近年來，越來越多的產品采用鋰離子電池做為緊要電源，緊要是由于鋰離子電池具有體積小，能量密度高，無記憶效應，循環壽命高，自放電率低等優勢；但同時鋰離子電池對充放電要求很高，當過充、過放、過電流及短路等情況發生時，鋰離子電池壓力與熱量大量新增，容易出現火花、燃燒甚至爆炸，因此，鋰離子電池無一例外地都加有過充放電保護電路。另外，當對一組鋰離子電池充放電時，考慮到各個單體電池的不一致性，可采取均衡措施來確保安全性和穩定性。本文緊要分解了均衡解決的緊要性，實現辦法，及與保護解決的關系。

均衡電路

均衡的意義就是利用電子技術，使鋰離子電池單體電壓偏差保持在預期的范圍內，從而保證每個單體電池在正常的使用時不發生損壞。若不進行均衡控制，隨著充放電循環的新增，各單體電池電壓逐漸分化，使用壽命將大大縮減。

一般情況下，充電時鋰離子電池單體電壓的偏差在50mV范圍是完全可以接受的。造成單體電池電壓偏差的緊要原由一方面是單體電池存在差異，另一方面測量的電子電路消耗所造成的。

均衡的辦法有很多種，譬如開關電容均衡法，降壓型變換器法，均勻電壓均衡法，在這里就不一一贅述。本文采用的是均勻電壓均衡法，原理框圖見圖1，圖中只給出了一只單體電池的均衡電路，其它各單體電池也配備相同的均衡電路，其中放大器由單體電池供電。

這種均衡控制電路的思路是：單體電池電壓與均勻單體電池電壓相比較，控制功率開關將電池電壓高于均勻電壓的單體電池分流。因此，所有單體電池電壓在均衡電路的用途下趨向均勻電池電壓。

此電路初看起來是開環控制，實際上由于電池內阻的用途，均衡電路工作在具有負反饋特性的閉環狀態。為了戒備均衡電路在電池包放電時工作，可以在功率開關下端串聯穩壓二極管，這樣在電池放電時，電池電壓較低而失去分流回路。

保護和均衡的關系

設每節電池的當前電壓為Vbati(i=1-7)，最大電壓為Vmaxi(i=l-7)，最小電壓為Vmini(i=1-7)，總當前電壓為Vall，總最大電壓為Vmax，總最小電壓為Vmin。則有：

總體電壓與變化最大的單體電壓密切相關。所以，我們的重點就放在解決電壓變化率大的電池上，選擇七節相對匹配度高的電池，使所有電池的變化趨于一致，盡可能戒備因為某節電池的電壓變化率太大造成的整體失調問題。

均衡的用途是滿足(4)式，并且用它來控制分流，以達到最終所有電池都洋溢的這一理想狀態。保護的用途是滿足(2)(3)式，對單節電池的最大電壓和最小電壓進行控制，以達到總體電池電壓的安全范圍。為了凸現保護和均衡各自的用途，本文采用了獨立自由元分解法。

僅有保護的情況

由于電池包內單體電池間的差異，在串聯充放電時特性會有所不同，所以要保護。有了保護，使用的安全性才有保障。

但同時引入了一個新問題：總體電壓不能反映單節電池的電壓。假設總體電壓Vall為28.0V，過充電保護測試電壓Vmaxi(i=1-7為4.2V，并且有3節已經處于充電保護狀態；這時由(1)式，可以很容易計算出剩下的4節電池均勻電壓為3.85V，還可以持續充電，所以就不能以28.0V作為標志來從總體上終止充電。進一步分解，29.4V也不能作為標準。因為以29.4V作為標準意味著7節電池都處于充電保護狀態，一旦某一節到不了4.2V，就會形成死循環。綜上可知，充電的終止標志無法明確給出，應當比29.4V小，下限由正常工作的電壓決定。

在本文里，采用了MM1414的辦法[1]，對七節電池進行了保護(見圖2)。

采用圖2的保護電路，得到的探測結果示于表1。

僅有均衡的情況

均衡的用途是使各單體電池的當前電壓趨干一致[2]。實現了均衡，總體電壓就可以作為一個終止充電的標志。均衡在這里是電壓均衡，其實電壓并不能線性反映電池容量的變化，所以這樣的均衡最終只是實現了所有電池電壓的接近一致性，而不是電池容量的一致性。另一方面，即使容量相同，其充放電特性也不會完全一致，這也會造成均衡的不協調性。

在本文里，采用均勻電壓均衡法，對七節電池進行解決，如圖3。

采用圖3的電路，得到的探測結果見表2。

既有保護又有均衡的分解

經過上面的分解，有關鋰離子電池包，均衡和保護都是必要的。所以，在本文里最后把保護和均衡同時做到一個電路里，得到的試驗結果，是比較理想的。

一方面，均衡基本上可以使個單體電池的電壓趨于一致，不存在某一單體電壓太高或太低的情況；另一方面，保護使得電池包整體系統更可靠，更安全。

結語

本文著重分解了鋰離子電池包的均衡和保護的關系，并通過試驗驗證，均衡和保護都有其相應的用途，惟有加以合理的使用，才可能在總體上達到一個比較好的效果。

上海微系統與信息技術研究所李祖布孫寧蘇瑞豐