文 献 综 述 摘要：锂电池具有能量密度高、功率密过程度高、安全性高等特点，广泛应用于各类储能系统中。由于电池单体容量和电压等级的限制，为了满足大容量和高电压的应用需求，需要将大量的电池单体进行串并联连接，构成电池组。由于制造工艺和使用环境的不同，电池单体间内阻、库伦效率等参数的不一致在反复充放电中累积，表现出电量的不均衡，导致电池组可用容量下降、电池组整体功率衰退等问题。因此，为了缓解由于电池组内单体电量不均衡造成的电池组性能衰退，本文在借鉴现有均衡拓扑与均衡策略研究的基础上 ，针对双向主动均衡结构与控制策略展开研究。针对电池均衡问题，本文通过分析、比较以往的研究成果，对现有的电池均衡技术及其技术难点进行总结阐述。
关键字：锂离子电池； 储能系统；串联电池组；电池均衡；
1 引言
能源危机及环境破坏是当下社会的热点问题，各国都在积极推进新能源技术的研究[1]。在新能源技术中，锂离子电池以其能量密度高、无记忆效应、使用寿命长等优点广泛应用于各类储能系统中[2]。锂离子电池单体电压等级有限，单体电池不能满足于储能系统的功率和总电压要求，因此需要将电池单体进行串、并联构成电池组，从而提高电池组的整体电压等级和功率水平[3]。但是单体电池之间的化学和电气特性存在一定差异。造成这种不一致性的主要原因有电池在制作过程中材质工艺的差异，这种不一致性主要表现在电池的容量、直流内阻、开路电压、荷电状态（State-Of-Charge，SOC）等参数上[4]。此外，电池在不同环境温度下使用，随着使用次数的增加，其老化程度也会存在不同从而增大单体之间的不一致[5]。随着电池的长时间使用，单体之间的差异逐渐积累会形成电池单体之间的电量不均衡，这种不均衡不仅影响电池组整体容量，还会制约电池组的整体功率性能[6]。而电池均衡技术是解决电池组不一致性、提高系统性能的有效方法。
2 电池一致性
电池不一致原因主要分为两类：（1）在电池生产过程中，电池原材料粒径的控制、正负极涂布、极片卷绕、电解液加注、电池封口等步骤较易出现偏差，电池内部结构无法完全一致，进而导致同型号、同批次的电池容量、内阻等性能参数不一致；（2）在电池成组使用的过程中，电池单体环境温度、自放电程度、通风情况等条件有差异，导致电池容量、内阻等参数的不一致性有所增加。随着电池组循环充放使用，电池间不一致性差异逐渐扩大，严重限制电池组整体容量及循环寿命[6]。文献[7]研究了温度、放电倍率对电池一致性的影响，文献[8]分析了电池副反应机理及其对电池一致性的影响，文献[9]、[10]主要分析了库伦效率对于电池一致性的影响。
针对电池一致性的判断方法，利用电池管理系统对电池参数进行实时监测是行之有效的手段。由于采集的数据信息与电池实际状态有所区别，因此通过建立电池模型，在采集电池数据信息的基础上进一步准确估计电池状态。文献[11]提出了一种联合修正估算法，在电池等效电路模型的基础上估算电池SOC并进行一致性判断，文献[12]建立了电池电化学-热耦合模型，从电化学机理上研究电池一致性的判断。利用数据处理与趋势预测的手段也可以对电池一致性的变化过程进行预测及判断[13]。
3 电池主动均衡技术
均衡按照能量转型形式可以分为被动均衡和主动均衡两大类。被动均衡主要采用电阻等耗散元件将能量耗散，其结构简单，但能量以热量散失，导致电池组温升大、影响电池组造成使用[14]。主动均衡电路主要包括基于电感、电容、变压器等电路拓扑，相比于被动均衡方法，有效改善了能量转移模式，使能量在电池组内部重新分配[15]。考虑到不同的均衡电路拓扑其能量传递方向、效率等特点差异很大，因此均衡控制策略与均衡拓扑紧密联系。
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