隨著電動(dòng)汽車的數(shù)量和行駛時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，電池包內(nèi)無(wú)規(guī)律的電池單元老化正在成為一個(gè)長(zhǎng)期問(wèn)題。

對(duì)EV或PHEV而言，性能等同于電池動(dòng)力支持的可行駛距離。EV和PHEV供應(yīng)商不僅要提供高電池性能，還要提供數(shù)年的包括最短行駛距離的保修服務(wù)，以保持競(jìng)爭(zhēng)力。隨著電動(dòng)汽車的數(shù)量和行駛時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，電池包內(nèi)無(wú)規(guī)律的電池單元老化正在成為一個(gè)長(zhǎng)期問(wèn)題。

由串聯(lián)連接、高能量密度、高峰值功率的鋰聚合物或磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池單元組成的大電池包，廣泛用于從純電動(dòng)車輛(EV或BEV)、油電混合動(dòng)力車輛(HEV)、插電式混合動(dòng)力車輛(PHEV)到能源存儲(chǔ)系統(tǒng)(ESS)的各類應(yīng)用中。特別是電動(dòng)汽車市場(chǎng)，預(yù)計(jì)會(huì)對(duì)大型串聯(lián)/并聯(lián)電池單元陣列產(chǎn)生巨大需求。

2016年全球PHEV汽車銷量為77.5萬(wàn)輛，預(yù)計(jì)2017年銷量為113萬(wàn)輛。盡管對(duì)大容量電池單元的需求不斷增長(zhǎng)，電池價(jià)格仍然相當(dāng)高，構(gòu)成EV或PHEV中價(jià)格最高的組件，支持續(xù)航小幾百公里的電池價(jià)格通常在10，000美元左右。高成本可以通過(guò)使用低成本/翻新的電池單元來(lái)化解，但此類電池單元也將具有更大的容量不匹配性，進(jìn)而減少單次充電后的可用運(yùn)行時(shí)間或可行駛距離。

即便是較高成本、較高質(zhì)量的電池單元，重復(fù)使用后也會(huì)老化且不匹配。提高具有不匹配電池單元的電池包容量有兩種辦法：一種是從一開(kāi)始就使用更大的電池，但這樣做的性價(jià)比不高;另一種是使用主動(dòng)均衡，這是一種新技術(shù)，可以恢復(fù)電池包中的電池容量，快速增強(qiáng)動(dòng)力。

全串聯(lián)電池單元需要均衡

當(dāng)電池包中的每個(gè)電池單元具有相同的充電狀態(tài)(SoC)時(shí)，我們說(shuō)電池包中的電池單元是均衡的。SoC是指當(dāng)電池充電和放電時(shí)，單個(gè)電池的當(dāng)前剩余容量相對(duì)于其最大容量的比例。例如，一個(gè)10安時(shí)的電池單元若有5安時(shí)的剩余容量，則其SoC為50%。所有電池單元都必須保持在某一SoC范圍內(nèi)，以避免損壞電池或縮短壽命。

SoC的允許最小和最大值因應(yīng)用而異。在電池運(yùn)行時(shí)間至關(guān)重要的應(yīng)用中，所有電池單元可以在20%的最小SoC和100%的最大SoC(或滿電狀態(tài))之間工作。需要最長(zhǎng)電池壽命的應(yīng)用可能會(huì)將SoC范圍限制在最小30%到最大70%之間。這些是電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)存系統(tǒng)的典型SoC限制，它們使用非常大且昂貴的電池，更換成本極高。電池管理系統(tǒng)(BMS)的主要作用是嚴(yán)密監(jiān)控電池包中的所有單元，確保沒(méi)有任何電池單元充電或放電超出該應(yīng)用的最小和最大SoC限值。

對(duì)于串聯(lián)/并聯(lián)電池單元陣列，一般可以認(rèn)為并聯(lián)連接的電池單元彼此之間會(huì)自動(dòng)均衡。也就是說(shuō)，隨著時(shí)間推移，只要電池單元端子之間存在導(dǎo)電路徑，并聯(lián)連接的電池單元之間的充電狀態(tài)就會(huì)自動(dòng)均衡。同樣可以認(rèn)為，串聯(lián)連接的電池單元的充電狀態(tài)會(huì)隨著時(shí)間推移而出現(xiàn)差異，原因有多方面。

整個(gè)電池包中的溫度梯度、阻抗、自放電速率或各電池單元負(fù)載之間的差異，可能導(dǎo)致SoC逐漸變化。盡管電池包充電和放電電流有助于使這些電池單元間差異變小，但除非周期性地均衡電池單元，否則累積的不匹配性將會(huì)有增無(wú)減。補(bǔ)償電池單元的SoC漸變是均衡串聯(lián)電池的最基本原因。通常情況下，被動(dòng)或耗散均衡方案足以重新均衡電池包中容量接近的電池單元的SoC。

被動(dòng)均衡既簡(jiǎn)單又便宜。然而，被動(dòng)均衡也非常緩慢，會(huì)在電池包內(nèi)部產(chǎn)生有害的熱量，均衡結(jié)果是將所有電池單元的剩余容量減少到與電池包中SoC最低的電池單元一致。此外，被動(dòng)均衡缺乏能力有效解決另一種常見(jiàn)現(xiàn)象——容量不匹配引起的SoC誤差。

所有電池單元在老化時(shí)都會(huì)損失容量，損失速率往往不同，原因類似于串聯(lián)電池單元的充電狀態(tài)隨著時(shí)間推移而出現(xiàn)差異。電池包電流均等地流入和流出所有串聯(lián)電池單元，因此電池包的可用容量取決于電池包中容量最低的電池單元。所示的主動(dòng)均衡方法可以讓電荷在整個(gè)電池包中重新分配，補(bǔ)償電池單元間不匹配所造成的容量損失。