电池串连串连蓄电池组的均充技术研究

电池串连串连蓄电池组的均充技术研究 电池串连串连蓄电池组的均充技术研究 串连 蓄电池 技术研究 电池 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 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的工作状态。 4. 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。 540this.width540vspace5 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。 540this.width540vspace5 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。 该方法比较简单但在单体电池? 嗍被崾钩杀敬蟠笤黾右膊焕 谙低程寤 募跣 ?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 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。 540this.width540vspace5 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SOCstateofcharge可由下面的公式来得出其中V是电池的端电压。 SOC—0.24V27.218V一53.0881 SOC是电池当前容量与额定容量之比SOCQ/QToTALX100。 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Qestn与SOC存在相应的关系Qestn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。为使在均充阶段达到单节电池储存容量的平衡均充的目标Qtar应为: 540this.width540vspace5 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Qn可以用下式来计算: 540this.width540vspace5其中Idisn是一个开关周期中的平均电流Iobtn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QtarQn即2、3相等。通过相应换算得到占空比的计算公式: 540this.width540vspace5 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。控制见图4。 540this.width540vspace5 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 P1.0和P1.1脚控制Q1、Q2的开关。同时本篇来自www.5udoc.com89C51芯片的 无忧文档收集与整理感谢原作者蓄电池的端电压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.width540vspace5 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本篇论文来自www.5udoc.com无忧文档收集与整理感谢原作者/center