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1、蓄电池组的均衡充电技术2010年08月28日11:49本站整理 作者：佚名 用户评论（0关键字：蓄电池（115）均衡充电（1）单个蓄电池的电压与容量有限，在很多场合下要组成串连蓄电池组来使用。但蓄电 池组的中的电池存在均衡性的问题。如何提高蓄电池组的使用寿命，提高系统的稳定性和减 少成本，是摆在我们面前的重要问题。蓄电池的使用寿命是由多方面的因素所决定，其中最重要的是蓄电池本身的物理性此外，电池管理技术的低下和不合理的充放电制度也是造成电池寿命缩短的重要原 因。对蓄电池组来说，除去上述原因，单体电池间的不一致性也是个重要因 素。针对蓄电 池充放电过程中存在的单体电池不均衡的现象，笔者分析比较了
2、目前的几种均充方法，结合 实际提出了无损均充方法，并进行了试验验证。现有的均衡充电方法实现对串联蓄电池组的各单体电池进行均充，目前主要有以下几种方法。1在电池组的各单体电池上附加一个并联均衡电路，以达到分流的作用。在这种模 式下,当某个电池首先达到满充时，均衡装置能阻止其过充并将多余的能量转化成热能，继 续对未充满的电池充电。该方法简单，但会带来能量的损耗，不适合快充系统。2.在充电前对每个单体逐一通过同一负载放电至同一水平，然后再进行恒流充电, 以此保证各个单体之间较为准确的均衡状态。但对蓄电池组，由于个体间的物理差异，各单 体深度放电后难以达到完全一致的理想效果。即使放电后达到同一效果，在
3、充电过程中也会 出现新的不均衡现象。3定时、定序、单独对蓄电池组中的单体蓄电池进行检测及均匀充电。在对蓄电池 组进行充电时，能保证蓄电池组中的每一个蓄电池不会发生过充电或过放电的情况，因而就 保证了蓄电池组中的每个蓄电池均处于正常的工作状态。4运用分时原理，通过开关组件的控制和切换，使额外的电流流入电压相对较低的 电池中以达到均衡充电的目的。该方法效率比较高，但控制比较复杂。图1分时控制均充原理图5.以各电池的电压参数为均衡对象，使各电池的电压恢复一致。如图2所示，均衡 充电时，电容通过控制开关交替地与相邻的两个电池连接，接受高电压电池的充电，再向低 电压电池放电，直到两电池的电压趋于一致。该
4、种均衡方法较好的解决了电池组电压不平衡的问题，但该方法主要用在电池数量 较少的场合。电地、电池26整个系统由单片机控制，单体电池都有独立的一套模块。模块根据设定程序，对 各单体电池分别进行充电管理，充电完成后自动断开。该方法比较简单，但在单体电池数多时会使成本大大增加，也不利于系统体积的减 小。无损均充电路本文提出了一种无损均充电路。均充模块启动后，过充的电池会将多余的电量转移 到没有充满的电池中，实现动态均衡。其效率高损失少，所有的电池电压都由均充模块全程监控。1电路设计N节电池串联组成的电池组，主回路电流是Ich。各串联电池都接有一个均衡旁路, 如图3所示。图中BTi是单体电池，Si是MO
5、SFET，电感Li是储能元件。Si、Li、Di构成一 个分流模块Mi。在一个充电周期中，电路工作过程分为两个阶段：电压检测阶段（时间为Tv）和均 充阶段（时间为Tc）。在电压检测阶段，均衡旁路电路不工作，主电源对电池组充电，同时 检测电池组中的单体电池电压，并根据控制算法计算MOSFET的占空比。在均充阶段，旁路 中被触发的MOSFET由计算所得的占空比来控制开关状态，对相应的电池进行均充处理。在 这个阶段中，流经各单体电池的电流是不断变化的，也是各不相同的。DltoSILET1 f旁路MN .控制电路图3均充电路除去连接在B1两端的Ml,所有的旁路分流模块组成都是一样的。在均充旁路中， 由于
6、二极管Di的单向导通作用，所有的分流模块都会将多余的电量从相应的电池转移到上 游电池中，而Ml则把多余的电量转移到下游的电池中。2开关管占空比的计算充电时电池的荷电状态SOC(state of charge)可由下面的经验公式来得出，其中V 是电池的端电压。S0C=-0.24V 2+7.218V- 53.088 (1)SOC是电池当前容量与额定容量之比，S0C=Q/Q T0TALX100%。通过把电压检测阶段末期检测到的电池电压转化为荷电状态，而单节电池的储存容 量Qest,n与SOC存在相应的关系，Qest,n可以被估算出来。在充电平衡阶段，从主充器充入单节电池的电量是IchTcep。其中，
7、Tcep为一个充 电周期内均充阶段的时间。为使在均充阶段达到单节电池储存容量的平衡，均充的目标Q tar 应为：但是，在被激发的旁路和其他电池之间的充电转换是相互影响的，单体电池经旁路 输出给其他电池的电流和接收的充电电流很难用一个简单的公式进行计算。不过， Gauss-Seidel迭代法可以解决这个问题。期望的储存容量Q n可以用下式来计算：其中，I dis,n是一个开关周期中的平均电流，I obt,n是从其他被触发的旁路中 获得的电流。Q tar是理想状态下电池经充电周期Ts达到均充时的电荷量，Qn是期望的储存容量，取Q tar=Q n,即（2）、（3）相等。通过相应换算，得到占空比的计算
8、公式:q m（环&十必）=铠+斗+即 V 严代1NL刊*L丨屛也坤a必）=总台十竺气字也化心（4）这里的函数f N只是一个示意函数，表示D n和D 2.D 3存在一定关系。3实验设计为了验证本文的均衡充电方法，以两节单体电池组成的蓄电池组为例进行实验和分 析，主要验证旁路中开关管对电压的调节作用。控制流程见图4。图4控制流程由于没有现成的蓄电池，需用替代电池来进行实验。充电过程中蓄电池内阻和端电 压都在不断变化，并且充电过程中电池蓄积能量，根据对蓄电池的物理性质的分析和相关资 料，采用“电阻串联电容”来替代单体蓄电池来进行实验。本实验中，选用两个小功率NPN管C1815（Q1、Q2）来替代开关
9、管，用89C51芯片的 P1.0和P1.1脚控制QI、Q2的开关。同时，蓄 电池的端电压VI和V2由差动放大电路采集， 经A/D转换送到CPU。在整个过程中，电压每20ms采样一次，每隔Is上传上位机并保存并 自动绘制曲线。图5为试验电路图。I 1器 R J 卫 K_PI巩plpl图5实验电路原理图 图6为根据采样数值绘制的曲线。充电ssf亠电池A 一电虺B图6充电过程中蓄电池端电压曲线 实验结果与分析通过实验结果可以看出，充电开始时电压相差为1.98V，在经过充电140s后，电 压相差值约为0.2V;在均充过程中，电池电压有趋向一致的趋势。均充方法能根据单体电池 的差异，缩短蓄电池组之间的不一致性，使蓄电池组的整体性能得到提高，寿命延长。同时，从实验结果来看，该方法也有效果不理想的地方，那就是两节电池端电压差 值较大。究其原因，一是本实验中用“电阻串联电容”来替代蓄电池，这和 真实的蓄电池 存在差别，无法达到理想的模拟状态;二是本实验主要是检验开关管的开关对电压的均衡影 响，在很多环节上进行了简化处理，忽略了一些次要因素，而这些因素也对实验结果有一 定的影响。但总的来说，本实验达到了预定的目的，证明了无损均充法的可行性。
