电池组一致性问题影响及解决方案

　　下面结合具体实例进行阐述。为了使实验更具有普遍性，实验对象采用常见的13串48伏锂电池组，为增强对比性，所用电池均为衰减程度不一的退役锂电池。电池编号为上排从左至右分别为1#至7#电池，下排从左至右分别为8#至13#电池，最右侧的带有“表头供电”字样的电池分别负责为7#和13#电池电压测量表头供电。

　　每块电池的下方对应一块高精度电压表头，实时显示当前电池的实时电压，表头采用级联方式供电，需要消耗少量的电池能量。充电方式为CC-CV模式，恒流充电电流限制为1安，整组充电限制电压54.6伏，当任何一块电池的充电电压达到4.2伏时停止充电(防止过充电);放电方式为CC模式，恒流放电电流为1安，整组放电限制电压39伏，当任何一块电池的放电电压降低到3.0伏时停止放电(防止过放电)。实验前，每块电池均未进行容量和内阻检测。

　　常规放电实验

　　先对所有电池并联充电，充电至4.2V，然后恢复成串联模式继续充电，当其中的任何一块电池再次充电至4.20V时停止充电，切换至放电模式，进行常规放电，实测有效放电时间22分钟时11#电池已降至3.00V，换算成实际放电容量为0.37Ah，该容量就是此电池组的实际容量。

　　此时，整组电池放电结束时刻的电压如图3所示，此时大部分电池的电压仍较高，仍具有较多电量没有释放出来，最大电压差达到0.68V，说明电池组的一致性非常差(后经实际检测，最大容量差异达到3.6倍)。实验表明，一致性问题严重影响和降低电池组的有效容量和SOC值，造成容量的浪费，一致性问题越严重，有效放电容量和SOC的利用率会越低。

　　图3 锂电池组常规放电结束时的电压情况

　　均衡放电实验

　　接下来，将本文电池均衡器实验样机连接到整组电池上，使电池组在电池均衡器的介入下进行充电和放电，充电结束时的各电池电压如图4所示，可以发现，在均衡器的介入下，电池的电压一致性得到极大改善，相对电压差非常小。

　　在保持均衡器连接情况下进行放电，实际放电时间明显延长，当某块电池电压降至3.0V时，整组电池的电压只有39.28V，已接近放电终止电压39.0V，实测有效放电时间达到62分钟，换算成实际放电容量为1.03Ah，实际放电时间和放电容量为常规放电的2.82倍。

　　均衡放电结束时刻的电压情况如图5所示，图中显示，绝大多数电池的电量释放完毕，最大电压差只有0.08V，远低于常规放电结束时的电压差，非常理想;作为实验拓展，对电池组继续放电至总电压到39.0V(13*3.0V=39V)，继续观察各电池电压情况，是否存在有电池过放电的情况，实际放电情况见图6。

　　图4 锂电池组均衡充电结束时的电压情况

　　图5 锂电池组均衡放电到达结束标准时的电压情况

　　图6 锂电池组均衡放电到达放电终止电压39.0V的电压情况

　　进行拓展实验的持续时间只有1分23秒，电池组的总电压就放电至39.0V，经计算，多释放的容量只有0.023 Ah，此时，电压下降幅度最大的依然是9#电池，但电压仍然高达2.968V，远远高于锂离子电池的放电保护电压2.75V，最大电压差只有85MV，说明电池均衡器的电压均衡和电池保护作用是非常高效的。

　　两种放电方式对比分析

　　通过对照实验不难发现，同一电池组，均衡放电明显提高了SOC的可用范围，即提高了电池组的实际利用SOC值和SOC利用率，不同电池容量的利用率得到明显提高，直接提升了电池组的利用率。均衡放电所带来的另一个优势是常规放电所不具有的，那就是安全性的提升。

　　均衡放电通过智能调节不同容量电池的实际放电电流[2,3]，减轻了小容量电池放电电流压力和放电倍率，使不同容量电池电压可以最大限度实现同步下降，有效防范小容量电池的过放电，由于内阻原因引起的温升大幅度降低，有效地防止了热失控的发生概率，使得安全性大幅度提升。

　　结论

　　电池组的一致性问题对于SOC估算和实际可用范围的影响非常大，一致性问题越严重，SOC估算值和实际可用范围越小，本文通过电池均衡理论分析和13串48伏锂电池组的常规放电和均衡放电数据对比实例，证明了支持放电均衡功能的高效实时电池均衡器对于一致性问题的积极影响，不仅大幅度提高了SOC估算值和可用值，而且电池组的运行安全性又得到大幅度提高，对于提高电池组的平均容量利用率和预防热失控意义重大。

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