目前來看，汽車電動化必是汽車未來的主要發(fā)展趨勢之一。說起電動汽車，首先便會想到它的動力電池，動力電池的成本高低、續(xù)航時間長短、充電時間快慢以及它的安全性一直被汽車行業(yè)高度關注，其中均衡控制技術便是提升動力電池續(xù)航能力的關鍵技術之一。那什么是均衡控制技術呢？為什么能提高動力電池的續(xù)航能力呢？就讓我們下面一一來進行解答。

均衡控制技術就是要克服電芯不一致性。這里就出現(xiàn)了兩個問題：

1、什么是電芯的不一致性？

2、電芯不一致會造成什么后果？

電芯的不一致性

通俗來說就是每個電芯都是不一樣的。這很好理解，就如同世界上不會有完全相同的兩片葉子。首先在制造生產(chǎn)過程中，很難保證生產(chǎn)出的電池完全一致；其次在使用的過程中，由于外部環(huán)境的不同，日積月累，電芯的容量和電芯中的電量等會存在差異。而其中最主要的外部環(huán)境便是溫度。一般情況下，鋰離子電池的使用環(huán)境溫度高于其最佳溫度10℃時，鋰離子電池的壽命會降低一半。

因為在不同的溫度下，電芯內(nèi)會產(chǎn)生不一樣的化學反應，從而導致每個電芯的差異。那么，能不能對于電芯的溫度進行控制呢？答案是否定的。一方面，在汽車中，動力電池由成百甚至上千個電芯串并聯(lián)組成，其所占體積比較大，在汽車實際行駛過程中，很難控制其中的每個電芯都具有相同的溫度；另一方面，電芯內(nèi)部發(fā)生的各種化學反應和電路中的各種元器件，釋放出的熱量會所有差別，因此電池的這種溫度差異是無法避免的。

那么差異主要體現(xiàn)在什么地方呢？如果將電池比作一個木桶，那么電量就是木桶中的水，也就是人們所說的SOC（荷電狀態(tài)），木桶的容積就是我們所說的電池容量。如下圖所示，左側的電池容量是相同的，但是它們的SOC不同，而右側兩個電池它們的容量和SOC均有差別。

圖 1電芯不一致對比圖

電芯不一致造成的后果

為什么要如此強調(diào)電芯的不一致呢？首先我們要了解鋰電池的一個性能，它會有一個充電上限以及放電下限，如果超過這個上限或者下限，就是我們通常所說的“過充”以及“過放”，鋰電池都可能因為“過充”或者“過放”發(fā)生燃燒甚至是爆炸，這對電動汽車會造成極大的安全隱患，所以我們要避免“過充”以及“過放”。

由于充電上限和放電下限的存在，如下圖所示，在放電時，當一個電芯達到放電下限時，電池的管理系統(tǒng)就會中止電芯的放電過程，其余電芯也無法再進行放電，因此在其他電芯中的電量會被浪費。同理，在充電過程中，如果一個電芯充電到充電上限，該充電過程就會中止，其余電芯中剩余的空間也不能得到利用。這就像我們所知道的短板效應，當一個木桶里有一個短板時，這個桶的其他的板再長，水的容量也無法再增加。這樣會導致很大的一部分電池容量沒有被利用，如果放任這種情況繼續(xù)下去，在電池循環(huán)往復的充放電過程中，沒有被使用的電池容量將會越來越多，電池的續(xù)航能力將大大降低。因此為了應對這一問題，電池的均衡控制技術應運而生。

圖 2電芯充放電示意圖

均衡技術又分成了兩類，一類是被動均衡技術，一類是主動均衡技術。被動均衡技術就是將即將要充滿的電池的電量進行消耗；主動均衡技術就是將即將要充滿的電池的電量進行轉移，兩種方式都能使得電芯電量可以趨于一致，提高電池的性能。

被動均衡技術

一般被動均衡技術會通過電阻，將即將容量要滿的電池的電量通過熱的形式消耗，為別的電芯爭取更多的充電時間。如圖，因為第三個電芯最快充滿，所以會在上面并聯(lián)一個電阻，將其的電量耗散掉，從而1、2、4都可以達到充滿的狀態(tài)。

圖 3 被動均衡技術示意圖

被動均衡電路設計簡單，較容易實現(xiàn)，所以被應用在很多電動汽車上。但是他不能對電池的容量進行改變，而且多余的電荷量被完完全全通過熱量耗散掉，造成了電量的損失。其次耗散的熱量也對鋰電池的散熱系統(tǒng)提出了更高的要求，因為鋰電池對熱是很敏感的，溫度不同他們的容量、SOC都會發(fā)生顯著的差別，也會帶來安全問題。

主動均衡技術

主動均衡技術的大致思路是把電量高的電芯的電量轉移到電量低的電芯中。具體來說就是在放電過程把電量高的電芯A的電量轉移到電芯B那里，讓電芯B不會那么快觸及放電下限。如此類推，最高電量的電芯給最低電量的電芯“充電”，電池內(nèi)的電芯的電量會被周而復始的均衡，提高電池的性能以及整車的續(xù)航能力。充電過程也是如此，對于較快充滿的A電芯，將把較快充滿的A電芯中的電量轉移到第二多電量的電芯中，之后兩個電芯將會同時接近充滿，將兩個電芯的電量再轉移到電量第三多的電芯中，周而復始，直到充滿每個電芯。

圖 4 主動均衡技術原理圖

主動均衡有各種各樣的方式，根據(jù)所使用的電路器件不同，可以分為電容式、電感式、變壓器式等。下面舉一個電容式具體例子來簡單理解一下主動均衡過程。

圖 5 電容式主動均衡原理圖

這是一個主動均衡的主電路，看起來比較復雜，其實原理相對簡單。綠色背景框住的電路圖為其中的一個單元，剩余電路都是這個單元電路的重復。首先，右側的開關全部導通，即Sa21和Sa22閉合，此時，電容C2充電，最終電容C2的電壓與B2相同。然后Sb21和Sb22斷開，左邊一側的開關導通，使得C1、C2、……Cn的電容并聯(lián)，最終各個電容電壓相等。最后，左邊一側的開關斷開，右邊一側開關再導通，電容C與電池B進行能量交換，實現(xiàn)整個電池組中的各個單體電容量的均衡。

圖 6 電容式主動均衡過程

但是，主動均衡也有其缺點，從圖5可以看出，主動均衡所需要的電路復雜，復雜的電路安全性也難以保障，而且在汽車比較難以實現(xiàn)，因此其還在進一步的試驗和發(fā)展中。

由于電芯不一致，為了保障電池的容量利用率，提高電動汽車的續(xù)航，動力電池均衡控制技術不斷發(fā)展。被動均衡技術和主動均衡技術各有優(yōu)劣，現(xiàn)階段主要在汽車上應用的是被動均衡技術，如何進行有效安全的主動均衡，這對于現(xiàn)階段的動力電池控制策略來說是一大挑戰(zhàn)也是機遇。