储能系统和动力电池组通常由大量电池单体以串联或并联方式组成。由于电池生产工艺存在偏差且电池组运行工况复杂，电池单体间总是存在不一致性问题，电池组整体性能受最差的电池单体的限制，即“木桶效应”。电池单体的不一致性问题不仅影响电池组容量利用率，还缩短电池组的使用寿命，甚至可能造成安全事故。电池均衡管理作为电池管理系统(Battery Management System, BMS)研究的重点与难点，为解决上述问题，研究一种可靠、高效的电池均衡系统及其均衡控制策略是保证电池组长期高效工作的关键。
　　本文以长串磷酸铁锂电池组作为研究对象。首先，对电池单体进行HPPC(Hybrid Pulse Power Characterization)特性测试并分析电池的二阶电路模型；基于图论基础，从提高均衡效率和均衡速度、增加系统的扩展性、降低系统的转移成本考虑，对目前众多均衡变换器的均衡效率进行量化、比较与总结，设计一种模块化电池均衡系统架构——两层树状结构，并利用电池模组间均衡能量为负载供电。
　　接着，分别对模组内均衡变换器——双向反激变换器与模组间均衡变换器——双向双半桥变换器进行工作特性分析、控制器设计与实验验证，实现各均衡变换器能量转移的基本功能，包括基于LTC3300的模组内均衡电流控制、基于移相+PWM控制的模组间均衡电流和输出电压控制；设计576V/100Ah的高压动力电池组体系及其电池管理系统，并实现监测、保护、被动均衡与继电器控制等基本功能。
　　最后，研究了模组间均衡变换器上层均衡控制策略。考虑到传统下垂控制电池模组电压无法趋于一致，且输出电压偏差和均衡电流分配精度无法同时满足要求，根据多智能体系统理论，设计适用于模块化电池组的一次控制——下垂控制与二次控制——协同控制。其实质为同时改变下垂曲线的截距与斜率，共同实现电池模组间均衡能量分配与均衡母线电压平稳。分析了均衡控制系统的收敛性与稳定性，以及协同控制的相关参数对上述性能的影响。最后进行仿真验证和搭建缩比平台，对比下垂控制与协同控制分别在电池组静置、放电、充电三种工况中的均衡效果，证明上述均衡系统及其协同控制策略的可行性与实用性。得到结论，在满足稳定性前提下，应综合考虑通信复杂度与收敛速度来合理设计通信网络结构。