蓄电池平衡充电技术

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1、蓄电池平衡充电技术引言蓄电池是电力电源系统中直流供电系统的重要组成部分，它作为直流供电电源，主要担负着为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保继电保护、通信设备的正常运行。因此，蓄电池的稳定性和在放电过程中能提供给负载的实际容量对确保电力设备的安全运行具有十分重要的意义。阀控式密封铅酸蓄电池的广泛使用，国内使用的VRLA电池在使用中也出现了很多以前未碰到的新问题，例如，电池壳变形、电解液渗漏、容量不足、电池端电压不均匀等。尤其是充电的不均衡性故障会导致电池容量损失。VRLA电池和电池组在长期在这种情况下运行过程中，随

2、着使用时间的增加必然会有个别或部分电池因内阻变大，呈退行性老化现象，这时电池组已存在极大的事故隐患，电池达不到设计寿命。使用单位，往往只重视电池的监测，而忽视电池组的均衡问题。整组电池充电的特性是，如电池组内有一个或几个内阻变大的老化电池，其容量必然变小，充电器给电池组充电时，老化电池因容量小，将很快布满。充电器会误以为整组电池已布满而转为浮充状态，以恒定电压和小电流给电池组充电。其余状态良好的电池不可能充满。电池组将以老化电池的容量为标准进行充放电，经多次浮充--放电--均充--放电--浮充的恶性循环，容量不断下降，电池后备时间缩短。

3、如果不能均衡充电，电池组的整体容量将变小，电池寿命缩短，影响系统的高效安全运行。除去上述原因，单体电池间的不一致性也是个让电池使用寿命下降的重要因素，因此，在实际运行中要考虑蓄电池组存在的均衡性问题。提高蓄电池组的使用寿命，提高系统的稳定性和减少维护成本，是摆在我们面前的重要课题。现有的均衡充电方法介绍　　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

4、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

5、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。图2均衡电压充电原理示意图　　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

6、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

7、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。图3均充电路　　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则把

8、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(STateofcharge)可由下面的经验公式来得出，其中V是电池的端电压。　　SOC=-0.24V2+7.218V-5