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，但是實際上由于制造和生產(chǎn)過程相關(guān)工藝參數(shù)的波動，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進行篩選和匹配，仍然無法保證100%的一致，因此成組后，在使用過程中這些差異就會隨著循環(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大，同時由于電池組龐大的電池數(shù)量，在使用過程中電池組內(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，這些因素都會導(dǎo)致電池組的循環(huán)性能要遠遠低于單體電池的循環(huán)壽命，例如北京公交示范線上運行的公交車，在沒有均衡器保護的情況下，盡管單體電池壽命可達1000次以上，但是在組成電池組后僅僅經(jīng)過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，這主要是因為單體電池在庫倫效率、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倫效率，這些因素決定了鋰離子電池未來的能力。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“時間積累因素”對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？

“時間積累因素”對鋰離子電池組性能的影響主要是通過反復(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電池則達到了4%，如果在沒有均衡保護的條件下，B電池由于可逆容量衰降速度較快，因此在充電的時候當(dāng)A電池充滿電后，B電池實際上已經(jīng)發(fā)生了顯著的過充，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，同時在B電池發(fā)生過充和過放后，其容量衰降速度還會進一步加速，因此一個鋰離子電池組在沒有均衡保護下情況下性能衰降速度要遠遠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)別在于均衡過程中電池的能量的去處，其中耗散型均衡通過直接對所有電池放電到某個固定電壓值，從而恢復(fù)單體電池之間的平衡，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，但是能源浪費較多，同時存在產(chǎn)熱的問題。非耗散型均衡通過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，實現(xiàn)單體電池之間的均衡，優(yōu)點是能源浪費少，缺點是結(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)，通過測量電池組內(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到某個標(biāo)準(zhǔn)，均衡器就開始工作，對單體電池進行均衡，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。