电池均衡技术及发展现状,锂电池保护板作用及短板分析

0 锂电池保护板作用及短板

电池虽然充放电性能优异，但是却具有一个明显的短板，那就是惧怕过充电和过放电，一旦发生一次严重的过充电和过放电，锂电池就会受到严重的不可恢复的损害，导致容量降低、内阻增大、功率减小、发热量增加，如果发生多次，则电池的损害程度会急剧加重，导致电池报废，甚至引发电池事故，为了防止这个问题的发生，采用单体锂电池供电的设备，配套使用的锂电池，必须配备专用的锂电池保护板，重点防范锂电池的过充电和过放电，除此之外，还要增加过流保护、超温保护，防短路保护等功能，提高锂电池的安全性。

基于锂电池保护板的保护原理，决定了它只能用于单体锂电池或多个单体锂电池的并联，当多个单体锂电池以串联方式组成电池组时，保护板的存在和保护动作的启动将阻碍电池组的正常运行，因此不适合用于串联锂电池组。

随着锂电池组的大规模应用，对锂电池组的保护又有其特殊要求，锂电池组保护板又应运而生，各种设计层出不穷，形式多种多样，从防止锂电池过充电的角度出发，大部分保护板都增加了“均衡”功能，但都是“被动均衡”，只是均衡电流大小不同、发热量不同而已。大量的应用现实情况表明，大多数锂电池组并没有因为安装了锂电池保护板而明显改善了安全系数和提高使用寿命，由于固有的技术缺陷，安全问题依旧存在和突出，事故不断，锂电池保护板并没有真正兑现它的技术价值。

1 电池均衡技术及发展现状

电池均衡的思想由来已久，但电池均衡技术的实现却困难重重，研发进度远远落后于电池技术的发展，从早期的铅酸蓄电池到后来的镍氢电池，到近几十年发展而来的锂离子电池、三元锂电池、磷酸铁锂电池、钛酸锂电池等动力电池，电池技术的发展，突飞猛进，特别是锂电池，比容量、功率越来越大，但一个严峻问题却越发凸显，那就是安全问题越来越突出，安全管理难度越来越大，特别是大容量高功率储能、动力电池组的一致性管理和热失控管理，难度越来越大。

基于大多数人对锂电池组管理的认知，普遍认为只要能保证每一块锂电池在充电时不发生过充电即可，所以在锂电池组的安全管理策略和实现方法思想上，普遍的共识是，只要能实现充电均衡即可，因此，大多数研发人员都把研发方向选择在充电均衡，由此出现了一股充电均衡研制热潮，研发出各种形式的充电均衡技术，最为经典的就是采用“开关管+电阻”式的被动均衡技术，内置基准电压和控制电路，当电池的充电电压达到和超过充电限制电压时锂离子电池保护板，开关管和电阻工作，对超过限制电压的电池强制放电，这种均衡方式，由于电能通过电阻放电转化为热量释放掉，电阻长时间处于较高的温度下，因此均衡电流通常都比较小，一般在40mA至200mA之间，并且由于介入的时机较晚，因而均衡效果不很理想，即使在后来引入了BMS程序控制机制，将介入时机提前，仍无法达到预期效果，应用上的数据测量也发现，当电池组的充电电流远远大于被动均衡电流的情况下，被动均衡的单元电池发生过充电的概率仍非常高，在充电的中后期，低容量电池单元仍长时间处于过充电状态，导致电池过热，防过充电的效果远远低于预期，更重要的是这种均衡方式不支持放电均衡，被强制充电均衡的低容量电池的电量会率先放完电，一旦BMS系统工作失常，低容量电池就会进入过放电状态，对电池进行二次伤害，加剧低容量电池的衰减，充电时过充，放电时过放，这是被动均衡的必然结果，因此被动均衡仅仅只是一种概念上的宣传，没有多大的实际意义。

在被动均衡问题逐渐显现的情况下，另一种电池均衡技术--充电均衡技术应运而生，虽然仍不支持放电均衡，但充电均衡电流显著提升，降低了低容量电池过充电的风险，另外由于对电能实现了转移，均衡效率提高了很多，但仍是一种过渡性的电池均衡技术，无法从根本上解决问题。

随着社会对大功率储能、动力电池组安全运行的迫切要求，特别是在预防热失控方面，传统的被动均衡和充电均衡技术难以满足安全需求，性能优异的转移式电池均衡技术应运而生，深受研发机构和企业的青睐，设计架构和实现方式多种多样，均衡电流、均衡效率、均衡能力、均衡方式各异，转移式电池均衡技术的问世，对提高电池组的安全运行系数，提高平均容量利用率，防范低容量电池的过充电和过放电，特别是防控热失控故障具有重要里程碑的意义，虽然好处多多，但这种电池均衡技术普遍具有一个非常大的弱点，那就是设备成本过高，用户接受困难，迫切需要一种适应性好、均衡能力强、效率高、成本低的高效电池均衡技术，可喜的是，这种需求的电池均衡技术已在民间诞生，作者通过持续多年的不懈研究，成功研制出低成本的高效电池均衡技术，加之独有的双向同步整流技术，支持10安以上连续均衡电流，特别适合于大功率储能、动力电池组的安全运行需求。