電動汽車用動力鋰電池組一般采用多個電池單體串并聯的結構,由于電池單體本身的不一致性,需要在電池組充、放電過程中進行能量的均衡控制。

采用雙層準諧振開關電容的均衡方法進行串聯電池組的能量主動均衡,通過對常規雙層開關電容均衡方法的改進,利用準諧振軟開關實現開關的零電流導通和截止。仿真及實驗結果驗證了該方法的有效性。

電動汽車及混合動力汽車都需要動力電池組，目前的蓄電池，不論是鉛酸電池、鎳氫電池還是鋰離子電池，由于單體電壓較低，在應用到電動汽車時都需進行多個電池的串并聯以滿足汽車所需要的高電壓。鋰電池是目前已經商業化應用的電池中能量密度最高的，因此在電動汽車和混合動力汽車上獲得了較多應用。

在鋰電池的生產制造過程中，不可能做到電池特性的完全一致，由于生產工藝問題和材質的不均勻性，使電池極板厚度、微孔率、活性物質的活化程度等存在微小差異，這種電池內部結構和材質上的不一致性，導致同一批次出廠的電池的單體電壓、電池容量、內阻等參數不一致。

另外，在電池裝車使用時，由于電池的安裝位置不同、散熱情況的差異、自放電程度的差別等影響，在一定程度上增加了電池各參數的不一致。這種不一致性導致鋰電池的串聯應用時，需要電池管理系統對電池在充、放電過程中進行能量動態均衡，以避免單個電池出現過充電或過放電，并最大限度地保證每個單體電池的容量相當，從而保證電池組的使用壽命和可靠性。

目前電池組應用的均衡方法主要分為被動均衡和主動均衡兩大類。被動均衡也稱為耗散型均衡，其實現方式即在每個單體電池上并聯一個可控的電阻進行分流，將容量多的電池中多余的能量消耗掉，實現整組電池電壓的均衡。

主動均衡即能量轉移均衡，其實現方法是將電池單體能量高的部分轉移到能量低的電池單體，或是用整組電池能量補充到單體最低的電池，在實施過程中需要一個儲能環節，以便能量通過這個環節重新進行分配。

目前有許多種主動均衡理論，其中包括利用開關電容變換器的均衡方法。A. C. Baughman等在此基礎上提出了雙層開關電容的理論，提高了單層開關電容均衡的效率。

本文提出一種改進的諧振型雙層開關電容的均衡控制方法，通過使用LC串聯的諧振開關電容系統，實現開關的零電流導通及關斷，可以進一步降低開關損耗，改善電磁干擾( Electro Magnetic Interference，EMI)問題，提高均衡的效率。

圖9 實驗電路及電池電壓波形

結論

鋰電池組的能量均衡控制是電池管理系統的重要功能之一，傳統的雙層開關電容電池組充、放電均衡方法由于使用了硬開關，存在較大的電磁干擾和開關損耗問題。

本文提出一種采用準諧振雙層開關電容的均衡結構，通過軟開關技術的應用，實現開關切換時的零電流導通和截止，有利于降低開關損耗和提高均衡的效率，并在系統仿真和電路實驗中得到了驗證。