高效電池均衡技術的研發成功，極大地提高了電池組運行的一致性，從而提高了運行的安全性，也更明顯地延長電池組的循環使用壽命?？梢哉f，這種高效電池均衡技術為電池組的高效安全運行提供了一種智能化的管理手段。

摘要：蓄電池衰減后，額定放電電流下的放電容量下降、內阻上升、通常做報廢處理，大量科學研究和實驗表明，電池衰減后，雖然在大電流（高倍率）下容量很小，沒有繼續使用的價值，但在減小放電電流，即減小放電倍率的情況下，衰減電池的放電容量會明顯上升，因此，只要對衰減電池降低放電電流使用，仍具有非常高的再利用價值，高效轉移式電池均衡技術的介入和自動干預，自動實現了對衰減電池降低充放電電流，提高了衰減電池的實際放電容量，從而提高了衰減電池組的實際放電容量并延長其生命周期。

1、電池容量

電池容量通常是指充滿電的蓄電池在一定放電條件下的實際釋放電量，通常以mAh或Ah表示。放電條件通常包括放電時的溫度、放電電流、放電倍率等。例如，某鋰電池在某溫度條件下，1A恒流放電，持續放電時間72分鐘到達放電終止電壓，則該電池的容量為1.2Ah，計算公式為：72/60*1=1.2Ah。

任何蓄電池都有一個共性，容量隨著充放電循環次數的增加而減少，俗稱衰減，但衰減速度存在明顯的個體差異，與環境溫度、充放電倍率、電池的自放電率關系密切，電池成組后，電池的位置就基本固定，特別是對于防水性能要求非常高的電池組，如電動汽車用鋰電池組。

在大電流充放電和完全密封的環境下，個體間的工作溫度差異將一直存在，溫度越高衰減速度越快，自然就形成了電池容量衰減速度的差異，最終的表現形式是電池組的一致性變差，放電時間越來越短，放電容量越來越少。

2、鋰電池容量與放電倍率的關系

電池的容量與放電倍率有關，所以，蓄電池在標注容量的同時通常都標注放電倍率或小時率，即便不標注，也要求放電電流或放電倍率范圍，通常情況下，除特殊高倍率設計的電池外，放電倍率越大，電池的實際放電容量逐漸減少，降低放電倍率，實際放電容量會逐漸上升，但通常不會高于設計容量。

評價電池容量要配合放電倍率指標，因為在不同放電倍率下，電池的實際釋放容量是不同的，總的趨勢是，放電倍率越大，電池的釋放容量越小；降低放電倍率，電池的實際釋放容量會增加。同時，這種變化趨勢與電池的健康狀況密切相關，對于新電池而然，放電倍率對容量的影響相對較小，而對于衰減電池，放電倍率對容量的影響則相對較大，衰減越嚴重，影響越明顯。

2.1正常鋰電池在不同放電倍率下的容量表現

由于生產制造工藝的原因，除特殊設計的高功率動力電池外，鋰電池通常都限制最大放電電流或放電倍率，以確保容量釋放的最大化。對于普通鋰電池，允許或者安全的放電倍率通常限制在2C以內，超過這一放電倍率，不僅可釋放容量大幅度降低，如圖1所示。而且電池會由于內阻的存在而發熱嚴重，容易發生熱失控引起鋰電池爆炸、火災等危險。

通過這一放電容量曲線可以看到，鋰電池在較低的放電倍率下，容量的釋放最充分，最接近理想容量，同時由于放電電流的降低，鋰電池的放電溫升也降低，放電安全性也大幅度提升。

2.2衰減鋰電池在不同放電倍率下的容量表現

通過表中的各種測量數據及其規律分析，可以看出，放電倍率對于衰減電池的實際容量影響是非常大的，放電倍率越大，可利用容量越小，隨著放電電流和放電倍率的下降，可利用容量均不同程度逐漸提升，衰減越嚴重的電池，小倍率放電容量上升越明顯。圖2為1#在三種放電電流下的放電曲線對照圖，通過放電曲線對照圖可以明顯發現衰減電池在不同放電電流下的明顯差異，包括放電電壓平臺變化、放電容量變化等。

根據這一規律特性，對于衰減電池，只要合理降低其放電電流或放電倍率，那么，衰減電池仍然具有良好的利用價值，仍然可以發揮余熱。

3、不同放電倍率容量的意義及應用

通過對不同衰減程度鋰電池的放電實驗曲線的分析和比較可以發現，在相同的放電電流情況下，衰減電池的放電曲線斜率隨著衰減程度的加重呈現負增大，放電倍率也是逐漸增大的，即在負載電流不變的情況下，隨著電池衰減的加重，放電時間和放電容量逐漸下降。

既然增大放電倍率會加快衰減電池的衰減速度，減小放電倍率會減弱衰減電池的衰減速度，那么，只要科學、合理地減小衰減電池的放電電流，就可以延長衰減電池的實際放電時間和放電容量，為了驗證這一思想，作者開展了衰減電池在不同放電倍率下的連續循環放電試驗，結果表明，降低衰減電池的放電電流即放電倍率后，的確可以延長其放電時間和提高實際放電容量，并延緩衰減速度。

連續循環試驗數據表明，在降低放電倍率的情況下，衰減電池的實際放電容量均有不同程度的上升，特別是對于高放電倍率下放電容量非常小的鋰電池，當大幅度降低放電倍率后，可利用容量大幅度提高，這一試驗結果和結論非常具有實際意義。

其最重要的意義和應用價值在于退役電池組的梯次利用。退役后的電池組，盡管大部分電池仍具有梯次利用價值，但受組內衰減報廢電池的影響，很多電池的性能已下降很多，無論是剩余容量的下降，還是內阻的上升，都使其無法再進行較大倍率的充放電，只能降低充放電倍率才能安全使用，這是其一；其二，梯次利用電池組的負載，通常都要求輸出較大電流和功率，因此只要將更多的同型號、同類型電池通過多并多串組合，就可以實現合適的電壓和功率輸出，這種方式不僅可以最大限度地降低每一塊梯次電池的放電電流和放電倍率，而且達到延長梯次電池使用壽命的目的。

在電池組的一致性技術問題沒有完全解決的情況下，梯次利用將是一個延長電池使用時間和提高利用價值的最好方案。

4、如何實現衰減電池的低倍率充放電

新裝配的電池組，無論是放電時間還是功率表現都是最好的，這是因為新電池組的一致性通常都非常好，每一個單元電池的輸出功率都基本相同，從而保證了電池組功效的最大化，盡管電池組商家都表示，電池組出廠前都經過了嚴格的篩選和匹配，一致性非常好，但現實卻是殘酷的，出廠時一致性再好的電池組，經過若干個充放電循環后都會呈現一致性問題。少則幾十個充放電循環，多則幾百個充放電循環，一致性問題就會非常嚴重，并且愈來愈嚴重。理論和大量實驗數據表明，對于衰減電池，降低其充放電電流或充放電倍率是減緩衰減電池快速衰減的最有效方法。

在目前的電池生產工藝無法解決電池組在使用期間的一致性問題的情況下，唯一可行的解決方案就是通過電池管理技術來解決，具體來說，就是通過電池均衡技術來調節不同容量電池的充放電電流，使之進行全時段等倍率充放電。

多年來，電池均衡技術一直備受關注，并引發一股開發熱潮，時至今日，只有三種類型，分別是被動式的電阻放電均衡、主動式的充電均衡和高效率的轉移式電池均衡。根據均衡原理，重點要解決的是電流的快速分流功能，電阻放電均衡，電流非常小，一般在100毫安以內，對于大容量電池組效果有限，且無法進行放電均衡，電池易發生過放電問題。

充電均衡技術的均衡電流可以做的比較大，達到幾安培以上，但主要缺陷同樣是無法解決電池過放電的問題；轉移式電池均衡技術則實現了均衡技術的突破，不僅均衡電流大，而且適用于電池工作的全部階段，堪稱最理想的電池組均衡技術。

作者在研發電池均衡技術之初就選擇了研發難度最大且最有前途的轉移式電池均衡技術，經過多年堅持不懈的技術攻關與不斷優化，成功地實現了均衡電流和均衡效率的雙重突破，加之研發出特有的雙向同步整流技術，使均衡電流最高達到10A以上，均衡效率最高達到97%左右。例如，目前開發出的20A級單體2V鉛酸蓄電池均衡器原型機，在電壓平臺非常低的不利條件下，即使在20A滿負荷情況下，均衡效率仍達到80%左右；而對于鋰電池組，在同樣的20A均衡電流情況下，均衡效率則達到90%左右。

均衡電流的大幅度提高，意味著對衰減電池的分流能力增強，均衡速度更快，對衰減電池的保護能力更強；均衡效率的提高，意味著電能的利用率更高，對電能的損耗更小，均衡模塊的發熱量更小，不會增加電池組的溫升，這樣的高效電池均衡模塊設計為高功率動力電池組和儲能電池組（包括梯次利用電池組）的高效、安全運行提供了技術上的保障。

5、展望

隨著生產工藝水平的提高，單體電池的質量逐漸上升、容量、內阻、電壓等一致性逐漸提高，但成組后使用卻表現出各種各樣的差異，特別是容量、內阻、電壓等方面的差異，致使各種電池組大概率地發生一致性問題，并由此引發熱失控，進而發生爆炸、火災等事故，隨著電動汽車大量退役電池的產生及梯次利用的重視，似乎為退役電池的合理安置找到了解決出路。但是由于梯次電池的一致性更差，且一致性問題一直未能在技術上取得突破，梯次利用的電池發生在一致性問題的時間點還會提前，如果管理技術跟不上，同樣還會發生諸如熱失控、爆炸、起火等事故，高效電池均衡技術的研發成功，極大地提高了電池組運行的一致性，從而提高了運行的安全性，也更明顯地延長電池組的循環使用壽命。可以說，這種高效電池均衡技術為電池組的高效安全運行提供了一種智能化的管理手段。