鋰離子電池使用中為了滿足能量和電壓的需求，需要將數(shù)百只甚至是數(shù)千只單體電池通過(guò)串聯(lián)和并聯(lián)的方式組合為電池組，理論上這些單體電池應(yīng)該具有完全相同的特性，但是實(shí)際上由于制造和生產(chǎn)過(guò)程相關(guān)工藝參數(shù)的波動(dòng)，即便是同一批次的鋰離子電池在性能上仍然存在一定的差異（例如容量、內(nèi)阻和衰降速度等），雖然在在成組之前我們會(huì)進(jìn)行篩選和匹配，仍然無(wú)法保證100%的一致，因此成組后，在使用過(guò)程中這些差異就會(huì)隨著循環(huán)次數(shù)的增加而不斷積累，導(dǎo)致單體電池之間的性能差異不斷擴(kuò)大，同時(shí)由于電池組龐大的電池?cái)?shù)量，在使用過(guò)程中電池組內(nèi)部必然存在一定的溫度梯度，溫度梯度的存在也會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻的不一致性和電流分布的不一致性，從而導(dǎo)致單體電池衰降速度的不一致，這些因素都會(huì)導(dǎo)致電池組的循環(huán)性能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單體電池的循環(huán)壽命，例如北京公交示范線上運(yùn)行的公交車，在沒(méi)有均衡器保護(hù)的情況下，盡管單體電池壽命可達(dá)1000次以上，但是在組成電池組后僅僅經(jīng)過(guò)150次循環(huán)就出現(xiàn)了嚴(yán)重的容量衰減，抽檢發(fā)現(xiàn)部分單體電池的容量已經(jīng)低于額定容量的80%以下，這主要是因?yàn)閱误w電池在庫(kù)倫效率、衰降速度和內(nèi)阻增加方面的微小差異在循環(huán)中持續(xù)積累，最終導(dǎo)致了部分單體電池衰降速度過(guò)快。

單體鋰離子電池之間的不一致性主要包含溫度、電壓、SoC、容量和內(nèi)阻等指標(biāo)，如果我們將時(shí)間因素也考慮在內(nèi)，鋰離子電池的不一致性還應(yīng)該包含自放電、庫(kù)倫效率、容量衰降速度等，上海理工大學(xué)的LongZhou等將這些不一致因素分為三類：第一類為初始因素，例如電池的容量、內(nèi)阻等，他們決定了鋰離子電池的基本能力；2）第二是現(xiàn)在因素，例如容量、電壓、SoC等，這些指標(biāo)決定了鋰離子電池目前的能力；3）第三是時(shí)間積累因素，例如容量衰降速度、內(nèi)阻增加速度和充放電庫(kù)倫效率，這些因素決定了鋰離子電池未來(lái)的能力。鋰離子電池一旦成組后，電池組的“初始狀態(tài)”和“現(xiàn)在狀態(tài)”就已經(jīng)確定，我們需要解決就是“時(shí)間積累因素”對(duì)電池組性能造成的影響。

電池組壽命提升五倍以上，均衡為什么這么牛？

“時(shí)間積累因素”對(duì)鋰離子電池組性能的影響主要是通過(guò)反復(fù)循環(huán)中的積累體現(xiàn)，我們以“容量衰降速度”為例，如果兩個(gè)串聯(lián)在一起的兩只電池A和B，假設(shè)其中A電池的每次循環(huán)中的平均可逆容量衰降速度為0.005%，而B電池為0.008%，這兩只電池容量衰降速度的不一致會(huì)在循環(huán)中持續(xù)積累，循環(huán)500次后，A電池容量衰降為2.5%，而B電池則達(dá)到了4%，如果在沒(méi)有均衡保護(hù)的條件下，B電池由于可逆容量衰降速度較快，因此在充電的時(shí)候當(dāng)A電池充滿電后，B電池實(shí)際上已經(jīng)發(fā)生了顯著的過(guò)充，造成B電池容量加速衰降，甚至引發(fā)B電池的熱失控。實(shí)際上鋰離子電池在循環(huán)初期衰減速度明顯高于后期，因此A和B之間的容量衰降速度差別還可能更大，同時(shí)在B電池發(fā)生過(guò)充和過(guò)放后，其容量衰降速度還會(huì)進(jìn)一步加速，因此一個(gè)鋰離子電池組在沒(méi)有均衡保護(hù)下情況下性能衰降速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于單體鋰離子電池。

鋰離子電池的均衡策略主要可以分為兩類：1）耗散型均衡；2）非耗散型均衡。兩者的主要區(qū)別在于均衡過(guò)程中電池的能量的去處，其中耗散型均衡通過(guò)直接對(duì)所有電池放電到某個(gè)固定電壓值，從而恢復(fù)單體電池之間的平衡，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是能源浪費(fèi)較多，同時(shí)存在產(chǎn)熱的問(wèn)題。非耗散型均衡通過(guò)將電壓較高的單體電池的電量轉(zhuǎn)移到電壓較低的電池之中，實(shí)現(xiàn)單體電池之間的均衡，優(yōu)點(diǎn)是能源浪費(fèi)少，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。

電壓是鋰離子電池在均衡中最為常用的參數(shù)，通過(guò)測(cè)量電池組內(nèi)不同單體電池的電壓，一旦單體電池的之間的電壓差值達(dá)到某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，均衡器就開始工作，對(duì)單體電池進(jìn)行均衡，均衡器的使用大大減少了循環(huán)中單體電池之間的偏差，提升了電池組的循環(huán)性能。