随着电力系统向智能化和自动化迈进，储能技术在各个领域的应用变得愈加重要。尤其是锂离子电池，因其单体电压的局限性，无法单独满足储能需求，因此需要通过串联和并联来构建电池组，以提升整体电压和功率。由于单体电池在生产过程中材料工艺的差异以及老化等因素，电池组中的单体电池性能往往存在不一致性，从而影响整体的效率和可靠性。
在电池生产过程中，由于材料和工艺的不同，电池的容量、直流内阻、开路电压等特性常常存在差异。这种不一致性会在电池长期使用的过程中逐渐加剧，造成电量的不均衡，最终影响电池组的整体容量和功率性能。解决电池组内部的不均衡问题，对于提升系统的整体性能至关重要。
为了解决电池组中单体电池不一致导致的电量不均衡现象，需要定期对电池系统进行均衡。电池管理系统（BMS）通过监测每个单体电池的状态，并采取均衡措施，使得电池间的电压和荷电状态保持在一定的范围内，从而提升电池组的整体性能。
电池均衡技术是提高电池组性能的重要手段，其可以分为能耗型均衡和非能耗型均衡两种方式。能耗型均衡通过并联电阻消耗电能，结构简单且成本低，但同时存在热安全隐患和能量浪费的问题。相比之下，非能耗型均衡虽然结构更复杂，但其能量利用率更高，成为研究的热点领域。
本文提出了一种针对电池储能系统的双向主动均衡方法，详细分析了均衡电路的工作原理和实现方法，并设计了实验来验证该方案的可行性。
均衡系统构成
本文所采用的均衡系统主要由串联电池模块、12V蓄电池组、开关阵列、均衡主电路、电压采集电路以及单片机控制电路构成，系统的整体结构如图1所示。
在这个均衡系统中，单片机控制电路是其核心部分。它通过CAN总线控制电压采集模块，收集各单体电池的电压信息，并制定相应的均衡方案。开关阵列则负责对需要均衡的单体进行选通，以实现12V蓄电池组与被选通单体之间的双向能量传递。
1.1 开关阵列
开关阵列分为电池单体选通开关和电池极性选通开关两部分，示意图如图2所示。7节串联电池的开关阵列由多个开关组成，各个开关的通断状态如表1所示。
以电池1和电池2为例，选通过程与充放电回路的构成展示了均衡系统的工作方式。当选择电池1时，开关K1、K2、KP3和KP4导通，形成充放电回路；而当选择电池2时，开关K2、K3、KP1和KP2导通。通过这种方式，电池组内的单体电池能够实现有效的能量交换。
1.2 均衡主电路工作原理
均衡主电路采用双向正激DC-DC变换器，其拓扑结构如图5所示。电路的工作模式分为能量从低压侧传输到高压侧和反向传输两种情况。通过不同阶段的开关控制，电路能够有效地实现能量的双向流动。
在能量从高压侧传到低压侧的过程中，电路工作模式类似于传统的正激电路。该过程分为多个阶段，每个阶段都有明确的电流流向和电路状态，确保能量有效传递。
当能量从低压侧传到高压侧时，电路的工作方式则表现出BOOST电路的特性，但通过变压器进行隔离，增强了安全性和稳定性。
1.3 主电路参数设计
在主电路参数设计中，需要关注变压器和输出滤波电感的选择。变压器在电路中起到隔离和变压的作用，根据电路的工作频率和占空比等参数，设计合适的变比范围以满足系统要求。
实验结果与分析
2.1 实验对象与设备
为了验证设计的均衡系统，实验选取了由16节电池单体串联而成的电池组。每个单体电池的基本参数如表2所示，实验设备如图10所示，12V蓄电池组由4节32650磷酸铁锂电池串联组成。
均衡实验装置包括开关阵列和双向DC-DC电路，确保能够实时检测电池电压状态并进行均衡操作。
2.2 实验设计
实验的设计目的是验证均衡系统的有效性，选定编号为11和14的电池作为实验对象，分别进行充电和放电，以期达到一致的荷电状态。实验设置的均衡电流为3A，并通过安时积分法计算均衡时间，最终希望两节电池的SOC均能达到40%。
通过上述实验，均衡技术不仅能够有效消除电池组内部的电量差异，还能提升电池组的整体性能，为未来的储能系统提供更可靠的解决方案。