串連蓄電池組的均充方法研究
單個蓄電池的電壓與容量有限,在很多場合下要組成串連蓄電池組來使用。但蓄電池組的中的電池存在均衡性的問題。如何提高蓄電池組的使用壽命,提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減少成本,是擺在我們面前的重要問題。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/178630.htm蓄電池的使用壽命是由多方面的因素所決定,其中最重要的是蓄電池本身的物理性能。
此外,電池管理技術(shù)的低下和不合理的充放電制度也是造成電池壽命縮短的重要原因。對蓄電池組來說,除去上述原因,單體電池間的不一致性也是個重要因素。針對蓄電池充放電過程中存在的單體電池不均衡的現(xiàn)象,筆者分析比較了目前的幾種均充方法,結(jié)合實(shí)際提出了無損均充方法,并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。
現(xiàn)有的均衡充電方法
實(shí)現(xiàn)對串聯(lián)蓄電池組的各單體電池進(jìn)行均充,目前主要有以下幾種方法。
1.在電池組的各單體電池上附加一個并聯(lián)均衡電路,以達(dá)到分流的作用。在這種模式下,當(dāng)某個電池首先達(dá)到滿充時,均衡裝置能阻止其過充并將多余的能量轉(zhuǎn)化成熱能,繼續(xù)對未充滿的電池充電。該方法簡單,但會帶來能量的損耗,不適合快充系統(tǒng)。
2.在充電前對每個單體逐一通過同一負(fù)載放電至同一水平,然后再進(jìn)行恒流充電,以此保證各個單體之間較為準(zhǔn)確的均衡狀態(tài)。但對蓄電池組,由于個體間的物理差異,各單體深度放電后難以達(dá)到完全一致的理想效果。即使放電后達(dá)到同一效果,在充電過程中也會出現(xiàn)新的不均衡現(xiàn)象。
3.定時、定序、單獨(dú)對蓄電池組中的單體蓄電池進(jìn)行檢測及均勻充電。在對蓄電池組進(jìn)行充電時,能保證蓄電池組中的每一個蓄電池不會發(fā)生過充電或過放電的情況,因而就保證了蓄電池組中的每個蓄電池均處于正常的工作狀態(tài)。
4.運(yùn)用分時原理,通過開關(guān)組件的控制和切換,使額外的電流流入電壓相對較低的電池中以達(dá)到均衡充電的目的。該方法效率比較高,但控制比較復(fù)雜。
圖1 分時控制均充原理圖
5.以各電池的電壓參數(shù)為均衡對象,使各電池的電壓恢復(fù)一致。如圖2所示,均衡充電時,電容通過控制開關(guān)交替地與相鄰的兩個電池連接,接受高電壓電池的充電,再向低電壓電池放電,直到兩電池的電壓趨于一致。
該種均衡方法較好的解決了電池組電壓不平衡的問題,但該方法主要用在電池數(shù)量較少的場合。
圖2 均衡電壓充電原理示意圖
6.整個系統(tǒng)由單片機(jī)控制,單體電池都有獨(dú)立的一套模塊。模塊根據(jù)設(shè)定程序,對各單體電池分別進(jìn)行充電管理,充電完成后自動斷開。
該方法比較簡單,但在單體電池數(shù)多時會使成本大大增加,也不利于系統(tǒng)體積的減小。
無損均充電路
本文提出了一種無損均充電路。均充模塊啟動后,過充的電池會將多余的電量轉(zhuǎn)移到?jīng)]有充滿的電池中,實(shí)現(xiàn)動態(tài)均衡。其效率高損失少,所有的電池電壓都由均充模塊全程監(jiān)控。
1 電路設(shè)計
N節(jié)電池串聯(lián)組成的電池組,主回路電流是Ich。各串聯(lián)電池都接有一個均衡旁路,如圖3所示。圖中BTi是單體電池,Si是MOSFET,電感Li是儲能元件。Si、Li、Di構(gòu)成一個分流模塊Mi。
在一個充電周期中,電路工作過程分為兩個階段:電壓檢測階段(時間為Tv)和均充階段(時間為Tc)。在電壓檢測階段,均衡旁路電路不工作,主電源對電池組充電,同時檢測電池組中的單體電池電壓,并根據(jù)控制算法計算MOSFET的占空比。在均充階段,旁路中被觸發(fā)的MOSFET由計算所得的占空比來控制開關(guān)狀態(tài),對相應(yīng)的電池進(jìn)行均充處理。在這個階段中,流經(jīng)各單體電池的電流是不斷變化的,也是各不相同的。
圖3 均充電路
除去連接在B1兩端的M1,所有的旁路分流模塊組成都是一樣的。在均充旁路中,由于二極管Di的單向?qū)ㄗ饔?,所有的分流模塊都會將多余的電量從相應(yīng)的電池轉(zhuǎn)移到上游電池中,而M1則把多余的電量轉(zhuǎn)移到下游的電池中。
評論