電阻器、電容器、電感器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器都可用于各種拓?fù)?，為電池組提供電池平衡。由于性能受到電池組中最弱的電池的限制，因此需要電池平衡以獲得最大性能。一旦最弱的電池耗盡，電池組就會(huì)停止提供能量。各種電池平衡電路旨在為構(gòu)成電池組的每個(gè)電池保持相同的電壓，從而確保電池組的最大效率。

用于測(cè)量和控制電池平衡的一個(gè)重要參數(shù)是充電狀態(tài) (SoC)，它量化了電池中相對(duì)于其容量的充電量。電池平衡的目標(biāo)是在給定時(shí)間為每個(gè)電池提供相同的 SoC。

在下圖中，電池組 (a) 的行為類似于標(biāo)稱電壓為 3.7V 的電池組，電池組 (b) 的行為類似于標(biāo)稱電壓為 3.1V 的電池組，而電池組 (c) 的行為類似于標(biāo)稱電壓為 3.4V 的包裝。包 (a) 將提供比包 (b) 或包 (c) 更多的能量。電池平衡將使所有三個(gè)電池組的所有四個(gè)電池都達(dá)到 3.7V，從而提高電池組 (b) 和 (c) 的性能。

圖1 電池電量變化。(a) 具有相同 SoC 的充滿電的電池，(b) 不平衡電池，一個(gè)電池低，(c) 不平衡，一個(gè)電池高。

對(duì)電池平衡的需求來(lái)自多個(gè)來(lái)源。即使對(duì)于最初組裝成電池組時(shí)匹配良好的電池，各種電池也會(huì)以不同的速率發(fā)生幾種形式的退化。例如，由于制造公差，實(shí)際鋰含量可能會(huì)略有不同。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，工作溫度、溫度分布的均勻性、振動(dòng)以及電池組中各個(gè)電池之間振動(dòng)分布的均勻性會(huì)導(dǎo)致電池退化的不同速率。溫度通常是最重要的因素，因此熱管理是最大化電池壽命的關(guān)鍵考慮因素。但無(wú)論溫度、振動(dòng)和其他因素管理得多么好，電池平衡都是最大化電池組性能和壽命的關(guān)鍵。

無(wú)論使用哪種電池平衡方法，都可以使用精密電池管理系統(tǒng) (BMS) IC，它將電池監(jiān)控與電池平衡相結(jié)合，以提高整體電池組性能。BMS IC 的性能考慮因素包括 SoC 測(cè)量的準(zhǔn)確性以及測(cè)量整體健康狀況、平衡速度、效率、成本和解決方案尺寸的能力。所有 BMS 系統(tǒng)和電池平衡方案的目標(biāo)是最大限度地減少電池間 SoC 失配，以提高電池組性能并最大限度地減少電池老化的影響，這可能導(dǎo)致容量損失。

各種有源和無(wú)源技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)電池組的平衡 SoC。被動(dòng)電池平衡可以降低成本，但效率非常低，因?yàn)樗婕皬木哂休^高 SoC 的電池中通過(guò)電阻器釋放“多余”電荷。分流電阻可以不斷地連接在電池之間，也可以在電路中切換進(jìn)出，效率更高但更復(fù)雜。雖然對(duì)于某些低成本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，固定電阻器或開(kāi)關(guān)電阻器方法都可以，但它們不能與鋰電池一起使用，因?yàn)樗鼈儠?huì)帶來(lái)內(nèi)部電池?fù)p壞導(dǎo)致火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。通常采用各種有源電池平衡技術(shù)來(lái)提高效率、增加電池壽命和提高安全性。

有源電池平衡技術(shù)可以根據(jù)需要使用電容器、電感器或 DC/DC 轉(zhuǎn)換器來(lái)有效地將電荷從高 SoC 電池轉(zhuǎn)移到低 SoC 電池。有源電池平衡控制拓?fù)淇梢约?xì)分為幾個(gè)子類別，包括電池旁路、電池到電池、電池到電池組和電池組到電池。

單元旁路方法可以分為三種方法：完全分流、分流電阻和分流晶體管。顧名思義，在電池旁路均衡中，電流將已達(dá)到其最大 SoC 的電池旁路到剩余的電池，直到所有電池都處于最大 SoC。細(xì)胞旁路技術(shù)往往易于實(shí)施且成本相對(duì)較低。但是，它們只能在一個(gè)或多個(gè)電池達(dá)到最大 SoC 且整體效率良好時(shí)在充電過(guò)程結(jié)束時(shí)實(shí)施。細(xì)胞到細(xì)胞方法將儲(chǔ)存在一個(gè)細(xì)胞中的額外能量傳遞給相鄰的細(xì)胞，如果它們儲(chǔ)存的能量較低。雖然這可能比單元旁路更有效，但實(shí)施起來(lái)仍然很復(fù)雜并且速度很慢。