為了給設備提供足夠的電壓，鋰電池包通常由多個電池串聯而成，但是如果電池之間的容量失配便會影響整個電池包的容量。為此，我們需要對失配的電池進行均衡。本文將討論電池均衡原理以及SOC調整，對在放電過程和充電過程中均衡電池提出幾點注意事項以及電池均衡建議，并討論均衡電路的功能要求。電池均衡原理圖2為目前所用的電池均衡電路。Cell1和Cell3表示電池，(R1,T1)到(R3,T3)為均衡電路。此處假設晶體管T1、T2、T3以及電阻R1、R2和R3為電池監測器的外部元件，實際上可以將它們集成在電池監測器中，但考慮到面積和功耗問題，T1、T2和T3的體積必須縮小。將這些晶體管集成到芯片中可將均衡電流降低到10mA以下，延長失配電池的均衡時間。此外，為避免電池監控器內部發熱引起A/D轉換器和模擬調整電路性能退化而產生錯誤測量結果，每次應當只對一個電池進行均衡。例如，假設在電池放電過程中對Cell1進行均衡，此時充電器斷開，晶體管T2和T3保持關斷，T1導通。電池的電路連接如圖3所示，圖4是其戴維寧等效電路。從等效電路中可得出晶體管T1構成的Cell1放電路徑并沒有從Cell2和Cell3吸收電流的結論。因此，晶體管T1只對Cell1進行放電。同樣，T2和T3也只分別對Cell2和Cell3放電。另一方面，Cell1的放電路徑與負載電阻有關。如果負載電阻比R1+T1高，那么大部分放電電流會經過功率晶體管T1。然而，如果負載電阻較低，部分放電電流便會經過負載，從而降低了均衡效率。電池均衡等效放電電阻的計算公式為：為減少放電時間，功率晶體管的導通電阻必須非常小，同時R1電阻也必須盡可能小。通常負載電阻與系統有關，難以控制。建議選用阻值高過R1+T1的負載電阻，這樣大部分放電電流會經過功率晶體管而不是負載。由于負載電流微乎其微，或者根本沒有，因此首次調整時的效率會比較高。典型的初始化調整時間可長達18小時。如圖5所示，如果在充電過程中進行電池均衡，則充電器提供的電流為Icharge，而Icharge=I'charge+Iload。電池的實際充電電流為I'charge，并在負載電阻斷開時得到最大值。然而，如果在充電階段接入了負載電阻，部分充電電流便會流經負載。在Cell1的均衡過程中，I'charge=I1+I2，I2相對于I1的大小與功率晶體管T1和電阻R1的阻值之和有關。SOC調整SOC調整(conditioning)是指在電池包首次使用前對其進行一次性調整，該過程至少需要一個完整的電池包放電，然后再進行一次完整的充電。在此之后，只需通過在充電時執行一次并不嚴格的均衡程序就可消除因軟短路引起的微小變化。在初始調節過程中電池包的均衡電流最大。通常，18650鋰離子電池的內部電阻約為100Ω。判斷是否需要調整的簡單方法是：如果Cell1在完全充電后比Cell2和Cell3的容量高出15%，而Cell2和Cell3是匹配的，那么就需要進行調整。在調整過程中將負載去掉，并且斷開路徑R1+T1對Cell1進行放電。此時電池為4.2V，流經42Ω均衡電阻的電流為100mA。晶體管的導通電阻通常不到1Ω，可忽略不計。電阻上的功耗為0.42W：4.20V/0.100A=(R1+RT1)=42ΩPdissipation=IV=0.100A×4.20V=0.42W如果在調整過程中使用2,000mAh的電池包，并進行3個小時的放電，則從Cell1上消耗掉300mAh，可修正15%的不均衡。如果使用大容量電池包，則所需的均衡電流和充/放電周期都隨之增加。假設電池包為600mAh，均衡電流仍為100mA，電池包經過3個小時放電，可修正5%的不均衡。下一步是為電池包充電，仍然將T1導通。此時Cell1的充電電流比其它電池少100mA。如果充電時間也是3小時，其它電池的充電量比Cell1多300mAh，實現10%的充/放電修正。如果調整時間足夠長，我們可以使用多個充/放電周期，這樣可修正更多的SOC偏差，也可采用更低的均衡電流進行調節(降低功耗)?？梢栽诔潆姷闹虚g狀態下對電池進行均衡處理，而不是完全放電，但這將減少總均衡時間。電池均衡注意事項在放電和充電期間對電池進行均衡時應分別注意以下問題：a.在放電過程中均衡電池1.在放電過程中進行電池均衡將消耗掉沒有利用到的功率。而在調節過程中對電池均衡時，這些功耗不會影響系統的工作時間，但如果在放電的同時系統處于工作狀態，此時進行電池均衡將產生很多問題。2.在放電期間進行電池均衡所花時間較長。由于放電速度與負載電阻阻值有關，在系統工作時進行均衡效率低。

以上這些器件應該盡可能地實現集成，以避免電池包電路的成本增加太多，如X3100安全/監控IC。X3100集成了一個電平轉換器，以及對每個電池電壓進行監測的監測器，該監測器為差分運算放大器；另外，一個模擬多路復用器允許微控制(帶有內建A/D轉換器)讀取每個電池電壓；通過IC中的軟件，電池包可確定需要均衡的差值并采取正確的校正動作；X3100還提供了FET驅動器，因此無需增加電平轉換電路來獲得微控制器的5V電源電壓。本文小結電池均衡可以在串聯電池出現充電損耗或容量損耗時增加鋰電池系統的可用容量，可提高電池包的使用壽命。目前，集成了電池均衡控制功能的器件已經上市，我們可采用這些解決方案在滿足功能設計同時節省成本。X3100等器件集成了電壓監測電路和FET控制元件，使外部微控