均衡充電方法

1、蓄電池容量均衡方法概述-充電電路引言在由蓄電池作為儲能單元的系統(tǒng)中，由于蓄電池單體往往容量比較低，不能夠滿足大容量系統(tǒng)的要求，因此需要將蓄電池單體串聯(lián)，形成蓄電池組以提高供電電壓和存儲容量，例如在電動汽車、微電網(wǎng)系統(tǒng)等領(lǐng)域大多需要蓄電池串聯(lián)。由于蓄電池單體自身制作工藝等原因，不同單體之間諸如電解液密度、電極等效電阻等都存在著差異，這些差異導(dǎo)致即便用聯(lián)蓄電池組每個單體的充放電電流相同， 也會使每個單體的容量產(chǎn)生不同， 進(jìn)而影響整個蓄電池組的工作。最壞的情況，在一個蓄電池組中，有一個單體的剩余容量接近為 100%100%另一個單體的剩余容量為0,0,則這個蓄電池組既不能充電也不能放電，完全不能使用

2、。因此對蓄電池容量的均衡是非常重要的，尤其是在大量蓄電池單體串聯(lián)的情況。蓄電池容量均衡的方法主要有電阻消耗均衡法、開關(guān)電容法、雙向 DC-DCDC-DC 變流器法、多繞組變壓器法、多模塊開關(guān)均衡法、開關(guān)電感法等。1 1 . .電阻消耗均衡法電阻消耗均衡法是通過與電池單體連接的電阻，將高于其他單體的能量釋放，以達(dá)到各單體的均衡，如圖 1 1 所示。每個蓄電池單體通過一個三極管與一個電阻連接，通過控制三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷實(shí)現(xiàn)蓄電池單體對電阻的放電。該種結(jié)構(gòu)控制簡單，放電速度快，可多個單體同時放電。但缺點(diǎn)也很明顯，能量消耗大，只能對單體進(jìn)行放電不能充電，而且其他蓄電池單體要以最低的單體為標(biāo)準(zhǔn)才能實(shí)現(xiàn)均

3、衡，效率低。圖 1 1 電阻消耗均衡法結(jié)構(gòu)圖2 2 .開關(guān)電容法開關(guān)電容法是在每兩個相鄰的蓄電池之間通過開關(guān)器件與一個電容并聯(lián)，如圖 2 2 所示。通過控制開關(guān)器件驅(qū)動信號 PWMPWM 勺占空比實(shí)現(xiàn)相鄰兩個電池之間能量的傳遞。例如若蓄電池單體容量 B1B1 高于 B2,G1B2,G1 開通 G2G2 關(guān)斷時，電容 C1C1 和電池單體 B1B1 并聯(lián)，B1B1 將能量傳遞給 C1;G1C1;G1 關(guān)斷 G2G2 開通時，電容 C1C1 和電池單體 B2B2 并聯(lián)，C1C1 將能量傳遞給 B2,B2,完成這個周期內(nèi)的能量傳遞。以此類推，通過控制開關(guān)器件的開通與關(guān)斷，利用電容實(shí)現(xiàn)能量的逐個傳遞。

4、SclrctinriLogsfSclrctinriLogsfandandLeitchesMicnKMrilri.ilcrelecfanSCOnielecfanSCOni電昌威晚皮GNDGNDGNDGNDGNDGND圖 2 2 開關(guān)電容均衡法結(jié)構(gòu)圖該電路可以等效成如圖 3 3 所示電路，在每兩個電池單體之間連接一個等效電阻，可以推出如等式淵 1 1 冤給出的等效阻值。這種方法由于能量逐個傳遞，因此均衡時間較長，可以根據(jù)等式淵 1 1 冤，通過改變開關(guān)器件的開關(guān)頻率和電容容值的方法調(diào)節(jié)等效電阻，改變充放電電流。a圖 3 3 開關(guān)電容法等效電路式中:f f 為開關(guān)頻率；t=RC;Dt=RC;D 為占

5、空比。開關(guān)電容法控制簡單，可實(shí)現(xiàn)充電和放電均衡，但由于是逐級傳遞能量，因此均衡速度較慢。容量均衡均衡充電蓄電池3 3 .雙向 DC-DDC-D 喙流器法該方法每個蓄電池單體都連接一個雙向 DCDDCD 變流器后再串聯(lián)，如圖 4 4 所示由于蓄電池單體電壓等級比較低，一般情況下將蓄電池單體作為低壓側(cè)。在給蓄電池組充電時，根據(jù)圖5 5 的控制策略， 可以實(shí)現(xiàn)對每個蓄電池單體的恒壓充電， 如果將該控制策略的電壓外環(huán)打開，可以根據(jù)均衡的需要進(jìn)行恒流充放電控制。在放電時，如果連接負(fù)載較重，有些雙向 DC-DDC-DC C變流器的電感可能工作在斷續(xù)狀。圖 4 4 雙向 DC-DCDC-DC 變流器法結(jié)構(gòu)圖

6、Ry,I+exp(,I+exp(Tfci_i_fDTy cimcim電(I)9蒙挑反直流電源F 產(chǎn)i-i-I Ielecfanscomelecfanscom電跖依攝員匕房”elecfanscomelecfanscom之占或版左rd圖 5 5 蓄電池單體包壓充電控制框圖這種均衡方法可以同時對所有電池單體進(jìn)行充放電，并針對不同電池單體的容量情況控制充放電電流。 此方法控制靈活， 充放電均衡時間短。 但由于每個蓄電池單體都需要一個雙向 DC-DDC-DC C變流器，因此成本較高。4 4 . .多繞組變壓器均衡法多繞組變壓器法是將每個蓄電池單體連接到變壓器的一個副邊，如圖 6 6所示。在對蓄電池組進(jìn)行

7、電壓均衡時，控制變壓器副邊電壓首先高于最低的一個蓄電池單體，此時這個單體電路中的二極管導(dǎo)通，其他單體連接的二極管由于承受反壓關(guān)斷，僅給電壓最低的蓄電池單體充電，等到這個單體充至倒數(shù)第二高時，再提高副邊電壓，給最低的兩個單體充電，照這種方法持續(xù)下去，充電電壓如圖 7 7所示。圖 7 7 變壓器副邊充電電壓波形圖這種充電方式的多繞組變壓器設(shè)計復(fù)雜，而且價格較貴，需要根據(jù)不同的蓄電池單體數(shù)量改變繞組個數(shù)，不易于蓄電池組的擴(kuò)展日僅能通過給蓄電池單體充電的方式實(shí)現(xiàn)均衡。容量均衡均衡充電蓄電池多模塊開關(guān)選擇均衡法5 5 . .多模塊開關(guān)選擇均衡法該種方法的結(jié)構(gòu)如圖 8 8 所示，由于用聯(lián)蓄電池單體數(shù)量較多

8、，可以將這些單體分為 M M 個模塊，每個模塊有 K K 個單體。每個蓄電池單體均有一組開關(guān)與雙向 DC-DCDC-DC 變流器連接，開關(guān)由兩個反向串聯(lián)的 MOSFET&MOSFET&成，在單體未選中進(jìn)行充放電時，控制芯片控制相應(yīng) MOSFETlMOSFETl 斷，單體與變流器斷開日由控制器選擇給某個單體進(jìn)行充電時，通過控制芯片開通對應(yīng)的光耦，令 MOSFEMOSFE 曲通，將該蓄電池單體接入 DC-DCDC-DC 變流器，如圖 9 9 所示?？刂菩盘枅D 9 9 多模塊開關(guān)選擇均衡法控制電路模塊選擇開美模塊選擇開美r雙向DC4)C變罐器elecfanscomelecfanscom也3 3窿探員

9、-V圖 8 8 多模塊開關(guān)選擇均衡法結(jié)構(gòu)圖雙向DC-DCDC-DC單體選擇開美單體選擇開美控制信這種方法可以對任何一個單體進(jìn)行單獨(dú)充放電， 充放電電流可控， 但是每次只能針對一個電池單體，因此整個蓄電池組的充放電均衡時間較長，尤其在單體數(shù)量很大的情況下。6 6 .開關(guān)電感法開關(guān)電感法是在相鄰兩個蓄電池單體之間通過 MOSFETMOSFETf f 一個電感相連,如圖 1 10 0 所示，若當(dāng)單體容量 B1B1 大于 B2B2 時，首先令開關(guān) Q1Q1 導(dǎo)通 Q2Q2 斷開，B1B1 給電感 L1L1 充電，然后 Q1Q1 斷開Q2Q2 閉合，此時電感將存儲的能量釋放給 B2,B2,為了保證 Q1Q1 和 Q2Q2 不同時導(dǎo)通，會加入死區(qū)，在死區(qū)時間里，電感 L1L1 通過 B2,D2B2,D2 續(xù)流。同時 B2B2 也可以給 B3B3 傳遞能量，也可以實(shí)現(xiàn)能量反方向的流動，直到所有電池單體容量相同為止。圖 1010 開關(guān)電感法電路結(jié)構(gòu)圖開關(guān)電感法可以實(shí)現(xiàn)相鄰電池單體間能量的同時傳遞，可以減少均衡時間，對于 N N個蓄電池單體，需要 2N-22N-2 個 MOSFETSN-1MOSFETSN-1 個電感。7 7 . .結(jié)論蓄電池