中心議題：

• 基於串連蓄電池組的均充技術研究

解決方案：

• 在電池組的各單體電池上附加一個並聯均衡電路
• 運用分時原理

• 定時、定序、單獨對蓄電池組中的單體蓄電池進行檢測及均勻充電

單dan個ge蓄xu電dian池chi的de電dian壓ya與yu容rong量liang有you限xian，在zai很hen多duo場chang合he下xia要yao組zu成cheng串chuan連lian蓄xu電dian池chi組zu來lai使shi用yong。但dan蓄xu電dian池chi組zu的de中zhong的de電dian池chi存cun在zai均jun衡heng性xing的de問wen題ti。如ru何he提ti高gao蓄xu電dian池chi組zu的de使shi用yong壽shou命ming
，提ti高gao係xi統tong的de穩wen定ding性xing和he減jian少shao成cheng本ben，是shi擺bai在zai我wo們men麵mian前qian的de重zhong要yao問wen題ti。

蓄電池的使用壽命是由多方麵的因素所決定，其中最重要的是蓄電池本身的物理性能。

ciwai，dianchiguanlijishudedixiahebuhelidechongfangdianzhiduyeshizaochengdianchishoumingsuoduandezhongyaoyuanyin。duixudianchizulaishuo，chuqushangshuyuanyin，dantidianchijiandebuyizhixingyeshigezhongyaoyinsu。zhenduixudianchichongfangdianguochengzhongcunzaidedantidianchibujunhengdexianxiang，bizhefenxibijiaolemuqiandejizhongjunchongfangfa，jieheshijitichulewusunjunchongfangfa
，bingjinxingleshiyanyanzheng。

現有的均衡充電方法

實現對串聯蓄電池組的各單體電池進行均充
，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並聯均衡電路,以達到分流的作用。在這種模式下,當dang某mou個ge電dian池chi首shou先xian達da到dao滿man充chong時shi，均jun衡heng裝zhuang置zhi能neng阻zu止zhi其qi過guo充chong並bing將jiang多duo餘yu的de能neng量liang轉zhuan化hua成cheng熱re能neng，繼ji續xu對dui未wei充chong滿man的de電dian池chi充chong電dian。該gai方fang法fa簡jian單dan，但dan會hui帶dai來lai能neng量liang的de損sun耗hao

，不bu適shi合he快kuai充chong係xi統tong。

2.在充電前對每個單體逐一通過同一負載放電至同一水平,然後再進行恒流充電,以yi此ci保bao證zheng各ge個ge單dan體ti之zhi間jian較jiao為wei準zhun確que的de均jun衡heng狀zhuang態tai。但dan對dui蓄xu電dian池chi組zu
，由you於yu個ge體ti間jian的de物wu理li差cha異yi，各ge單dan體ti深shen度du放fang電dian後hou難nan以yi達da到dao完wan全quan一yi致zhi的de理li想xiang效xiao果guo。即ji使shi放fang電dian後hou達da到dao同tong一yi效xiao果guo，在zai充chong電dian過guo程cheng中zhong也ye會hui出chu現xian新xin的de不bu均jun衡heng現xian象xiang。

3.定時


、定序
、danduduixudianchizuzhongdedantixudianchijinxingjiancejijunyunchongdian。zaiduixudianchizujinxingchongdianshi，nengbaozhengxudianchizuzhongdemeiyigexudianchibuhuifashengguochongdianhuoguofangdiandeqingkuang，yinerjiubaozhenglexudianchizuzhongdemeigexudianchijunchuyuzhengchangdegongzuozhuangtai。

4.運(yun)用(yong)分(fen)時(shi)原(yuan)理(li)，通(tong)過(guo)開(kai)關(guan)組(zu)件(jian)的(de)控(kong)製(zhi)和(he)切(qie)換(huan)
，使(shi)額(e)外(wai)的(de)電(dian)流(liu)流(liu)入(ru)電(dian)壓(ya)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)的(de)電(dian)池(chi)中(zhong)以(yi)達(da)到(dao)均(jun)衡(heng)充(chong)電(dian)的(de)目(mu)的(de)。該(gai)方(fang)法(fa)效(xiao)率(lv)比(bi)較(jiao)高(gao)

，但(dan)控(kong)製(zhi)比(bi)較(jiao)複(fu)雜(za)。
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5.以各電池的電壓參數為均衡對象，使各電池的電壓恢複一致。如圖2所(suo)示(shi)，均(jun)衡(heng)充(chong)電(dian)時(shi)
，電(dian)容(rong)通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)交(jiao)替(ti)地(di)與(yu)相(xiang)鄰(lin)的(de)兩(liang)個(ge)電(dian)池(chi)連(lian)接(jie)，接(jie)受(shou)高(gao)電(dian)壓(ya)電(dian)池(chi)的(de)充(chong)電(dian)，再(zai)向(xiang)低(di)電(dian)壓(ya)電(dian)池(chi)放(fang)電(dian)
，直(zhi)到(dao)兩(liang)電(dian)池(chi)的(de)電(dian)壓(ya)趨(qu)於(yu)一(yi)致(zhi)。

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量較少的場合。

6.整個係統由單片機控製，單體電池都有獨立的一套模塊。模塊根據設定程序，對各單體電池分別進行充電管理，充電完成後自動斷開。

該方法比較簡單，但在單體電池數多時會使成本大大增加，也不利於係統體積的減小。

無損均充電路

本ben文wen提ti出chu了le一yi種zhong無wu損sun均jun充chong電dian路lu。均jun充chong模mo塊kuai啟qi動dong後hou，過guo充chong的de電dian池chi會hui將jiang多duo餘yu的de電dian量liang轉zhuan移yi到dao沒mei有you充chong滿man的de電dian池chi中zhong，實shi現xian動dong態tai均jun衡heng。其qi效xiao率lv高gao損sun失shi少shao，所suo有you的de電dian池chi電dian壓ya都dou由you均jun充chong模mo塊kuai全quan程cheng監jian控kong。

1 電路設計

N節電池串聯組成的電池組

，主回路電流是Ich。各串聯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，並根據控製算法計算MOSFET的占空比。在均充階段，旁路中被觸發的MOSFET由you計ji算suan所suo得de的de占zhan空kong比bi來lai控kong製zhi開kai關guan狀zhuang態tai，對dui相xiang應ying的de電dian池chi進jin行xing均jun充chong處chu理li。在zai這zhe個ge階jie段duan中zhong，流liu經jing各ge單dan體ti電dian池chi的de電dian流liu是shi不bu斷duan變bian化hua的de，也ye是shi各ge不bu相xiang同tong的de。
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，由於二極管Di的單向導通作用，所有的分流模塊都會將多餘的電量從相應的電池轉移到上遊電池中，而M1則把多餘的電量轉移到下遊的電池中。
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2 開關管占空比的計算

充電時電池的荷電狀態SOC（state of charge）可由下麵的經驗公式來得出，其中V是電池的端電壓。

SOC＝－0.24V 2＋7.218V－ 53.088 （1）

SOC是電池當前容量與額定容量之比
，SOC=Q/Q TOTAL×100%。

通過把電壓檢測階段末期檢測到的電池電壓轉化為荷電狀態
，而單節電池的儲存容量Qest,n與SOC存在相應的關係，Qest,n可以被估算出來。

在充電平衡階段，從主充器充入單節電池的電量是IchTcep。其中，Tcep為一個充電周期內均充階段的時間。為使在均充階段達到單節電池儲存容量的平衡，均充的目標Q tar應為：
danshi，zaibeijifadepangluheqitadianchizhijiandechongdianzhuanhuanshixianghuyingxiangde
，dantidianchijingpanglushuchugeiqitadianchidedianliuhejieshoudechongdiandianliuhennanyongyigejiandandegongshijinxingjisuan。buguo，Gauss-Seidel迭代法可以解決這個問題。

期望的儲存容量Q n可以用下式來計算：

 
其中，I dis,n是一個開關周期中的平均電流，I o^,n是從其他被觸發的旁路中獲得的電流。Q tar是理想狀態下電池經充電周期Ts達到均充時的電荷量，Q n是期望的儲存容量，取Q tar＝Q n，即（2）、（3）相等。通過相應換算，得到占空比 的計算公式：



這裏的函數f N隻是一個示意函數，表示D n和D 2...D 3存在一定關係。

3 實驗設計

為wei了le驗yan證zheng本ben文wen的de均jun衡heng充chong電dian方fang法fa，以yi兩liang節jie單dan體ti電dian池chi組zu成cheng的de蓄xu電dian池chi組zu為wei例li進jin行xing實shi驗yan和he分fen析xi
，主zhu要yao驗yan證zheng旁pang路lu中zhong開kai關guan管guan對dui電dian壓ya的de調tiao節jie作zuo用yong。控kong製zhi流liu程cheng見jian圖tu4。

本實驗中，選用兩個小功率NPN管C1815(Q1、Q2)來替代開關管，用89C51芯片的P1.0和P1.1腳控製Q1
、Q2的開關。同時，蓄電池的端電壓V1和V2由差動放大電路采集，經A/D轉換送到CPU。在整個過程中，電壓每20ms采樣一次，每隔1s上傳上位機並保存並自動繪製曲線。圖5為試驗電路圖。
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實驗結果與分析

通過實驗結果可以看出，充電開始時電壓相差為1.98V 
，在經過充電140s後，電壓相差值約為0.2V；在zai均jun充chong過guo程cheng中zhong，電dian池chi電dian壓ya有you趨qu向xiang一yi致zhi的de趨qu勢shi。均jun充chong方fang法fa能neng根gen據ju單dan體ti電dian池chi的de差cha異yi
，縮suo短duan蓄xu電dian池chi組zu之zhi間jian的de不bu一yi致zhi性xing，使shi蓄xu電dian池chi組zu的de整zheng體ti性xing能neng得de到dao提ti高gao，壽shou命ming延yan長chang。

同時，從實驗結果來看
，該方法也有效果不理想的地方
，那就是兩節電池端電壓差值較大。究其原因，一是本實驗中用“電阻串聯電容”來替代蓄電池，這和真實的蓄電池存在差別
，無法達到理想的模擬狀態；二(er)是(shi)本(ben)實(shi)驗(yan)主(zhu)要(yao)是(shi)檢(jian)驗(yan)開(kai)關(guan)管(guan)的(de)開(kai)關(guan)對(dui)電(dian)壓(ya)的(de)均(jun)衡(heng)影(ying)響(xiang)
，在(zai)很(hen)多(duo)環(huan)節(jie)上(shang)進(jin)行(xing)了(le)簡(jian)化(hua)處(chu)理(li)，忽(hu)略(lve)了(le)一(yi)些(xie)次(ci)要(yao)因(yin)素(su)
，而(er)這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)也(ye)對(dui)實(shi)驗(yan)結(jie)果(guo)有(you)一(yi)定(ding)的(de)影(ying)響(xiang)。

但總的來說
，本實驗達到了預定的目的，證明了無損均充法的可行性。
youyumeiyouxianchengdexudianchi，xuyongtidaidianchilaijinxingshiyan。chongdianguochengzhongxudianchineizuheduandianyadouzaibuduanbianhua，bingqiechongdianguochengzhongdianchixujinengliang


，genjuduixudianchidewulixingzhidefenxihexiangguanziliao

，caiyong“電阻串聯電容”來替代單體蓄電池來進行實驗。