1.1 课题来源及目的

此课题来源于锂离子电池的实际应用需求，由于锂离子电池具有高比能量、高比功率和超长寿命等一系列的优点，实际应用中多将锂离子电池作为消费领域、电动汽车领域及储能领域的首选解决方案。但是，锂离子电池作为动力装置或储能装置还存在一些问题：

（1）安全性差。锂离子电池过充和过放容易导致电池的化学物质分解，致使电池膨胀，严重时甚至起火。

（2）相容性差。电池采用不同的正负极材料，会有不同的标称电压，而且随着使用次数的增加，电池的容量和性能也会发生不同程度的衰变。

（3）端电压低。在应用过程中，多个电池以串并联的形式构成电池组，在电池组中，各电池单体的充放电接受能力和容量衰减速率不相同，容易造成电池SOC的不均衡。

当以锂离子电池组作为电动汽车的动力装置或分布式发电系统的储能装置时，电池的 SOC不一致会减小电池的实际可用容量，增加容量的衰减速率，给系统的安全运行带来巨大的挑战，因此有必要在电池组中引入锂离子电池均衡器。

1.2 研究现状

电池均衡装置是解决电池组安全性的有效措施，为电池组配备电池均衡装置，使电池组内的单体电池保持均衡状态。当前的主要均衡方式有主动均衡型和被动均衡型。被动均衡是通过消耗能量来实现均衡，也称能耗均衡或者有损均衡；主动均衡通过电容、电感、变换器从高电压的单体电池中转移能量到低电压的单体电池中，从而实现电池组的均衡，也称非能耗均衡或者无损均衡。

被动均衡型，采用电阻等耗能元件并联在单体电池电路中，对电压过高的单体电池的电量以热量形式进行消耗，也可以对多节单体电池同时进行均衡。因为将电能转变成热量耗散，所以均衡电流是一个非常关键的因素，若均衡电流大，产生的热量则大，就需要解决散热问题；若均衡电流小，则在大容量电池组中进行均衡的效率很低，需要完成电池组均衡所需的时间较长。

每个锂电池单体上并联一个耗能电阻和通断开关。通断开关的控制由单片机系统软件进行控制，耗能电阻的选型应该建立在考虑热量消耗和均衡效率等基础上。该方式应用灵活，操作简单，成本低，但因为消耗能量产生的热量但因为耗能电阻的选型问题，一般选择于均衡充电过程中，适用于小容量电池。被动均衡将SOC较大电池的多余能量转化为热量，在该方法中电池组的效率较低，并且多余的热量还会导致电池组的热量分布不均，加剧SOC的不一致性。随着各种应用场合对电池组的要求不断提高，传统的能量耗散被动均衡方法将难以满足电池组安全性和效率性的要求。因此，大量学者和工程师开始研究主动均衡技术。

主动均衡通过电容、电感、变换器从高电压的单体电池中转移能量到低电压的单体电池中，从而实现电池组的均衡，也称非能耗均衡或者无损均衡。在2018年发表的《锂离子电池组均衡方法的研究进展》一文中，作者从控制复杂度、速度、成本、效率和体积五个方面对现有的几种主流均衡方法进行综合性评估，得出开关电容均衡是比较理想的均衡方式。

因此，本课题对基于开关电容结构的主动均衡进行研究。