为平衡动力电池组中单体动力电池的容量和能量差异，提高动力电池组的能量利用率，在动力电池组的充放电过程中需要使用均衡电路。动力电池的能量控制管理包括充电控制管理、放电控制管理及均衡控制管理，这些措施可提升动力电池组的整体容量并控制动力电池的充放电深度。能量控制管理功能的效果体现出动力电池管理系统的水平。
如果不对动力电池做均衡控制，则动力电池管理系统的保护机制会在动力电池组中的某个单体动力电池充满电时就对整个串联动力电池组截止充电，并在剩余电量最小的单体动力电池放完电时就对整个串联动力电池组截止放电，即动力电池组的有效容量符合木桶原理，这会造成整个动力电池组的容量不能有效发挥。如果把动力电池从完全放空到完全充满的过程中SOC的变化记为（0～100）%，则在实际应用中，最好让每个单体动力电池都工作在5%～95%的区间。SOC大于95%，动力电池容易形成过充，同时也容易发生一些不可逆的化学反应，从而影响动力电池的寿命。类似地，SOC小于5%，动力电池容易形成过放，同时也容易发生一些不可逆的化学反应，从而影响动力电池的寿命。试验数据表明，对动力电池组实施均衡控制管理，减小动力电池的充放电深度，对于提高动力电池的安全性、延长动力电池寿命有重要意义。
动力电池均衡控制管理的难点如下。
（1）单体动力电池的SOC评估
过去，某些简单的动力电池均衡算法往往以动力电池的电压作为均衡依据，即认为电压较高的动力电池需要失去电荷，电压较低的动力电池需要补充电荷。而实际上，动力电池均衡的最佳依据应是动力电池的剩余电量或SOC。电压的监测和判断较为简单，但动力电池的剩余电量或SOC的评估却相对困难。
（2）单体动力电池的容量获取
要获取单体动力电池的容量，有两方面困难：
1）动力电池容量受SOH的影响。一般来说，动力电池一旦装车使用，性能便会不断衰减，有效容量不断减少。然而，每个动力电池的有效容量均有差异，要获得SOH值，就必须对每个动力电池单独进行一次充满操作并马上放空。对已经装车使用的动力电池，这样的评估难以经常对每个单体动力电池单独进行。
2）实际的容量受运行工况限制。即使能知道每个单体动力电池的SOH，由于难以预计汽车的运行工况，动力电池实际的有效容量仍旧难以获取。
动力电池均衡控制管理的方法如下。
（1）集中式均衡与分布式均衡
按均衡电路的拓扑结构分类，可分为集中式均衡方案和分布式均衡方案。集中式均衡方案指整个动力电池组共用一个均衡器，通过逆变分压等技术对动力电池组能量进行分配，以实现单体动力电池与动力电池组之间的能量均衡。而分布式均衡方案中，均衡模块是个别单体动力电池专用的。图7-3-6所示为一个典型的集中式均衡拓扑结构。该结构中，动力电池组内所有的单体动力电池都可利用同一个均衡器（均衡电容）进行均衡操作。
图7-3-6 一个典型的集中式均衡拓扑结
图7-3-7所示为一种典型的分布式动力电池均衡拓扑结构。该结构在每个单体动力电池上并联一个旁路电阻，并利用一个电子开关来控制均衡操作。
图7-3-7 一种典型的分散式动力电池均衡拓扑结构
比较以上两种均衡方式，集中式均衡方案能迅速集整个动力电池组之力为待均衡的个别单体动力电池转移能量，所配置的公用均衡器的性能较好，故均衡速度较快。从整体来说，集中式均衡模块的体积也比分散式（总和）小。然而，集中式均衡方案中，各单体动力电池间形成竞争关系，多个单体动力电池的均衡操作不能并行推进，而且各单体动力电池与均衡器间需大量线束连接。可见，集中式均衡方案不太适合单体动力电池数量较多的动力电池组。
（2）放电均衡、充电均衡与双向均衡
按照均衡的作用过程不同，可将均衡控制管理分为放电均衡、充电均衡和双向均衡。放电均衡方式指在放电过程中实现各单体动力电池间的均衡，以保证放电过程中能将动力电池组中每个单体动力电池的剩余容量放至0，而不会出现有的单体动力电池已放电完全，而有的单体动力电池尚有电量的情况。放电完全后，用恒定电流以串联充电的方式对动力电池组充电，直到动力电池组中有任何一个单体动力电池的剩余容量达到100%时结束充电。整个过程可用图7-3-8来表示。
图7-3-8 放电均衡方式(www.xing528.com)
从图7-3-8可以看出，放电均衡方式可保证每一次充进动力电池的电量都可完全释放出来。但在充电过程中，根据“短板原理”，只能以最小容量的单体动力电池为截止上限。这样，在充电过程中就不能完全利用动力电池组的容量。
放电均衡的缺点是能量损耗过多，不便在任何时候都进行（例如在动力电池剩余容量比较多的情况下，进行放电均衡代价过大）。此外，放电均衡需把动力电池剩余容量放空，从而提高了放电深度，有可能影响动力电池的循环寿命。
充电均衡方式指在充电过程中采用上对齐均衡充电方式，实现各单体动力电池间的均衡，以保证充电过程中能将动力电池组中每个单体动力电池的容量都充至100%，如图7-3-9所示。
图7-3-9 充电均衡方式
充电均衡方式可保证每一个单体动力电池的实际容量在充电过程中都发挥出功效。但充电均衡方式对放电过程没有任何控制，其放电过程满足木桶原理，即整个动力电池组的放电容量取决于容量最小的单体动力电池。与放电均衡相反，充电均衡在动力电池组处于任何SOC的状态下都适用。
双向均衡方案综合了放电均衡方案和充电均衡方案的优点，在充电和放电过程中都引入均衡控制，这样既能保证每一个单体动力电池都放电到SOC下限，又能保证每一个单体动力电池都充电到SOC为100%。由于加入了放电均衡过程，这种方案同样存在能量损耗过多，容易损害动力电池等问题。但这种方法有利于评估动力电池最大容量，可用于动力电池健康状况评估。
（3）耗散型均衡与非耗散型均衡
按照在均衡过程中，是否努力尝试对动力电池组的能量进行保护，可将均衡控制方案分为耗散型均衡和非耗散型均衡两种。
1）耗散型均衡。耗散型均衡方案指利用并联电阻等方式将动力电池组中SOC较高的单体动力电池的能量消耗掉，直到其与组内其他单体动力电池达到均衡。该方法的实现过程为：定时检测各单体动力电池的电压，当某些单体动力电池的电压超过动力电池组平均电压时，接通这些高能动力电池的并联电阻，使它们的一部分能量消耗在并联电阻上，直到它们的电压值等于动力电池组平均电压。
耗散型均衡方案控制逻辑简单，硬件上容易实现，成本较低，是早期均衡控制最常用的方案。然而，这种方法是以消耗动力电池组的部分能量为实施手段的，均衡过程一般在充电过程中完成，对容量低的单体动力电池不能补充电量，存在能量浪费和增加热管理系统负荷的问题。对于电动车辆而言，存在通风不好导致过热的安全隐患。
能量耗散型均衡充电电路一般又分恒定分流电阻均衡充电电路、开关控制分流电阻均衡充电电路两类，两者的优缺点见表7-3-3。
表7-3-3 两种能量耗散型均衡充电电路的优缺点
2）非耗散型均衡。非耗散型均衡（也称无损均衡）指利用中间储能元件和一系列开关元件，将动力电池组中SOC较高的单体动力电池的能量转移到SOC较低的单体动力电池中去，以达到均衡目的。无损均衡方案用到的中间储能元件一般有电容和电感两种。无损均衡正好可弥补耗散型均衡的缺点，但它也存在控制逻辑电路复杂等缺点。此外，由于器件损耗，非耗散型均衡并不能做到真正的无损。
非能量耗散型电路的耗能相对于能量耗散型电路小很多，但其电路结构相对复杂，可分为能量转换式均衡和能量转移式均衡两种方式。
①能量转换式均衡。能量转换式均衡通过开关信号，利用动力电池组整体能量对单体动力电池进行补充，或将单体动力电池能量向整体动力电池组转换。其中，单体能量向整体能量转换，一般都在动力电池组充电过程中进行。该电路通过检测各单体动力电池的电压值，在单体动力电池电压达到一定值时开始工作。把单体动力电池中的充电电流进行分流，从而降低充电电压，分出的电流经模块转换把能量反馈回充电总线，达到均衡目的。还有的能量转换式均衡可通过续流电感，完成单体到动力电池组的能量转换。
动力电池组整体能量向单体转换也称补充式均衡，即在充电过程中先通过主充电模块对动力电池组进行充电，电压检测电路对每个单体动力电池进行监控。任一单体动力电池的电压过高时，主充电电路就会关闭，然后补充式均衡充电模块开始对动力电池组充电。通过优化设计的均衡模块中，充电电压经过一个独立的DC/DC变换器和一个同轴线圈变压器，给每个单体动力电池上增加相同的二次绕组。这样，电压高的单体动力电池从辅助充电电路上得到的能量少，而电压低的单体动力电池从辅助充电器上得到的能量多，从而达到均衡目的。
此方式的问题在于二次绕组的一致性难以控制，即使副边绕组匝数完全相同，考虑到变压器漏感及副边绕组之间的互感，单体动力电池也不一定获得相同的充电电压。同时，同轴线圈也存在一定的能量耗散，只对充电起均衡作用，对放电均衡不起作用。
②能量转移式均衡。能量转移式均衡利用电感或电容等储能元件，把动力电池组中容量高的单体动力电池，通过储能元件转移到容量较低的单体动力电池上。该电路通过切换电容开关传递相邻单体动力电池间的能量，将电荷从电压高的单体动力电池传送到电压低的单体动力电池，从而达到均衡目的。另外，也可通过电感储能的方式，对相邻单体动力电池间进行双向传递。此电路的能量损耗很小，但均衡过程中必须有多次传输，均衡时间长，不适于多串动力电池组。改进的电容开关均衡方式，可通过选择最高电压与最低电压单体动力电池来进行能量转移，从而提高均衡速度。能量转移式均衡中，能量的判断及开关电路的实现较困难。
除上述均衡方法外，在充电应用过程中，还可采用涓流充电的方式实现动力电池的均衡。这是最简单的方法，不需外加任何辅助电路。其方法是对串联动力电池组持续用小电流充电。由于充电电流很小，过充对满充动力电池所带来的影响并不严重。由于已经充满的动力电池没办法将更多的电能转换成化学能，多余的能量将会转化成热量。而对于没有充满的动力电池，却能继续接收电能，直至完成满充点。这样，经过较长的周期，所有的动力电池都会达到满充状态，从而实现容量均衡。但这种方法需很长均衡充电时间，且消耗相当大的能量来达到均衡。另外，在放电均衡管理上，这种方法是不能起任何作用的。
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