锂离子电池,尤其是纯电动汽车用动力锂离子电池,面对复杂多变的充放电工况,加之以组内单体可能处于不同的温度环境,使得初始性能差异较小的电池也将随着电池充放电循环次数的增加而逐渐分散,导致成组后的电池包较组内单体性能严重下降。而均衡技术的应用被认为是解决电池组差异性最有效的方法。然而,复杂多变的单体电池特性和成组以后电池差异影响因素和外在表现的耦合使得均衡目标变量选择和均衡程度判别标准存在较大分歧,拓扑结构的固有缺陷和控制目标的模糊直接阻碍了均衡技术的理论研究取得更加实际的应用效果。因此,亟需在研究电池组内单体电池差异特性和体质的基础上,提出合理有效的均衡方案,提高电池组的可放出电量和可充入电量。首先研究了锂离子电池的性能参数及其变化规律,并分析了锂离子电池组不一致性成因、影响、解决方法和表现,从而确定了均衡目标变量。接着对比分析了锂离子电池荷电状态估算方法,以PNGV模型和卡尔曼滤波算法估算SOC,结合容量修正,在线估算剩余电量/所需电量。然后研究现有均衡拓扑结构的优缺点,以单电感式和变压器式拓扑为基础提出新型分层均衡结构,在制定均衡策略时,组间均衡和组内均衡分别采用极差和平均值作为均衡判断准则,在实施均衡过程中充分考虑电池体质的差异,对单体电池进行过均衡、欠均衡和中心均衡处理,减少均衡过程中因转移而产生的能量损耗。最后通过搭建实验平台对设计均衡方案进行检验,通过与无均衡和分层均衡结合端电压策略的实验对比,说明本文所设计的均衡系统能有效地实现电池包内单体电池的均衡,而且能有效地提升电池组的可放出电量和可充入电量。