锂电池均衡电路的工作原理分析

新能源和电动汽车的发展，都会用到能量密度比较高的锂电池。而锂电池串联使用过程中，为了保证电池电压的一致性，必然会用到电压均衡电路。今天跟大家一起分享一下，我在工作中用过几种电池的均衡电路，希望对大家有所帮助。

最简单的均衡电路就是负载消耗型均衡，也就是在每节电池上并联一个电阻，串联一个开关做控制。当某节电池电压过高时，打开开关，充电电流通过电阻分流，这样电压高的电池充电电流小，电压低的电池充电电流大，通过这种方式来实现电池电压的均衡。

但这种方式只能适用于小容量电池，对于大容量电池来说是不现实的。

负载消耗性均衡的示意图

第二种均衡方法我没有实验过，就是飞渡电容法。简单的说就是每一节电池并联一个电容，通过开关这个电容既可以并联到本身这节电池上，也可以并联到相邻的电池。

当某节电池电压过高，首先将电容与电池并联，电容电压与电池一致，然后将电容切换到相邻的电池，电容给电池放电。实现能量的转移。

由于电容并不消耗能量，所以可以实现能量的无损转移。但这种方式太繁琐了，现在的动力电池动不动几十节串联，要是采用这种方式，需要很多开关来控制。

飞渡电容法工作原理图，只是画出相邻两节电池的均衡原理图

第一次做均衡，是做的一款动力电池组的充电，电池容量 80ah 的两组并联，要求均衡电流为 10a。原来了解的一点均衡的原理根本不够用，这么大电流都相当于一个一个的小模块了，最后还真的是采用 n 个小模块串联，每节电池并联一个小模块，如果单体电池电压低于设定值，启动相应的并联模块，对低电压电池启动充电，补充能量提升电压，实现均衡。

下图为当时采用的均衡电路的示意图，DC-DC 输入母线既可以是电池电压，也可以是别的模块提供的直流输入，根据需要灵活配置。

主动均衡方法可以采用我前面提到的一个变压器多路输出的方法。

如果你想利用下面的电路示意图，做一个多路输出的反激电源，利用各个模块的输出电压来对电池实现均衡，我估计你需要很深的功力才可以，因为单单交叉调整率这一项就很难。但是，利用这个电路，我们可以换一下思路，各路输出不需要稳压，当然为了防止开路损坏输出电容，我们可以做一个简单的原边反馈。然后在每路输出到电池之间串联一个电子开关，由于这种均衡是配合电池管理系统一起工作的，因此每路输出只要串联一个电子开关，由管理单元控制即可，哪路电压地我们就可以打开这个电子开关，有电源输出给该节电池充电，直到所有单体电池电压达到我们的期望值。

采用这种均衡方法，曾经做过 1000AH，7串电池及 300AH，80串电池的均衡，均衡完成后，所有单体电池电压可以达到 5mV 以内。

多绕组变压器法结构图

主动均衡也可以采用能量转移的方法。所谓能量转移，既可以是从整组电压取能量向低电压补充，也可以是从将电压过高的电池取能量向整组电压反馈。

我在一款通讯电源电源系统中用过第二种方式实现过电池均衡。电路原理图如下：

当时做的是16串锂电池的均衡，分成了两组，每组8只电池串联，这里只画了6只描述工作原理。

如果电池 B5 电压过高，控制 Q5 以 PWM 模式工作，当 Q5 开通，电感 L5 储能；当 Q5 关闭，电感储存的能量就会通过 D5 给电池 B1-B4 充电，降低 B5 电池电压抬高其余电池电压，利用同样的原理可以分析其余电池组电压过高时候的工作过程。

在试验过程中，两组之间各自采用这种方式均衡。当两组之间出现偏差的时候，就可以采用双向 DC-DC 进行能量转换了，这样采用的模块数量较少，设计比较方便。

我当时没有采用双向 DC-DC，而是简单的采用能量消耗性做两组之间电池的均衡。从最终的试验效果来看，电池均衡还是比较不错的。

在均衡过程中，如果对每节电池提供一路充电模块感觉属于杀鸡用牛刀，能量消耗型有达不到技术要求，也就是需要主动均衡，那么前面提到的变压器一拖多输出的方法，也许更适合你的需要，采用合适的变压器，做原边反馈限流的多路输出反激电源即可。

其实，随着动力电池的应用发展，不仅均衡，电池过充过放的保护，也就是我们常说的保护板的应用也会越来越广阔。我们知道原来的18650电芯，十几串的保护板用 ic 很常见，实现短路、过充保护、过放保护。但如果是几十串的电芯呢，不知道有没有接触过这方面资料的网友，可以一起交流下。

这就是截止目前为止，我试验过的四种电池均衡的方式，均衡的电池从 2AH 到 1000AH，串联的节数从7串到120串。

个人感觉如下：

1. 对于 10AH 以内的电池组，采用能量消耗型可能是比较好的选择，控制简单。

2. 对于几十 AH 的电池组来说，采用一拖多的反激变压器，结合电池采样部分来做电池均衡应该是可行的。

3. 对于上百 AH 的电池组来说，可能采用独立的充电模块会好一些，因为上百 AH 的电池，均衡电流都在10多 A 左右，如果串联节数再多一些，均衡功率都很大，引线到电池外，采用外部 DC-DC 或 AC-DC 均衡也许更安全。

目前的均衡都是以电池电压一致作为均衡的结束条件，但随着 SOC 计算越来越准确，容量一致的均衡应该是未来发展的趋势。