电池串联组的均压问题

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充电电压均匀地分配到串联的单体电池是电池管理系统的一项重要功能。在为汽车的铅酸起动电池充电时，通常会使用一个充电电压，例如13.5V，这个电压会平均分配到电池中的每个单体电池上。

对于一个包含6个单体电池的铅酸起动电池而言，每个单体电池的电压大致在2.25V左右。



由于每个单体电池的状态和性能可能有所不同，存在微小的电压差异是正常的。如果某个单体电池储存了更多的能量，它的电压可能会略高于其他单体电池，形成了电压的轻微偏差。

例如，某个单体电池的电压可能达到2.5V，而其他单体电池的电压平均在2.20V左右。

这种微小的电压差异是可以接受的，因为铅酸电池对于这种单体电池电压的偏差有较强的容忍度。这意味着即使存在轻微的电压不同，整个电池系统仍能正常工作。

在许多消费品中使用的聚合物锂离子电池通常是由两个单体电池串联而成。当以8.4V的电压进行充电时，如果电压均衡，那么每个单体电池的电压将为4.2V。

如果存在电压不均衡的情况，最差的情况下，放电最深的单体电池的电压可能降至3.3V，而另一个单体电池的电压可能升至4.9V。



值得注意的是，4.9V的电压已经超过了聚合物锂离子电池的最大允许工作电压（一般为4.2V）。

在这种情况下，4.9V的电压仍然不足以引起热失控和火灾。这表明聚合物锂离子电池对于一定程度的电压波动具有一定的耐受性，不会导致严重的安全问题。

在高电压电池中，由大量单体电池串联而成，电池组工作电压难以均匀分配是一个普遍存在的问题（在许多化学电池上都会出现这种现象）。

以由4个单体电池串联组成的聚合物锂离子电池为例，假设其充电电压为16.8V。在理想情况下，如果各单体电池之间的电压能够均衡，那么16.8V的电压将以4.2V均匀分布到每个单体电池上。



在实际应用中，各单体电池上的电压往往是不均衡的。某个单体电池可能会率先充满，达到过充状态。

而锂离子单体电池本身无法很好地处理过充问题。一旦充满，该单体电池不仅不能像与其串联的其他未充满电池一样继续吸收电流，反而其电压会迅速增大，可能达到危险水平。
在这个场景中，第三个单体电池的电压已经过充至6.3V，而其他单体电池的电压仅在3.5V左右。尽管整体电池的电压为16.8V，但仍有三个单体电池未达到满充状态，与此同时，一个单体电池已经存在热失控的危险。因此，仅仅依赖整体电池电压来确定何时停止充电的系统（例如恒流恒压充电器）可能会给使用者一种安全的假象。这样的系统可能导致某些单体电池过充，甚至引发安全问题，因为其中某个单体电池可能已经过充至危险水平。
再看另一个场景，同样是由4个单体电池串联组成的聚合物锂离子电池，在放电至电池电压为12V后，如果各单体电池的电压能够完全均衡，那么整体电压将以3.0V均分到每个单体电池上，就如下图所示。



然而，在实际应用中，各单体电池往往会出现电压不均衡的情况。某个单体电池可能会率先达到完全放电状态，然后继而过度放电。

在不同程度上，锂离子单体电池对于过度放电的问题处理能力有限。如果单体电池的电压低于某个阈值，就可能发生不可逆转的电池损坏。

以上图为例，其中一个单体电池过度放电至电压为1.5V，而其他单体电池的电压大致在3.5V左右。尽管电池整体电压为12V，但其中的3个单体电池并没有完全放电，而另一个单体电池却遭受了损坏。

因此，仅仅依赖电池整体电压来判断何时停止放电的系统（例如带有低压关断设备的电机控制器）可能会使电池使用者产生一种错误的安全感。这样的系统可能导致某些单体电池过度放电，最终导致单体电池损坏。

采用电池管理系统对这类电池进行管理变得至关重要。首要任务是确保单体电池不会过充过放，并根据需要进行电池均衡控制，以确保电池能够保持最佳的工作特性。

通过实时监测和调整每个单体电池的状态，电池管理系统能够有效地防止过充过放和其他潜在的安全问题，提高电池系统的整体可靠性和安全性。