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，在下期的文章中將深入討論均衡電路的設(shè)計和一次性soc調(diào)整方法。

    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_(dá)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。

    圖1a：不均衡狀態(tài)下由軟短路引起的電池包容量損耗。b：均衡狀態(tài)下由軟短路引起的電池包容量損耗。

    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(dá)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(dá)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(dá)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：

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