純電動汽車和插電混合汽車中，部分廠家聲稱的「電池均衡」到底是什麼鬼？

01-20

電池為什麼要均衡

在電池單體(cell)製造過程中，製造工業不能保證每個電池100%完全一樣，就和樹上的樹葉一樣，同一棵上沒有完全相同的兩片樹葉。
就算我們假設兩個電池單體完全一樣，兩個電池單體在電池包(pack)中所處的環境也不是完全一樣，有可能cell 1和cel 60周圍的溫度差經常比較大，這兩個電池在以後的多次循環充放電過程中也會慢慢的不一樣。
因為出廠的時候電池單體就不一樣，在以後充放電過程中這個差異會一直存在，而且由於所處的環境不一樣，這個差異會越來越大，表現出來的形式就是，充放電速率不一樣。這個時候就需要我們均衡了。以18650的電池示意圖為例，剛出廠的時候，cell #1 cell # 9兩個電池的容量基本上是一樣的，由於出廠時cell本身的細微差異，加上後天所處環境的不同，兩個單體的差異會越來越大，長時間充放電以後，兩個cell的容量都會減少，一個可能減少得多一些，一個可能減少的少一些，但是圖下所有cell都是出於SOC 100 %的示意圖。

電池的木桶原理（放電過程）

假設電池使用一段時間後，各個cell的SOC如圖所示：MAX_SOC = 90%, MIN_SOC = 40%，這個時候電池包PACK的SOC是由最小的SOC來決定的，也就是所PACK_SOC = 40%，如果不是這個最小值，那其他演算法就是耍流氓。
然後我們時候接著讓電池放電，過一段時間後，各個cell的SOC如下，這個時候我們就不能再繼續放電了，再放電對SOC最小的那個cell損傷很大，但是這個時候，pack中cell最大的SOC有70%。（這裡我們只是假設，只是讓大家有個主觀感受，實際中SOC的差異可能沒有這麼大。）這個時候pack不能再繼續放電了，但是實際上pack還有相當多的剩餘電量，主動均衡就可以將電量最多的cell的電量轉移到電量最少的cell。

cell的木桶原理（充電過程）

充電過程如下圖所示，cell #1已經充滿了，但是cell #5可能充到一半都沒有，但是這個時候我們還是不能繼續充電，如果繼續充電，對cell#1的損傷很大，這個時候就需要被動均衡了，充電過程中的被動均衡。
充電過程中的被動均衡是和花時間的，我們首先將SOC =100%的cell自放電到SOC等於第二大的cell一樣，如下圖。

然後再將電量充到100%
然後依次循環，直到原來最小的cell的SOC為100%，如果cell單體非常多，這個時間很漫長。再來說說市場上那些快充原理，多半是沒有進行這個均衡過程的。
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寫了這麼久，怎麼就被知乎翻出來，有些地方不是特嚴禁。總的來說，市場上的汽車90%以上是被動均衡，我抽個時間update一下這個答案，介紹一下被動均衡和主動均衡，電池管理系統裡面均衡模塊不是一個特別難得模塊，有些BMS廠家把他們的BMS均衡演算法演算法吹上了天，呵呵。

謝邀。
1. 什麼是電池的不均衡？
電池的不均衡指的是電池之間存在電壓、容量及電荷狀態(SOC)的差異的現象。在理想狀態下，我們希望每個電池的各項指標都是一致的，但是由於生產工藝產生的細微差別，實際電池之間或多或少總會有些區別，並且隨著使用時間的增加，由於充放電電流、溫濕度等影響，這些區別會逐漸擴大。具體原因牽扯到電池內部的模型和電化學特性，比較複雜，這裡就不贅述了。
2. 不均衡有什麼危害？
首先，電池單體的電壓比較低（例如鈷酸鋰電池滿電時也只有4.2V），因此在用作電動汽車或者電網儲能的時候，需要將很多節電池單體串聯起來得到所需的高電壓（比如特斯拉Model S的電池組用了74節18650鋰電池並聯再96節串聯共7104節電池單體）。學過電路的人都知道，對於一個單純的串聯繫統，裡面所有元件的電流都是一樣的，要麼一起工作，要麼一起停止。如此一來，電池的不均衡就造成了一個問題，如圖1所示，串聯電池進行充電，此時#3號電池已經充滿。假如電池管理系統（BMS）採集的是整個電池組的總電壓，會判斷系統未達到滿電，繼續充電，則#3號電池將會被過充，引起壽命的減少甚至徹底損壞、爆炸等嚴重後果。因而此時必須停止充電，如此一來，整個串聯電池組中其實只有一節電池被充滿，明明總容量有20kWh，實際只充了19kWh，那麼系統工作時間自然就降低。同樣的，放電時也有類似的問題。

圖1
3. 如何解決均衡問題？
其實解決的思路很簡單，既然電池之間不均衡，那就人為的加點東西，讓電池之間恢復到均衡狀態就行了嘛。
3.1 被動均衡
這是最簡單的方式，如圖2，在每節電池旁邊並一個開關和電阻，如果這節電池的電壓或者能量高於其它電池，那麼開關閉合，電池把多餘的能量通過電阻放掉。比如圖1當中，#3號電池就可以這樣放掉一點電，從而使得整個系統可以繼續充電，最終所有電池都能充滿。

圖2
這種方式的優點是結構、控制非常簡單，成本很低，因此在實際當中有所應用，特斯拉就採用了這種均衡方式，很多公司例如Linear提供的電池管理晶元也自帶了這種均衡控制的介面。但是，這種方式的缺點是多餘能量都通過電阻消耗掉了，造成了能量的浪費和發熱問題。因此，這種方式也叫耗能型均衡。
3.2 主動均衡
上面提的被動均衡是把多餘的能量消耗掉。那麼能不能不要這麼浪費，而是把這些多餘的能量傳遞給能量較低的電池呢？答案是可以的，但是要比被動均衡的實現複雜許多。
所謂主動均衡，其本質是通過開關或是電力電子變換器，選擇需要均衡的電池，以電感、電容等儲能元件作為媒介或緩存器，將能量從一個電池單體轉移到另一個電池單體。理想狀況下，這種方式是沒有能量浪費的（當然實際電路中總會有損耗），因此也被稱為非耗能型均衡。
圖3是一種主動均衡結構，每兩個相鄰的電池單體兩端接一個均衡電路，此均衡電路負責所連的相鄰電池單體之間的能量傳遞。例如，當電池單體B1的能量高於B2時，電路1將B1的部分能量轉移至B2，使得兩個電池單體能量保持一致。
圖3
這種結構的問題在於，能量只能在相鄰的電池間直接傳遞。假如B1要把能量傳給Bn，那麼必須通過均衡電路由B1到B2，再B2到B3，一直到Bn，這樣同樣會造成不必要的能量浪費，同時還增加了均衡所需的時間。

圖4是另一種主動均衡結構，各電池單體通過選通開關與均衡電路連接，哪兩個電池需要均衡就接通對應的開關。這樣能量可以在任意兩個電池單體之間傳遞，不必考慮電池的位置，所以避免了上一種結構的問題。
圖4
但是，因為在同一時間只有兩節電池可以被選中，在串聯電池數目較多的場合，均衡所需的時間將大幅增加，極端情況下均衡速度甚至無法跟上電池不均衡現象的產生速度。因此，這種結構不適用於高電壓場合。
圖5是另一種結構，和上兩種不同，它並不是將單體與單體相連，而是將單體與整個電池組相連。任何一個電池單體可以直接與電池組進行能量的傳遞，這樣所有單體可以同時獨立地進行均衡。
圖5
這種結構的問題是，在電池數量比較多，高電壓的場合，均衡電路的輸入輸出電壓差非常大，如何設計這樣的電路具有很大挑戰。
以上是三種非常基本的主動均衡結構，實際上現在學術界有很多更複雜的衍生結構，有興趣的朋友可以自行搜索。
4. 均衡有實用價值嗎？

這個問題有點大。
首先，隨著電池製造工藝的進步，電池單體之間的不均衡一定是會越來越小的，實際產品中對於均衡的需求度也會越來越低。就目前而言，我所接觸到的電池生產廠家對於均衡還是表示比較需要，只是由於技術以及成本原因，沒有大範圍的得到應用。說到底，這還是一個經濟問題，也就是加入均衡所造成系統複雜程度以及成本的增加，能不能通過能量的均衡所帶來電池放電時間的延長彌補回來。而偏偏這又是一個比較玄的事情，拿電動汽車來說，用戶考慮的肯定是續航里程，但廠家所給出的必然是新車新電池的數據，那假如跑了10萬公里以後，20萬公里以後續航還剩多少？不同的電池廠家所生產的電池，這方面性能自然是不同的，電池廠家會做壽命測試，但並非基於電動汽車所在的環境（可能我接觸的是小廠沒有這方面工作，不知道BYD有沒有）。實際上路，電池工況要複雜得多，加速剎車時候從0到數C的放電變化是家常便飯，在這種情況下跑10萬公里，電池不均衡的情況會到什麼程度，目前還沒有看到很多這方面的數據。從企業宣傳角度講，既然缺乏這方面數據那自然就不會提，用戶也無從得知，這種情況下如果我用了均衡，那勢必在成本上不佔優勢，要不要加就很值得考慮了。
另一方面，即便不均衡的問題確實需要解決，是否就要加電路呢？不均衡的產生是一個逐漸積累的過程，那麼是不是可以在跑了一段時間之後，去4S店進行一次保養，由他們做一次徹底的均衡？當然這和電池本身的性能又有密切關係，做保養頻率顯然不能太高，不能跑個幾千甚至幾百公里就要做一次吧。
說到底，需不需要均衡是由電池說了算的，不同電池之間的性能大相徑庭，需求自然不同。我曾和特斯拉還有福特的工程師聊過這個話題，他們都表示他們所使用的電池在一致性方面問題並不嚴重，最多加個被動均衡就可以了。至於主動均衡，由於成本和可靠性的問題，基本是不會被考慮的。

簡單點說。
1、結構：電動汽車電池裡面是由很多小電池組成的，這麼多電池組成的整體叫做電池包。像特斯拉Modle s的電池包裡面有7000左右節小電池。就算比較大的單體，比如磷酸鐵鋰類的，也要幾十上百個。
2、一致性。既然是好多電池組成，就要一起充電一起放電。就好像木桶一樣，如果一個電池出現短板就會連累大家。有的充的快有的充的慢，有的放的快有的放的慢，有的容量大點點有的容量小點點……
這種不一致會導致整體效能下降，各角度都向最弱的看齊……所謂均衡就是想辦法調整一下嘛……不過用處不大，因為問題來自電池本身。
不過呢，從電池包的角度來講，這個電池廢掉了。但實際上裡面可能還有很多單體，甚至大部分都是好的~~想辦法回收可以省很多錢的~~

串聯電池組有短板效應導致電池組容量會受限於電池組中容量最小的電池單元。

為了解決這個短板效應，可以用電池均衡來平衡各電池單元容量，以此來減小或消除一個串聯電池組中單元容量不一致導致的負面影響。

電池組中，當其中電池的剩餘電量不一致時，BMS會讓電池組在有一個電池滿時即停止沖電，有一個電池放電完時停止放電。這樣導致電池組的總容量受到損失。否則電池會過充、過放，引起電池早期損壞。當這種不一致嚴重到一定程度時，電池BMS會通過放電或充電調整各個電池單體中的電量，使之盡量一致達到充滿和放盡，以恢複電池組的最大容量。
這種策略有點治標不治本的味道，做了肯定是有一點效果的，但電池組中受損的已經受損，只能盡量減少使用中的有害狀態。每到需要時電池組就已經性能受損了，均衡只能盡量恢復一部分而已。
好的電池組是做到不需要均衡或只需要非常少的均衡。

小工程師看到滾來怒答一記☆*:.?. o(≧▽≦)o .?.:*☆
1、均衡主要確保電池單體一致性，延長續駛里程和電池壽命。
2、電池均衡一般是BMS功能模塊之一，然後根據電池系統當前狀態自動啟動的。這個是主動均衡，我也就只知道這個囧。。。一般是充電末期均衡和放電中下端均衡，BMS計算一下電池充滿電所需的時間，充滿後自動進入均衡模式。
3、這個呢，均衡模式，就是BMS判斷需要均衡的單體，就是跟大傢伙不一樣的那一隻，然後以某個特定電流值進行均衡，比如1A，醬紫。
以上。
本小工程師最近要跳巢，有大神看到跪求拉走(°_°)

汽車電池包是由很多小電池組成。。。。所謂的電池均衡是讓這些小電池的充放電一致，剩餘電量一致，這樣整個電池包才可以在最高效率，如果電池包中某個電池過放或者剩餘電量變低那麼整個電池包內阻會變大，電池包效率會下降，汽車裡程會變短！

保證每個單體電池的電壓一致。。。這也是特斯拉的核心技術。。。。

主動、被動均衡主要是看電池的容量，30A一下，沒有倍率放電，被動均衡就很好了。主動均衡主要是用於30A~200A即以上的大功率系統，而大功率系統據需要大功率的均衡，hoho，我們就搞這個

電池組會產生木桶效應，使用過程中會產生個別的電池電量不一樣，會影響使用的效率，所以電池組一般都會有一個均衡模塊或均衡電路，主動或被動的調節每節電池的電量使其幾乎一致。

這個問題已解決，參考我朋友的鋰電池主動均衡器 https://weidian.com/i/1957681246?wfr=c

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