锂离子电池组均衡电路的发展现状

锂离子电池组均衡电路的发展现状

赵志立、于洋、林烨（通讯作者）

天津市捷威动力工业有限公司   天津市  300380

摘 要：在当前的能源领域，随着人们对于可再生能源的需求不断增加，锂离子电池作为一种新型储能技术逐渐受到关注。而锂离子电池组平衡电路则是其中的关键组成部分之一，其主要作用是控制电池电压和电流输出，保证整个电池组的工作稳定可靠。因此，本文重点研究锂离子电池组均衡电路的发展现状，旨在为相关领域的发展提供参考意见和建议。

关键词：锂离子；电池组；均衡电路；发展

锂离子电池作为一种新兴的储能装置，具有高能量密度、长寿命、低维护成本等优点，被广泛用于电动汽车、无人机、智能手机等领域。但是，由于其电化学特性较为复杂，需要进行有效的控制才能保证其正常工作，平衡电路就是实现这种控制的关键所在。

1锂离子电池组均衡电路基本原理

1.1性能指标

在锂离子电池组中，均衡电路是控制和调节电池电压的重要组成部分。均衡电路的主要功能是对不同电池之间的电平进行平衡，以确保整个电池组能够稳定地工作并提供稳定的输出电压。因此，均衡电路的设计需要考虑多种因素，如电池容量、温度变化等因素对电池的影响以及外部环境的变化等等[1]。均衡电路的性能指标主要包括稳定性、效率、功率密度等方面。其中，稳定性是最为重要的一个方面，因为如果均衡电路不能够保证电池间电压的一致性，就会导致电池放电速度不均匀，从而影响整个电池组的工作效果。此外，均衡电路还需要具备较高的效率和功率密度，以便于实现高能量密度和低成本的目标。为了达到这些目标，均衡电路设计者通常采用一些先进的技术手段来提高其性能表现。例如，利用数字信号处理技术可以实现更加精确的电压控制；通过优化电路结构也可以降低功耗和减小体积大小；同时，还可以结合传感器技术实时监测电池的状态，及时调整均衡参数以适应不同的工况。

1.2设计要求

均衡电路应该能够有效地平衡各个单元之间的电压差，以确保整个电池组的稳定性和寿命，均衡电路还需具备较高的效率和低功耗的特点，以便于实现对电池组的高效控制和管理。此外，均衡电路还需要具有一定的自适应性和鲁棒性，以应对不同工作环境和使用情况的变化。均衡电路的设计也应考虑成本效益的问题，尽可能地降低设备的制造和维护费用。为了满足这些需求，锂离子电池组均衡电路通常采用一些基本技术手段进行设计。其中最为常见的是基于电流反馈的方法。这种方法通过将每个单元的输出端与输入端相连接，并利用电流反馈信号来调节各单元的充电状态，从而达到平衡的目的。同时，均衡电路还可以采用其他方式如电压反馈、温度反馈等来提高其性能和可靠性。

2锂离子电池组均衡电路的发展现状分析

2.1实现方式

锂离子电池组均衡电路是用于控制和调节电池电压的电子器件，其设计需要遵循一定的原则。平衡电路应该具有高精度度和稳定性，以保证电池电压的准确性和可靠性；平衡电路应具备较高的效率，以便在较小的空间内容纳更多的电解液和电池组件。此外，平衡电路还需考虑成本效益问题，尽可能地降低制造成本和维护费用。平衡电路可以分为两类：恒压型和恒流型。恒压型平衡电路主要用于保持电池电压稳定不变，而恒流型平衡电路则主要负责调整电池电流的大小。两种类型的平衡电路各有优缺点，具体选择取决于应用场景的不同。 平衡电路通常采用三相整流技术来实现。其中，负极侧的平衡电路一般采用直流-直流变换器进行转换；正极侧的平衡电路则采用交流-直流变换器或逆变器进行转换。同时，为了提高平衡电路的效率，还可以使用功率开关管或者半导体器件来代替传统的电阻、电容等元件。

2.2应用现状

在锂离子电池组中，均衡电路是保证其正常工作和延长寿命的重要组成部分。平衡电路的作用主要是通过调节各个单元之间的电压差来达到最佳的电化学性能。目前，平衡电路主要分为两类：恒压式和平衡式两种类型。其中，恒压式的平衡电路主要用于控制电池组内部各单元的电压值保持一致，以避免过充电或过放电现象发生；而平衡式则更加注重对不同单元间的电压差异进行调整，从而实现整个电池组的最佳电化学性能。平衡电路的应用范围非常广泛，例如在电动汽车领域，平衡电路可以帮助车辆在行驶过程中稳定地提供动力输出，提高续航里程和安全性能。此外，平衡电路还可以应用于其他领域的能源储存设备，如太阳能板、储氢罐等等。因此，平衡电路的研究对于推动新能源技术发展具有重要的意义。随着科技不断进步，平衡电路也在不断地改进和发展。当前，平衡电路的主要研究方向包括但不限于以下几个方面：一是针对不同的电池种类设计出适合的平衡电路方案，以满足不同需求的要求；二是利用先进的数字化技术优化平衡电路的设计与调试过程，提高效率和精度；三是在实际应用中探索新的平衡电路结构和算法，以进一步提升系统的可靠性和稳定性。

3锂离子电池组均衡电路优化方法

3.1均衡电路的拓扑结构

在锂离子电池组中，平衡电路是控制和调节电池电压的重要组成部分。其主要作用是对不同电池单元之间的电平进行补偿，以保证整个电池组的稳定运行状态。平衡电路的拓扑结构是一个关键因素影响平衡电路性能的因素之一。目前，平衡电路的主要拓扑结构有串联型、并联型、混合型等多种形式。其中，串联型平衡电路是最常见的一种结构，它通过将多个电池单元连接在一起形成一个整体来实现对电池单元之间的电位补偿。而并联型平衡电路则是将多个电池单元分别连接到一个电阻器上，然后再将其连接起来组成一个电路，从而达到对电池单元之间的电位补偿的目的。此外，还有一些混合型的平衡电路结构，它们结合了串联型和平联型两种结构的优势，能够更好地满足实际应用的需求。然而，这些平衡电路结构都有各自的特点和优缺点。例如，串联型平衡电路可以提高电流输出能力，但容易出现过流保护等问题；而并联型平衡电路则具有较高的稳定性和低成本优势，但是由于电阻器的存在，会导致功率损失较大。因此，选择合适的平衡电路结构需要综合考虑各种因素的影响，如系统容量、负载特性、环境温度等因素。

3.2加强均衡电路的控制

传统的均衡电路主要采用PID算法进行调节，但是这种方法存在一定的局限性，如对噪声敏感、易受到外界干扰等问题影响较大。因此，为了提高均衡电路的稳定性和可靠性，需要提出更加有效的控制策略。目前，针对均衡电路的控制问题，国内外学者提出了多种不同的控制策略。其中，基于神经网络的控制策略是一种较为新颖的方法。该方法利用人工神经元模型来模拟电池组的动态特性，通过学习过程不断优化控制参数，从而达到更好的均衡效果。此外，还有一些研究者采用了模糊控制理论或遗传算法等非线性数学建模技术，以求解电池组的优化控制问题。这些方法具有较强的适应性和鲁棒性，能够更好地应对各种复杂的工作环境。除了以上几种控制策略外，还有一种新的控制方式，即自组织控制法。该方法将电池组视为一个自治系统，通过建立反馈机制和激励函数，使整个系统的状态自动地调整到最佳状态。

4结语

综上所述，均衡电路的控制策略是一个非常关键的研究方向，其发展对于保证电池组的正常运行至关重要。在未来的研究工作中，应该继续探索新型的控制策略，并结合实际情况进行实验验证，以便于进一步完善锂离子电池组均衡电路的设计与制造。

参考文献：

[1]田晟，肖佳将.基于正交层次法的锂离子电池热管散热模组数值模拟分析[J].化工学报，2020 (8)：3510-3517.

第一作者简介：赵志立（1988.07-），男，天津人，汉族，本科学历，工程师，研究方向(主要从事的工作）:锂离子电池。

第二作者简介：于洋（1987.03-），男，山东烟台人，汉族，本科学历，助理工程师，研究方向(主要从事的工作）:锂离子电池。

通讯作者简介：林烨（1990.12-），男，福建人，汉族，硕士学历，工程师，研究方向(主要从事的工作）:锂离子电池。