蓄電池充放電管理系統(tǒng)研究本科畢業(yè)論文

1、摘要電動汽車是以動力電池作為能源的環(huán)保型汽車，動力電池的壽命是影響電動汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素，其中一個方面就是：動力蓄電池在制造過程中，由于制作工藝的差別，即使同一批次的電池，也不可避免的存在著差異，即容量上的差異。這種差異直表現(xiàn)在電池的端電壓上。在充電過程中，容量小的電池電壓上升比較快，即當其它電池尚未充滿時，容量小的電池已經(jīng)充滿，繼續(xù)充電將會造成容量小的電池處于過充電狀態(tài)。這種差異的直接后果容量小的電池在充電過程中經(jīng)常處于過充狀態(tài)，在放電過程中處于過放狀態(tài)，致使壽命明顯縮短，從而導致整組蓄電池壽命降低。本文中采用串并聯(lián)轉(zhuǎn)換的方法解決這一問題，在充電過程中各個單體電池的聯(lián)接方式是并聯(lián)聯(lián)接的，當檢

2、測到某個單體電池充滿電時，就把該單體電池從電池組中撤出來；在放電過程中各個單體電池的聯(lián)接方式是串聯(lián)的，當檢測到某個單體電池的電量不足時，就把該單體電池從電池組中撤出來。實現(xiàn)這種串并聯(lián)轉(zhuǎn)換的電路即使本文研究的重點。關(guān)鍵詞：電池 串并聯(lián)轉(zhuǎn)換 壽命 充放電管理abstract electric automobile is environment-friendly as it is operated by power battery, the life of which is the critical factor that affects the development of electric au

3、tomobile. one aspect is that in the process of manufacturing power battery, differences in workmanship lead to differences in battery capacity even the same batch will be no exception. the differences are manifest in the terminal voltage straightly. during charging, the small capacity batterys volta

4、ge rise quicker, that is, it need less time to reach full than the others. stop timely, or it will be over-charging. the immediate consequences of differences are that small capacity storage batteries are always over-charging in the charging process while over-discharging in the opposite process, wh

5、ich shorten lifespan evidently and of course life of the full group of storage battery will be influenced. in this article series-parallel connection transformation is used to solve this problem. during charging, each single battery is connected in parallel and if one of them is detected having been

6、 charged fully, it will be took out of the battery pack. in the discharging process, single batteries are in series connection and once some battery lacks power, it will be took out. this article emphasizes on the transformation of series parallel connection.key word: battery series-parallel connect

7、ion transformation life span charging and discharging management目錄摘要iabstractii緒論iv第一章 充電方式的選擇11.1 恒壓充電方式11.2恒流充電方式21.3兩階段充電方式31.4三階段充電方式31.5脈沖充電方式5第二章 單體電池電壓測量72.1目前幾種單體電池電壓測量方法72.1.1共模測量法72.1.2繼電器切換采樣法82.1.3開關(guān)切換法92.1.4 v/f轉(zhuǎn)換無觸點采樣法92.1.5浮動地測量法102.2本為采用的單體電池電壓測量方法11第三章 均衡充放電管理133.1目前幾種常見的充放電管理方法133.

8、1.1涓流充電法133.1.2并聯(lián)電阻法133.1.3電容切換法143.1.4多繞組變壓器法143.1.5并聯(lián)dc/dc變流器法153.2本文采用的方法163.2.1放電過程的管理163.2.2充電過程的管理163.2.3充放電串并聯(lián)轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)183.3 基于protues的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換管理方式的仿真183.3.1繼電器的邏輯控制183.3.2 單體電池的模擬203.3.3 電壓比較器的應用203.3.4串并聯(lián)電池充放電管理系統(tǒng)仿真圖213.4串并聯(lián)管理方法的改進22總結(jié)與展望24致謝25參考文獻26緒論當前，在電動汽車的研制與產(chǎn)業(yè)化推廣過程中，動力蓄電池的問題成為最主要的制約因素。其中一個方面

9、就是：動力蓄電池在制造過程中，由于制作工藝的差別，即使同一批次的電池，也不可避免的存在著差異，即容量上的差異。這種差異直表現(xiàn)在電池的端電壓上。在充電過程中，容量小的電池電壓上升比較快，即當其它電池尚未充滿時，容量小的電池已經(jīng)充滿，繼續(xù)充電將會造成容量小的電池處于過充電狀態(tài)。這種差異的直接后果容量小的電池在充電過程中經(jīng)常處于過充狀態(tài)，在放電過程中處于過放狀態(tài)，致使壽命明顯縮短，從而導致整組蓄電池壽命降低。本文中從充電方式，單體電池的電壓測量這兩個問題入手選擇一種適合串并聯(lián)轉(zhuǎn)換管路方法的充電方式，提出一種由差分放大器組成的減法電路來測量單體電池電壓的思路，最后提出串并聯(lián)轉(zhuǎn)換的電池充放電管理方法。并

10、用protues進行電路仿真。第一章 充電方式的選擇對于蓄電池而言，不同的充電控制策略對其壽命的影響也是不盡相同的。根據(jù)不同的應用環(huán)境、不同的應用場合，充電控制策略的選擇也是多式多樣的。目前常用的幾個充電控制策略有恒壓充電方式、恒流充電方式、兩階段充電方式、三階段充電方式以及脈沖充電方式和根據(jù)麥克斯韋理論來設定充電參數(shù)的綜合充電方式。下面對不同的充電方式一一介紹。1.1 恒壓充電方式 恒壓充電是保持電池的端電壓恒定值的一種充電方式。充電器的輸出電壓恒定，單節(jié)電池的端電壓為2v，一般將充電電壓設為2.35-2.5v之間，具體數(shù)值需要查看電池廠家的技術(shù)說明書，并且需要根據(jù)具體環(huán)境和溫度等應用條件相

11、搭配，取得一個較為準確的充電電壓值。恒壓充電的充電電壓、電流波形如圖1-1所示。圖1-1 恒壓充電充電電壓電流波形 恒壓充電方式的明顯不足之處在于充電開始的初期，由于電壓已經(jīng)恒定，又因為電池的等效內(nèi)阻非常的小，所以充電電流會很大。嚴重時會引起極板彎曲、活性物質(zhì)脫落以及蓄電池的溫度異常升高，從而縮短蓄電池組的壽命。如果將恒壓值降低，雖然可以適當減小初始電流的大小，但是蓄電池的充電時間會大大增加，而且可能會出現(xiàn)無法充滿的現(xiàn)象，從而造成蓄電池充電不足，同樣會縮短蓄電池的壽命。恒壓充電方式的好處在于電池充電電壓恒定，充電器的控制較容易實現(xiàn)，成本低。因此。恒壓充電一般用在小容量、低電壓電池的充電場合。1

12、.2恒流充電方式 恒流充電與恒壓充電方式類似，只不過恒定值為充電電流。而恒流充電又包括單一恒流充電方式和分段恒流充電方式。 單一恒流充電恒流值設定比較低，是為了避免充電到一定程度后，電流過大使得電池由于過充而損壞。單一恒流充電保持電流恒定不變直到充電結(jié)束，充電時間相對較長，導致充電過程中蓄電池內(nèi)部析氣較多，效率低。圖1-2單一恒流充電方式的電流電壓波形圖。圖1-2 單一恒流充電方式電壓電流波形 而分段恒流充電在一個充電周期中的充電電流是分段變化的，它根據(jù)充電狀態(tài)進行調(diào)整，先以較大的電流充電，并逐漸減小，電流呈階梯狀減小，這樣可以避免過充電，不過對控制參數(shù)的準確性要求較高。如圖1-3示。圖1-3

13、 分段恒流充電方式電壓電流波形 恒流充電方式一般用在快速充電開始前的涓流充電或者串聯(lián)電池組的小電流長時間充電。1.3兩階段充電方式兩階段充電方式也是目前市面上相當多的充電器所采取的一種充電策略。為了避免恒壓充電初始時大電流對蓄電池組電極的損壞現(xiàn)象，大多數(shù)電池廠商采取了這種恒壓限流充電方法。限制恒壓充電的初始充電電流，等待電池端電壓上升到設定的恒壓值，則進入恒壓充電階段，這樣充電電流便會逐漸減小，直到充電過程結(jié)束。其電壓電流波形如圖1-4示。兩階段充電方式充電過程中，電解液中產(chǎn)生的氣泡很少，可以節(jié)省電能、抑制蓄電池的溫度上升趨勢、避免損壞電池極板。圖1-4 兩階段充電方式電壓電流波形1.4三階段

14、充電方式 三階段充電方式是由二階段（恒壓限流）方式發(fā)展而來的。在很多場合下，蓄電池并不是總處于工作狀態(tài)下的。而對于蓄電池組而言，即便是在不使用的狀態(tài)下，電池也會通過內(nèi)阻放電，容量也會隨著時間逐漸減小。如圖1-5示。圖1-5 三階段充電方式電壓電流波形 所以在蓄電池兩端加上恒定電壓，便可以補償這種因為電池自放電而造成的容量損失，這便是浮充階段。浮充階段類似恒壓充電模式，不過這兩者的恒壓值是不相同的。它和恒壓充電的目的并不相同，它并不以恢復電池容量為目的。浮充更準確的說應該是蓄電池的一種運行方式。它是直流電源系統(tǒng)中，與整流設備并聯(lián)，作為支持系統(tǒng)工作的后備電源的蓄電池工作方式。 蓄電池在浮充工作方式

15、下，充放電循環(huán)次數(shù)少，自放電和深放電的容量又能及時補充，活性物質(zhì)利用率高，使用壽命長。浮充使用時蓄電池的充電電壓必須保持一恒定值，在該電壓下，充入的電量應足以補償蓄電池由于自放電而損失的能量。同時，應保證在相對較短的時間內(nèi)使放過電的電池充足電，這樣就可以使蓄電池長期處于充足電狀態(tài)，不會由于欠充電造成容量損失。另一方面，該電壓的選擇應使蓄電池因過充而造成的損失達到最低程度。因此，選擇恰當?shù)母〕潆妷簩π铍姵氐氖褂脡勖鼇碚f是至關(guān)重要的。對于vrla電池的浮充電，當前無論國內(nèi)還是國外均采用大致相同的辦法，浮充電壓通常選取2.23-2.28v。而且，修正浮充電壓值對延長vrla蓄電池的壽命十分重要，浮充

16、電壓增加0.1v，蓄電池的壽命將減少近半。因此，選取浮充電壓一般選取廠家推薦的下限，且要根據(jù)溫度進行補償，補償方法與均充電壓溫度補償一樣，以-4mv攝氏度為補償系數(shù)。為了使得浮充電壓更加的精確，多種間歇性浮充方式被提出。這種特殊的浮充方式是待到電池端壓降到設定值時進行浮充，到上限值停止，如此循環(huán)。便可以防止電池的損壞。1.5脈沖充電方式前面介紹的幾種充電方式如恒壓充電方式、恒流充電方式、兩階段充電方式以及三階段充電方式普遍存在的問題是充電電流參數(shù)難以與具體的vrla電池取得一致。充電電流過大則會加速電池的析氣，使得電池失水。電流過小則加長充電時間，可能造成電極硫酸鹽化。脈沖充電方式是一種針對v

17、rla電池比較先進的充電技術(shù)。它對鉛酸電池內(nèi)部的電化學過程有較大影響，主要解決了鉛酸電池極化問題和硫酸鹽沉積問題。，脈沖充電方式如圖1-6示:圖1-6 脈沖充電方式電流電壓波形 采取脈沖充電可以較好的抑制極化的產(chǎn)生。電阻極化和電化學極化只需要等待充電電流下降到足夠小，便可以在微秒內(nèi)減小或者干脆消除。對于濃度差極化，在脈沖的間隔空閑時間區(qū)間內(nèi)，電解液濃度差不變，為離子擴散創(chuàng)造了條件。若在充電過程中加入負脈沖，則可以使得vrla電池在充電過程中的電化學反應朝著與原來相反的方向進行，離子擴散運動方向也相反，這樣便有利于消除充電過程中產(chǎn)生的濃度差。 如果充電電流是脈沖電流，則情況不同。脈沖電流則可以看

18、成是一系列頻率交流電流組成。由于集膚效應，當一定頻率的交流電流流過某一導體時，電流僅流過導體界面的外表面。充電電流頻率越高，則電流越集中在極板表面，積累在極板表面的硫酸能夠得到電子，充電反應能夠進行較充分，且抑制了析氫反應的發(fā)生。這樣負極表面的硫酸鉛晶體能夠全部轉(zhuǎn)換為活性鉛。綜合考慮，在串并聯(lián)轉(zhuǎn)換時選擇脈沖充電方式。其實，脈沖電壓充電和恒壓充電方式在串并聯(lián)轉(zhuǎn)化的電路設計上沒有任何區(qū)別。但是在使用兩階段充電方式、三階段充電方式時由于在充電時要使用電流充電，所以在充電時，單體電池的聯(lián)接方式不能簡單的并聯(lián)，要在恒流充電時把單體電池的聯(lián)接方式轉(zhuǎn)換為串聯(lián)。第二章 單體電池電壓測量本文中對于單體電池剩余電

19、量的估計是通過測量單體電池的電壓判斷的，當單體電池的電壓高于某一值則認為本單體電池電量充滿；當單體電池的電壓低于某一值則認為本單體電池的電量耗盡。對串聯(lián)的蓄電池，目前常用的幾種測量單體電池的方法有共模測量法、差模測量法。而差模測量法又分為開關(guān)切換法、v/f轉(zhuǎn)換無觸點采樣法以及浮動地技術(shù)測量法。2.1目前幾種單體電池電壓測量方法2.1.1共模測量法共模測量是相對于同一個參考電位的，用精密電阻等比例衰減各測量點的電位，然后依次相減得到各節(jié)蓄電池單體電壓。在筆記本電腦的電池管理系統(tǒng)中就常用到此種測量方式。如圖2-1便是共模測量法，高精度的ad只用采集a、b兩點的電位，然后相減得到的便是e1兩端的電池

20、端壓。（b點在哪兒？圖中沒有）圖2-1 共模測量法 此方法電路比較簡單可靠，但是測量精度卻不高。例如，32節(jié)標稱電壓為12v的蓄電池，單節(jié)電池測量精度為0.5%的測量系統(tǒng)，單節(jié)電池測量的絕對誤差為60mv,32節(jié)串聯(lián)累計的誤差就可以達到1.92v，顯然，其相對誤差可以達到16%，這個誤差在很多情況下是不容許的。這種方法也只適合串聯(lián)電池數(shù)量較少或者對精度要求不高的場合。2.1.2繼電器切換采樣法差模測量法是通過電氣或者電子元件選通單體電池進行測量，當串聯(lián)電池數(shù)量較多而且對測量精度要求較高時，一般采用差模測量方法。繼電器切換采樣法也屬于差模測量方式的一種。傳統(tǒng)的比較成熟的測量方法是用繼電器和大的電

21、解電容做成隔離處理，原理如圖2-2。圖2-2 繼電器切換采樣法 其基本的測量原理為：首先將繼電器閉合到1側(cè)，對電解電容進行充電；測量時把繼電器閉合到2側(cè)，將電解電容和蓄電池隔離開來，這樣只需測量電解電容上的電壓便可以得到相應的蓄電池上的電壓，這個方法原理簡單，并且造價低廉，不過繼電器動作較慢，電解電容充放電太頻繁，使壽命會減少，可靠性不高。2.1.3開關(guān)切換法這種方法與繼電器切換法比較相似。僅用一片ad芯片就可以實現(xiàn)對所有的單體電池電壓的測量，當需要測量電池組中的某一節(jié)電池電壓時，只需要通過相應的開關(guān)組件接通ad轉(zhuǎn)換芯片即可。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。這種方法的缺點是需要利用很多開關(guān)組件，控制較

22、為復雜，可靠性不高；此外，開關(guān)一般采用mos構(gòu)成，其導通壓降不可忽略，這也會影響到測量精度，隨著mos的壓降可以通過軟件進行補償，但是其補償精度有待驗證。圖2-3 開關(guān)切換法2.1.4 v/f轉(zhuǎn)換無觸點采樣法v/f轉(zhuǎn)換的原理如圖2-4所示。其工作原理如下：單節(jié)蓄電池采用分別采樣，取單節(jié)蓄電池的端電壓經(jīng)過分壓（降壓）后作為v/f轉(zhuǎn)換的輸入，分壓電阻的分散性可以通過v/f轉(zhuǎn)換電路調(diào)整。v/f轉(zhuǎn)換信號輸出經(jīng)過光電隔離器件送到模擬開關(guān)，處理器通過控制模擬開關(guān)采集頻率信號。數(shù)據(jù)采集電路與數(shù)據(jù)處理電路采用光電隔離和變壓器隔離技術(shù)，實現(xiàn)兩者之間電氣上的隔離。但是采用v/f轉(zhuǎn)換作為a/d轉(zhuǎn)換器的缺點是響應速度

23、慢、在小信號范圍內(nèi)線性差、精度低。圖2-4 v/f轉(zhuǎn)換無觸點采樣法2.1.5浮動地測量法 由于串聯(lián)在一起的電池組總電壓達幾十伏，甚至上百伏，遠遠高于模擬開關(guān)的正常工作電壓，因此需要使地電位隨著測量的不同電池電壓時自動浮動來保證測量正常進行。測量時窗口比較器自動判斷當前地電位是否合適。如果正好，啟動ad進行測量；如果太高或太低，則通過控制器經(jīng)過da對地電位進行浮動控制。其原理圖如圖2-5所示。圖2-5 浮動地測量法每次工作時，先由模擬開關(guān)選通，使其被測量電池兩端的電位信號接入測試電路，此信號一方面進行差分放大，另一方面進入窗口比較器，在窗口比較器中與固定電位vr相比較。從窗口比較器輸出的開關(guān)量狀

24、態(tài)可識別出當前測量地的電位是太高還是太低或者是正好（相對于vr）。如果正好，則可以啟動a/d進行測量。如果太高或太低，則通過控制器對地電位進行浮動控制。該方法雖然可以達到較高的測量精度，但是地電位經(jīng)常受現(xiàn)場干擾發(fā)生變化，不能對地電位進行精度控制，影響整個系統(tǒng)的測量精度。2.2本為采用的單體電池電壓測量方法用運放lm358構(gòu)成加法電路，分別接到電池組的單體電池兩端，這樣便測得單體電池電壓，如圖2-6所示。圖2-6 運放減法電路法由圖2-6可知：若：則：這樣便測量到單體單體電池的電壓。第三章 均衡充放電管理研究表明，蓄電池組的使用壽命遠遠不如單電池，一般情況下，一旦電池組的某些單體出現(xiàn)壽命問題后，

25、通常的做法是將整個電池組全部更換，這無疑會大大浪費資源。由于電池個體間電化學狀況的不同，即使是在正常情況下反復進行充電放電循環(huán)都會使這種差異不斷的擴大。最終造成串聯(lián)的單體電池間充電水平和端電壓的嚴重不一致。充電過程中，這種不一致性造成了某些電池會比其他電池提前完成充電。繼續(xù)充電只會造成這部分電池過充電，析氣嚴重。類似的，在充電過程中，電池組中的電池提前耗盡能量的繼續(xù)放電，這樣會造成這部分單體電池的深度放電，嚴重損壞電池的壽命。 如果缺乏有效的均衡管理系統(tǒng)，單體電池之間的不一致性就會隨著循環(huán)次數(shù)的增加而擴大，也就意味著蓄電池組的壽命越來越短了。3.1目前幾種常見的充放電管理方法3.1.1涓流充電

26、法在充電一定程度后對串聯(lián)電池組持續(xù)用小電流充電。由于充電電流很小，這時的過充對滿充電池所帶來的影響并不嚴重。由于已經(jīng)充飽的電池沒辦法將更多的電能轉(zhuǎn)化成化學能，多余的能量將會轉(zhuǎn)化為熱量。而對于沒有充滿的電池，卻能繼續(xù)接收電能，直至達到充滿電。這樣，經(jīng)過較長的周期。所有的電池將會達到充滿，從而實現(xiàn)了容量均衡。但這種方法需要很長的均衡充電時間，且消耗相當大的能量來達到平衡。另外在放電均衡管理上，這種方法無能為力。3.1.2并聯(lián)電阻法給串聯(lián)電池組中的每個單體都并聯(lián)一個大電阻。電壓較高的電池將會在電阻上消耗較多的能量，以此來實現(xiàn)電池的電壓均衡。雖然這種方法原理簡單，實施也容易，但卻是以消耗大量能量為代價

27、。而且電阻值的大小確定也需要折中，太大均衡效果不明顯，太小功耗太大。 3.1.3電容切換法 這種方法利用串聯(lián)電容在電池組間來回切換來實現(xiàn)電壓均衡充放電，如圖3-1 所示。通過單刀雙擲開關(guān)的切換，最終使得相鄰兩節(jié)單體電池容量一致，此方法不會造成能量的消耗，比并聯(lián)電阻法的效率要高得多，但這種方法采用的單刀雙擲開關(guān)的實現(xiàn)較為復雜，系統(tǒng)還需要單體電池的測量，所以如果加入到系統(tǒng)中去，會使得測量電路更加復雜化。圖3-1 電容切換法3.1.4多繞組變壓器法該方法由多繞組的變壓器來實現(xiàn)電池均衡。其典型結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。理論上，當變壓器副邊繞組的匝數(shù)相等時，它們能提供的相同的電壓給各個電池單體充電，由此達到電

28、壓均衡充電的目的。但實際上，任何兩個相互耦合繞組之間的耦合系數(shù)都不為1，即在實際應用后我們必須考慮到變壓器的遺漏，還有副邊繞組之間的互感，在這種情況下，即使變壓器兩邊繞組的匝數(shù)完全相同，它們也未必能提供相同的充電電壓。所以，這種方法最大的挑戰(zhàn)在于如何減小漏感和互感的影響，否則，其效果值得懷疑。圖3-2 多繞組變壓器法3.1.5并聯(lián)dc/dc變流器法該方法也是通過并聯(lián)分流模塊到單體電池上，完成整個電池組的均衡的。不同的是并聯(lián)的分流模塊是一個dc/dc變流器。最常見的并聯(lián)模塊為buck-boost變流器，其結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。這種模塊化的結(jié)構(gòu)有利于系統(tǒng)擴展容量，該方法的缺陷在于每個單體電池都需要并

29、聯(lián)一個模塊，成本較大且比較復雜。圖3-3 并聯(lián)dc/dc變流器法3.2本文采用的方法 在充電過程中，單體電池的聯(lián)接方式是并聯(lián)；在放電過程中，單體電池的聯(lián)接方式是串聯(lián)，串聯(lián)并聯(lián)的轉(zhuǎn)換是通過繼電器實現(xiàn)的。之所以在充電放電時采用不同的聯(lián)接方式是因為在充放電時要對聯(lián)入的電池不同的管理。3.2.1放電過程的管理 單體電池的聯(lián)接方式采用串聯(lián)方式，當某個單體電池的電量耗盡時，就從整個電池組中把這塊單體電池撤下來，這樣就不會造成對單體電池的過量消耗，具體實現(xiàn)方式如圖3-4所示。圖3-4 放電過程電路圖在正常情況下（所有電池的電量充足）雙擲開關(guān)swn1均打到下方，使各個單體電池聯(lián)接到電池組中。假設單體電池bat

30、1放電達到額定電量下限時，sw11打到上方，sw12接通使得bat1從電池組中撤出來。從而不使得bat1過放電。3.2.2充電過程的管理 單體電池的聯(lián)接方式采用并聯(lián)方式如圖3-5所示，當某個單體電池的電量達到額定充滿電量時就從整個電池組中把這個單體電池斷開，這樣就不會造成對單體電池的過充。圖3-5 充電過程電路圖在正常情況下（所有電池均需要充電）所有開關(guān)均閉合，使各個單體電池聯(lián)接到電池組中。假設單體電池bat1充滿時，sw11、sw12均斷開，便使得bat1從電池組中撤出來，從而不使得bat1過充。由于在充電過程中的需要充電的單體電池和電源是并聯(lián)的，所以在測量單體電池電壓時如果不采取措施，直接

31、測量單體電池兩端電壓，由于電源電壓高于單體電池電壓，所以測量的單體電池電壓都為電源電壓。所以改進的充電電路如圖3-6所示。圖3-6 改進后充電過程電路圖在充電過程中swn均斷開，測量電壓時從cln點接入。在放電過程中swn均閉合使二極管短路。3.2.3充放電串并聯(lián)轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)而實現(xiàn)這種在充放電時并聯(lián)串聯(lián)轉(zhuǎn)換時，也是使用這幾個繼電器和開關(guān)實現(xiàn)的如圖3-7所示。圖3-7 充放電串并聯(lián)轉(zhuǎn)化電路圖在充電過程中，swn1全部打到上方，swn2、swn斷開；swn3、swn4閉合和斷開由batn的電量決定。在放電過程中，swn、swn3、swn4全部斷開；swn1、 swn2閉合和斷開由batn的電量決定。

32、充放電的判斷可以從充電vcc兩端的電壓進行判斷，若充電vcc兩端有電壓則認為是充電；否則是放電。3.3 基于protues的串并聯(lián)轉(zhuǎn)換管理方式的仿真3.3.1繼電器的邏輯控制在串并聯(lián)轉(zhuǎn)換充放電管理電路中，在電路層面開關(guān)的閉合和斷開均是由繼電器控制；在邏輯層面開關(guān)的閉合和斷開是由充電-放電、單體電池電量充足-不足這兩個變量控制。繼電器與單體電池聯(lián)接如圖3-8所示。圖3-8 繼電器邏輯控制圖設充電為邏輯1 電池電量不足為1；rl12、rl15、rl13、rl14閉合為1，rl11打到上面為1。則控制繼電器的真值表如表1所示。表1 繼電器控制真值表輸入輸出充放電（a）電壓（b）rl11rl12rl1

33、5rl13、rl14000010011110101000111001所以：3.3.2 單體電池的模擬原理如圖3-9所示。接入電池組的部分為a、b兩點，bat2為電壓源，rv2為滑動變阻器，通過滑動rv2來改變a、b兩點的電壓，繼而來模擬此單體電池電量的變化。圖3-9 單體電池的模擬3.3.3 電壓比較器的應用在判斷電壓電池電量是否電量充足時，應用電壓比較器，當測量的單體電池電壓高于電壓比較器設定的電壓則認為電壓充足；否則，電壓不足。原理如圖3-10所示。圖3-10 電壓比較器的應用u3:a、r5、r6、r7、r8構(gòu)成減法電路，即前面所講本文所采用的單體電池的測量方法。u3：a輸出為電壓比較器u4:a的輸入，u4：a同向輸入端接的是1.5伏的電壓源，d2穩(wěn)壓值為5伏。當反向輸入端的電壓低于1.5伏時比較器輸出5伏，否則輸出0伏。這樣比較器就構(gòu)成了一個單體電池電量是否充足的判決器。3.3.4串并聯(lián)電池充放電管理系統(tǒng)仿真圖仿真圖如圖3-11所示。圖中做了兩個單體單體電池組成的電池組的電路連接圖。圖中圈起來的a部分模擬電池組是放電狀態(tài)還是充電狀態(tài)；按鍵按下表示充電狀態(tài)反相器把信號傳給b部分的與門輸入端，b部分中的三個與門根據(jù)前文中的繼電器的邏輯控制連接電路，來控制繼電器。