前言：在兆瓦級的儲能調頻電站均衡管理過程中，要求均衡電流大，均衡過程會產生較大的損耗，軟開關可以減少開關損耗，提高均衡效率，避免電磁干擾以及減小體積，是均衡拓撲結構的發展趨勢。但在未來大容量電池的發展下，提高電池本體的一致性才是延長儲能電站使用壽命的首要方向。

研究背景：鋰離子電池因具有能量密度高、響應速度快、循環壽命長等優點，近年來在儲能電站調頻領域得到了飛速發展。為滿足調頻電站的電壓和功率要求，需將大量電池單體進行串聯，如此產生的電池組串聯不一致性問題，以及調頻過程中高倍率和頻繁切換充放電狀態對不一致性程度的加劇，嚴重影響電池組的使用壽命和安全性能。在緩解不一致性的措施中，電池制造工藝和電池分選僅提高調頻電池組初始狀態的一致性，電池老化維護管理只針對非工作狀態下調頻模組，而使用環境和使用工況管理也只能減緩電池組在調頻應用過程中不一致性惡化的速度。因此，在現有的制造工藝水平限制下，主要還應采用更為有效的均衡管理技術對電池組進行主動控制以提高基于電力調頻的串聯鋰離子電池組在靜置狀態以及使用狀態下的不一致性問題。

重點內容導讀：目前鋰離子串聯電池組均衡管理技術主要應用于小容量蓄電池組、電動汽車動力電池以及儲能電站等應用場景，針對儲能調頻電池的均衡管理研究還比較少，因此本文針對現有鋰離子串聯電池組均衡管理技術并結合電力調頻的特點進行研究，對基于電力調頻的鋰離子串聯電池組均衡管理技術的適用性進行綜述分析。

其中任意單體間能量轉移型均衡拓撲結構具有均衡效率高的優點，但均衡速度較低。采用多個任意單體間能量轉移型拓撲結構進行分層控制可以增加一次均衡過程的目標電池數量，但成本會大大增加，控制也會更復雜，用于大規模儲能電站串聯鋰離子電池組均衡管理缺乏經濟性。單體與電池組間能量轉移型均衡拓撲結構在一次均衡過程中就可以實現一節電池與整個電池組之間的能量傳遞，具有均衡速度快的優點，在大規模儲能調頻電站應用場合具有快速均衡的優勢。但此類拓撲中在均衡過程中存在對部分電池單體反向均衡的現象，即在由電量最高的單體電池傳遞電量給整個電池組時，電池組中部分電量較高的電池單體原本應該釋放電量卻增加了自身的電量，導致了反向均衡的現象，因此還需逐步改進。電池組間能量轉移型均衡拓撲是將部分電量較高的電池的電量傳遞給電池組內電量較低的部分電池，兼具均衡速度快和均衡效率高的優點，是大規模儲能調頻電站均衡管理的未來發展趨勢，目前的主要問題在于開關數量較多，控制方式復雜，相關研究尚處于起步階段。本文認為電池組間任意多節電池的能量轉移型均衡結構可以在解決反向均衡的問題的同時，兼顧均衡速度，這方面拓撲結構具有重要研究價值，對未來大規模儲能串聯鋰離子電池均衡管理具有重要意義。

結論：本文分別從能量流向和均衡控制目標對串聯鋰離子電池組不同均衡拓撲及控制策略進行了分類綜述，并結合基于調頻的儲能電池的高倍率淺充淺放以及充放電狀態頻繁切換的特點，對儲能調頻電站電池組均衡的適用性進行了分析。對目前兆瓦級大規模儲能調頻電站串聯鋰離子電池組的均衡技術發展趨勢有如下建議：

（1）目前單體與電池組雙向能量轉移型均衡拓撲結構中均衡效率可達72%~93%，應用最為廣泛，而電池組間相鄰兩節能量轉移型拓撲結構中均衡效率高達75%~99%。在均衡過程中提高一次均衡過程中均衡目標電池的節數和任意均衡目標電池的可選擇性可緩解反向現象，提高均衡效率和均衡速度。在未來尤其是電池組間任意多節電池能量轉移型均衡拓撲結構具有重要研究價值，對兆瓦級大規模儲能調頻電站均衡管理具有重要意義。

（2）在均衡策略方面，由于電池組的參數相互耦合，關系復雜，應與實際應用緊密結合，針對不同的應用場合選擇合適的參數作為均衡一致性評價標準。選擇多個參數作為均衡目標的均衡策略可有效避免均衡目標失效，相比于以單一參數作為均衡目標的均衡策略更為可靠，能更好的適用于電力調頻儲能電池均衡，但其控制過程復雜，技術要求更高，有待進一步研究。

（3）均衡拓撲結構應盡量減少電氣元件和開關的使用數量，降低成本和控制的復雜度以及減少元器件發生事故的概率，降低均衡拓撲結構本身給儲能電站壽命帶來的影響。此外，在兆瓦級的儲能調頻電站均衡管理過程中，要求均衡電流大，均衡過程會產生較大的損耗，軟開關可以減少開關損耗，提高均衡效率，避免電磁干擾以及減小體積，是均衡拓撲結構的發展趨勢。但在未來大容量電池的發展下，提高電池本體的一致性才是延長儲能電站使用壽命的首要方向。