动力电池在制造和使用过程中的差异，造成了动力电池单体之间的不一致性，主要体现在单体容量、电压、内阻、充放电效率等方面。单体电池的不一致，如果不加以干预，会随着工作时间变得越来越严重，直接影响动力电池的寿命和容量。有研究表明，单体电池20%的容量差异，会带来动力电池包40%的容量损失。因此，为了延长动力电池使用寿命，在BMS系统中都会要求实现电池均衡功能，本文就来讨论一下动力电池在使用过程中为什么要进行均衡。

1. 动力电池为什么需要均衡？

前面说过，动力电池在制造和使用过程中会表现出参数的不一致性，而这种参数的不一致会导致动力电池性能恶化，所以需要对其进行均衡管理。那这种参数不一致产生的原因是什么呢？

锂电池单体就结构来说，主要包括正极、正极集流体、负极、负极集流体、隔膜和电解液，电池单体性能参数的不一致，最终根源都可以归结到这些组成部件上面来。概括来说，主要表现在以下三个方面：

（1）基础工业水平决定的材料精度和纯度的不稳定性，带来了最终产品性能的不一致，例如电池极板的厚度、微孔率、活性物质的活化程度等都存在微小差异，这些因素都会导致单体电池间的参数不一致。所以，使用不同批次的正极、负极和电解液生产的电芯，一般是不能混用在同一个电池组中的，动力电池制造商一般都会有相关的规定。

（2）电芯生产过程中的工艺一致性问题。电芯生产工艺比较复杂，多达十几道工序，如下图所示。这其中每一步工序的一致性都很重要，但要做到完全一致很难，其中最难保证一致性的是涂布工艺工序，因为涂层厚度和均匀性以及材料活性都不是机械手段易于严密把控的，是造成电池单体差异的主要工序。这些在制造工序中产生的差异，只能在分选工序中尽量去弥补了。

（3）在使用过程中，由于电池单体在电池包中的位置不尽相同，位于模组中心的单体与位于模组外层的单体散热条件差异巨大，导致它们的工作温度有较大差异。另外，与模组集流铜排的相对位置不同也带来了单体热环境的不一致。有研究表明，在工作过程中，温度的不一致会对电芯的参数不一致产生最为显著的影响，使得电芯从不一致走向更大的不一致。

2. 均衡影响哪些参数

上面讲到动力电池需要均衡，那均衡能影响到电池的哪些参数或者说保持电池的哪些参数一致？电芯的参数不一致主要表现在四点：SOC、内阻、自放电电流和容量。均衡并不能完全解决这四个差异点，而只能弥补电池间SOC的差异，同时顺便解决自放电不一致的问题。但对于内阻和容量来说，均衡是无法解决的，这两个参数在电芯制造完成的那一刻就决定了，并且随着电池的使用不断劣化。

3. 电池均衡的场景

既然均衡的目的是弥补电芯之间SOC的差异，那它应该时刻保持每一个电芯的SOC相同，让所有电芯同步到达充放电的上下限值，让电池组的容量或电量充分利用。一般来说，SOC差异有两种场景，一种是电芯容量相同而SOC不同；另一种是电芯容量不同，SOC也不同。

3.1 容量相同，SOC不同

下图是场景一，电芯容量相同，SOC不同，三个电芯的SOC分别为75%、25%和50%。假设没有均衡，那么在放电的情况下，SOC最小的红色电芯最先到达放电下限（比如25%），此时必须停止放电，否则会导致红色电芯性能下降甚至损坏。但此时绿色电芯和黄色电芯分别还有50%和25%的可利用电量，而这部分电量却随着放电的结束无法利用；在充电的情况下，SOC最大的绿色电芯最先到达充电上限（100%），这时必须停止充电，否则就会导致绿色电芯损坏。同样的，另外两个电芯分别还有50%和25%的可充电容量，但这部分容量随着充电的结束而无法利用，造成浪费。可见在不进行均衡的情况下，电池的可充电容量和可放电电量都无法得到最大程度的利用，直接影响到车辆的续航里程。而在电池均衡的作用下，就可以使所有电芯保持相同的SOC进行充放电。

3.2 容量不同，SOC不同

下图是场景二，电芯容量不同，SOC也不同。在没有均衡的情况下，放电时，容量最小的红色电芯最先到达放电下限（25%），这时必须停止放电，而此时大容量的绿色电芯和黄色电芯还有很多可利用的电量无法释放，造成浪费；充电时，容量最小的红色电芯最先到达充电上限（100%），而大容量的绿色电芯和黄色电芯还没有完全充满，同样造成浪费。可见，没有均衡的情况下，电池的容量和电量都无法得到有效利用。而在均衡的作用下，所有的电芯都可以保持相同的SOC进行充放电，有效利用所有电池的容量。

本文分析了导致锂电池电芯参数不一致的原因、均衡影响电芯的参数以及SOC均衡的场景，讨论了均衡对电芯的意义，可以看出均衡对于动力电池的应用来说是非常重要的功能，能够延长电池的使用寿命，充分利用电池组内电池的容量，增加汽车续航里程。那么，动力电池的均衡有哪些技术路线呢？我们在下一篇文章中将会讨论这个问题。