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,笔者分析比较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。
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达到均充时的电荷量,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:

这里的函数fN只是一个示意函数,表示Dn和D2……D3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。

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。

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。，信捷职称论文写作发表网