prismatic cell)在(zai)(zai)生(sheng)產時(shi)需要更(geng)強(qiang)的(de)(de)機械壓力，電池(chi)之間更(geng)容(rong)易產生(sheng)差異。此外，鋰(li)離子(zi)聚合物電池(chi)也會(hui)因(yin)為采用新(xin)的(de)(de)工藝而出現(xian)電池(chi)之間的(de)(de)差異。

      采用電(dian)池均(jun)衡處理(li)技術可(ke)(ke)解決SOC和(he)C/E失(shi)配(pei)問題(ti)，從而(er)改(gai)進串(chuan)聯鋰電(dian)池包的(de)性能。通(tong)過(guo)(guo)在初始調節過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)對電(dian)池進行均(jun)衡處理(li)可(ke)(ke)以(yi)矯正電(dian)池失(shi)配(pei)問題(ti)，此后(hou)只需在充電(dian)過(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)進行均(jun)衡即(ji)可(ke)(ke)，而(er)C/E失(shi)配(pei)則必須(xu)在充、放電(dian)過(guo)(guo)程(cheng)都進行均(jun)衡。盡管對于某個電(dian)池廠(chang)商(shang)而(er)言其產品缺陷率可(ke)(ke)能很低，但為了(le)避(bi)免出現電(dian)池使用壽命 過(guo)(guo)短的(de)問題(ti)，我們仍(reng)然有必要提(ti)供進一步的(de)質量保證。

電池均衡的定義

     工作電(dian)(dian)壓為6V 或(huo)以上的(de)便攜式設(she)備采用(yong)串(chuan)聯(lian)電(dian)(dian)池(chi)包(bao)供(gong)電(dian)(dian)，這種(zhong)情況下電(dian)(dian)池(chi)包(bao)的(de)總電(dian)(dian)壓為各(ge)串(chuan)聯(lian)電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)壓之和。便攜式電(dian)(dian)腦的(de)電(dian)(dian)池(chi)包(bao)通常由三、四個(ge)電(dian)(dian)池(chi)串(chuan)聯(lian)而(er)(er)成，標稱電(dian)(dian)壓為 10.8V或(huo)14.4V。在大多(duo)數(shu)此類(lei)應用(yong)中，單個(ge)串(chuan)聯(lian)電(dian)(dian)池(chi)包(bao)無法提供(gong)設(she)備所需(xu)能(neng)量(liang)。目前最大的(de)電(dian)(dian)池(chi)(如18650)可提供(gong)2,000mAh(毫安 ?小(xiao)時)能(neng)量(liang)，而(er)(er)電(dian)(dian)腦需(xu)要50-60Whr(5,000-6,000mAh)的(de)能(neng)量(liang)，因此必(bi)須(xu)給串(chuan)聯(lian)的(de)每(mei)個(ge)電(dian)(dian)池(chi)并(bing)聯(lian)三個(ge)電(dian)(dian)池(chi)。

     電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)均衡(heng)是(shi)(shi)指對(dui)串(chuan)聯(lian)(lian)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)包中(zhong)不同的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(或(huo)(huo)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)組(zu))采用差分(fen)電(dian)(dian)(dian)流(liu)。串(chuan)聯(lian)(lian)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)包中(zhong)每(mei)個(ge)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)流(liu)通常是(shi)(shi)一樣(yang)的(de)(de)(de)，因此必須給電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)包增加額外(wai)的(de)(de)(de)元件和電(dian)(dian)(dian)路來實(shi)現 電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)均衡(heng)。只(zhi)有當電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)包中(zhong)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)是(shi)(shi)串(chuan)聯(lian)(lian)的(de)(de)(de)，同時串(chuan)聯(lian)(lian)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)等(deng)于或(huo)(huo)大于三(san)級時才(cai)會考慮電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)均衡(heng)問題。當電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)包中(zhong)所有電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)都滿足(zu)下面兩個(ge)條件時，便實(shi)現了電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)均衡(heng)：

1. 如果(guo)所有(you)電池(chi)(chi)的(de)容量相同，那么當(dang)(dang)它們(men)的(de)相對(dui)充(chong)電狀態一(yi)樣時(shi)便實現了電池(chi)(chi)均(jun)衡(heng)。SOC通(tong)常(chang)以(yi)(yi)當(dang)(dang)前容量與額定容量的(de)百分(fen)(fen)比來表示，因此，開路電壓(OCV)可作為SOC的(de)一(yi)個(ge)(ge)衡(heng)量標(biao)準。如果(guo)一(yi)個(ge)(ge)不均(jun)衡(heng)電池(chi)(chi)包中的(de)所有(you)電池(chi)(chi)可以(yi)(yi)通(tong)過差(cha)分(fen)(fen)充(chong)電達(da)到滿容量(均(jun)衡(heng)點)，它們(men)便可以(yi)(yi)進行正常(chang)的(de)充(chong)放電而無需(xu)任何額外(wai)的(de)調整(zheng)(zheng)，通(tong)常(chang)這(zhe)種(zhong)調整(zheng)(zheng)是(shi)一(yi)次(ci)性的(de)。用戶(hu)在使用新(xin)電池(chi)(chi)時(shi)，通(tong)常(chang)需(xu)要(yao)求(qiu)對(dui)電池(chi)(chi)進行長(chang)時(shi)間充(chong)電，這(zhe)個(ge)(ge)過程實際上包括一(yi)次(ci)完整(zheng)(zheng)的(de)放-充(chong)電。該過程使負(fu)載最(zui)小化，并使電池(chi)(chi)充(chong) 電時(shi)間最(zui)長(chang)，降低對(dui)電池(chi)(chi)均(jun)衡(heng)電路的(de)要(yao)求(qiu)。

2. 如果電(dian)池(chi)的(de)(de)容量不(bu)同，當SOC相(xiang)同時也認為它們是均衡的(de)(de)。但SOC只是一個相(xiang)對值，每(mei)個電(dian)池(chi)容量的(de)(de)絕對值是不(bu)同的(de)(de)。為了使容量不(bu)同的(de)(de)電(dian)池(chi)的(de)(de)SOC相(xiang)同，每(mei)次對串聯(lian)電(dian)池(chi)進行充(chong)放(fang)電(dian)時都(dou)必(bi)須使用(yong)差分電(dian)流(liu)。正常充(chong)放(fang)電(dian)的(de)(de)時間(jian)比初次充(chong)放(fang)電(dian)更短，并需要(yao)更大的(de)(de)電(dian)流(liu)。

     當(dang)電(dian)池(chi)(chi)包(bao)中的電(dian)池(chi)(chi)不(bu)均衡時(shi)，它(ta)的可用容(rong)量將減少(shao)，串聯(lian)電(dian)池(chi)(chi)包(bao)中容(rong)量最(zui)低(di)的電(dian)池(chi)(chi)將決(jue)定電(dian)池(chi)(chi)包(bao)的總(zong)容(rong)量。在(zai)不(bu)均衡電(dian)池(chi)(chi)包(bao)中，一個(ge)或幾個(ge)電(dian)池(chi)(chi)會在(zai)其它(ta)電(dian)池(chi)(chi)尚(shang)需充電(dian)時(shi)便已達到最(zui)大容(rong)量。而在(zai)放電(dian)時(shi)，未(wei)完(wan)全充電(dian)的電(dian)池(chi)(chi)又會比其它(ta)電(dian)池(chi)(chi)先放完(wan)電(dian)，使電(dian)池(chi)(chi)包(bao)因電(dian)壓不(bu)足而提前(qian)停止供電(dian)。

通常(chang)，電(dian)(dian)池之間容(rong)(rong)量(liang)的差異低于3%。如果(guo)串(chuan)聯鋰電(dian)(dian)池包的某個(ge)電(dian)(dian)池不合標(biao)準，或(huo)者在(zai)封裝前(qian)放置過久，在(zai)充電(dian)(dian)器(qi)充滿電(dian)(dian)后電(dian)(dian)壓差可達150mV，從而使電(dian)(dian)池包的總(zong)容(rong)(rong)量(liang)下降13-18%。

SOC均衡處理

如果電(dian)池包(bao)中所有電(dian)池的(de)(de)容量相同(tong)(tong)，我(wo)們便采(cai)用SOC均(jun)衡處理。當所有電(dian)池的(de)(de)SOC值相同(tong)(tong)時(shi)我(wo)們認為(wei)電(dian)池是(shi)均(jun)衡的(de)(de)。

單個電(dian)池的充電(dian)狀態定義為：

SOC=C/CTOTAL%

單(dan)個電池(chi)的(de)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用鋰電池充電器充電(dian)，并在(zai)電(dian)池(chi)充電(dian)器充電(dian)過程中的(de)不同時(shi)間進行(xing)電(dian)流測量，直到達到4.20V的(de)開路電(dian)壓。最(zui)佳性能電(dian)池(chi)在(zai)該狀態下的(de)SOC為(wei)100%，SOC為(wei)50%的(de)OCV電(dian)壓通常稱為(wei)VMID，其典型值為(wei)3.67V。

為(wei)(wei)了給容(rong)(rong)量(liang)不同的電(dian)(dian)池(chi)(chi)充電(dian)(dian)使它(ta)們(men)達到同樣的SOC，要求一些電(dian)(dian)池(chi)(chi)的充/放電(dian)(dian)量(liang)必須(xu)比其它(ta)電(dian)(dian)池(chi)(chi)多(duo)，這(zhe)(zhe)必須(xu)使用差分電(dian)(dian)流。我(wo)們(men)將這(zhe)(zhe)個過(guo)程稱(cheng)之為(wei)(wei)容(rong)(rong)量(liang)/能(neng)量(liang)最(zui)大化。

容量/能量最大化

容(rong)(rong)量(liang)/能量(liang)最大化是指將電(dian)(dian)(dian)池包(bao)(bao)中所(suo)有(you)串聯電(dian)(dian)(dian)池設置(zhi)為相同(tong)的(de)(de)SOC，即使它們的(de)(de)容(rong)(rong)量(liang)不(bu)同(tong)。在所(suo)有(you)時間內(nei)管(guan)理SOC，使電(dian)(dian)(dian)池包(bao)(bao)的(de)(de)輸出(chu)能量(liang)達(da)到最大。為了使輸出(chu)能量(liang)最大化，所(suo)有(you)的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池都必(bi)須充(chong)滿電(dian)(dian)(dian)。即，所(suo)有(you)電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)SOC必(bi)須為100%。如(ru)果電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)容(rong)(rong)量(liang)不(bu)同(tong)，一(yi)(yi)些電(dian)(dian)(dian)池的(de)(de)充(chong)/放電(dian)(dian)(dian)就(jiu)會比其它電(dian)(dian)(dian)池更多。例(li)如(ru)，假設一(yi)(yi)個電(dian)(dian)(dian)池包(bao)(bao)有(you)三(san)個串聯電(dian)(dian)(dian)池，C1＞C2=C3。均衡這個電(dian)(dian)(dian)池包(bao)(bao)的(de)(de)唯(wei)一(yi)(yi)方(fang)法是給容(rong)(rong)量(liang)較高的(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池(C1)施(shi)加一(yi)(yi)個差分充(chong)電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流(liu)。

在電池(chi)包(bao)放電時也必須如(ru)此(ci)，否則當容(rong)量(liang)最小的電池(chi)達到關斷(duan)電壓時，整(zheng)個電池(chi)包(bao)便(bian)會停止放電，而(er)此(ci)時其(qi)它(ta)電池(chi)仍有剩余容(rong)量(liang)，這樣使(shi)總容(rong)量(liang)降低。長此(ci)以往，容(rong)量(liang)最小的電池(chi)便(bian)會比其(qi)它(ta)電池(chi)性能衰(shuai)退更快，經過多個充/放電周(zhou)期后將加速容(rong)量(liang)損耗。

通過匹配串聯電池的電壓，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(li)離子電池(chi)(cylindrical cell)的質量控制通常都較好，電池(chi)容(rong)量差別不超(chao)(chao)過(guo)±3%。輸入(ru)容(rong)量基(ji)本上比較精確，差別不超(chao)(chao)過(guo)幾(ji)個mAs(毫安?秒)。因此，電池(chi)容(rong)量絕對值也基(ji)本準確，SOC的差異在幾(ji)個百分點以(yi)內(nei)。