串连蓄电池组的均充技术研究

1、串连蓄电池组的均充技术研究 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本钱 ,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 身的物理性能。 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 ,笔者分析比拟了目前的几种均充方法 ,结合实际捉出了无损均充 方法,并进行了试验验证。现

2、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 ,以到达分流的作用。 在这种模式下 ,当某个电池首先到达满充时 ,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到达完全一致的理想效 果。即使放电后到达同一效果 ,在充电过程中也会出现新的不均衡现

3、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 对较低的电池中以到达均衡充电的目的。该方法效率比拟高,但控制比较复杂。540)this.width=540"vspace=5>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

4、电压电池放电 ,直到两电池的电压趋于一 致。540)this.width=540"vspace=5> 该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。6. 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。 该方法比拟简单 ,但在单体电池数多时会使本钱大大增加 ,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。

5、 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MOSFET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

6、各不相同的。540)this.width=540"vspace=5>除去连接在B1两端的M1,所有的旁路分流模块组成都是一样的。在均 充旁路中 ,由于二极管 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 M1 那么把多余的电量转移到 下游的电池中。串连蓄电池组的均充技术研究 :2 开关管占空比的计算充电时电池的荷电状态 SOC(stateofchargd可由下面的经验公式来得出 其中 V 是电池的端电压。SOC0.24V2+7.218V 53.088(1)SOC是电池当前容量与额定容量之比，SOC二Q/QTOTALX100% 通过把

7、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，Tcep为一个充电周期内均充阶段的时间。为使在均充阶段到达单节电池储 存容量的平衡 ,均充的目标 Qtar 应为:540)this.width=540"vspace=5> 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-Seide迭代法可以解决这个问题。期望的储存容量Qn可以

8、用下式来计算：540)this.width=540"vspace=5>其中,Idis,n是一个开关周期中的平均电流,Iobt,n是从其他被触发的旁路中获得的电流。Qtar是理想状态下电池经充电周期 Ts 到达均充时的电荷量 ,Qn 是期望的储存容量 ,取 Qtar=Qn即(2)、(3)相等。通过相应换算，得到占空比的计算公式： 540)this.width=540"vspace=5>这里的函数fN只是一个示意函数，表示Dn和D2D；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

9、压的调节作用。控制流程见 图 4。540)this.width=540"vspace=5>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C1815Q1、Q2来替代开关管，用 89C51芯片的P1.0和P1.1脚控制Q1、Q2的开关。同时，蓄电池的端电 压V1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1s上传上位机并保存并自动绘制曲线。图 5 为试验电路图。540this.width=540"vspace=5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