CN102035230A

CN102035230A - 蓄电池组均衡充电控制技术

Info

Publication number: CN102035230A
Application number: CN2010105430385A
Authority: CN
Inventors: 安凯; 王晓英; 仵延生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2011-04-27

Abstract

由于种种原因，蓄电池的电压和容量势必存在不一致性。在充电过程中，蓄电池组中容量小的电池已经完全充满而容量大的电池则尚未充满，即同时出现过充和欠充。过充和欠充不仅降低蓄电池的充电效率，还会减少蓄电池的使用寿命。名称为蓄电池组均衡充电控制技术的发明涉及一种蓄电池组均衡充电控制技术，旨在解决蓄电池组在充电过程中的过充和欠充问题。该发明的技术方案是通过给每一个电池单体并联一个由场效应管控制的旁路，并将相应从单片机采集的电池单体的充电电压送同一个主单片机，主单片机根据蓄电池组中各单体的充电电压，借助充电控制算法决定每一条旁路的导通与阻断，并通过场效应管予以实施。该发明可用于任何铅酸蓄电池组的均衡充电。

Description

蓄电池组均衡充电控制技术

技术领域

本发明涉及一种蓄电池组均衡充电控制技术。

背景技术

随着社会的发展与进步，交通、电力和信息系统的安全性及稳定性变得日益重要，而构成系统的各种电力设备都离不开可靠的电源，如果在工作过程中突然停电，所造成的损失是难以估计的。为了避免这种情况，直流电源系统中都采用蓄电池组作为独立的备用电源，这样，即使停电或电网出现故障，也可由蓄电池组为电力设备独立供电，避免重大事故的发生。由此可见，蓄电池组本身的容量、运行状态及寿命直接影响直流电源系统的可靠性与稳定性。

大量研究与实验结果表明，蓄电池组中各电池单体之间存在不一致性，而电池组有效容量则受到其中最小容量电池单体的制约。电池制作过程中，工艺和材质等的差异可能导致其容量的不一致，电池使用过程中，温度和电路等环境因素的差异也可能导致电池容量的不一致。由于电池容量的不一致，在充电过程中各电池的电压不尽相同，容量小的电池已经完全充满而容量大的电池则尚未充满。此时，如果电池组继续充电，容量小的电池就会过充。发生过充时，输入的多余电量不是储存在电池里，而是消耗在电解液中并致使电池发生过热。同时，由于电解作用产生的气泡会附着在电极上，从而减少电极与电解液的接触面积，降低充电的效率。此外，充电终止时各电池荷电的不均衡还会导致放电的不均衡，甚至使个别电池因深度放电引起极性颠倒，导致整组电池的放电能力减弱，缩短电池组的寿命。过放电还会使电池内部发生不可逆的化学反应，减小电池容量。

随着连续循环充放电次数的增加，电池单体的容量加速衰减，单体间容量的不一致性进一步加剧。实验结果表明，在没有均衡措施的情况下，仅靠提高充电电压过充或过放进行被动均衡的串联电池组，其寿命远小于单体电池的寿命，只有单体电池寿命的几分之一乃至几十分之一。因此，给出适当的充电控制方案，对电池组实施均衡充放电，保证所有电池均在同样的充放电深度，是延长铅酸蓄电池组使用寿命的关键所在，对减少运营成本、提高电源系统的可靠性与稳定性，减少了废旧电池对环境的污染具有重要意义，是蓄电池研究的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的是给出一种蓄电池组的均衡充电方案及其控制方法，以避免铅酸蓄电池组在充电过程中的过充和欠充，从而延长电池的使用寿命。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的有益效果在于：通过由场效应管控制的旁路可以将蓄电池的充电电流分流，从而降低蓄电池的充电速度，以实现各蓄电池之间均衡充电。每一蓄电池由对应的从单片机采集充电电压，并全部发送到同一主单片机，主单片机按照充电控制方法确定每一场效应管的导通与阻断，并向各场效应管发送相应的控制信号予以实施。本发明具有结构简洁紧凑、制造成体低廉和使用简单方便的优点。该发明可用于任何铅酸蓄电池组的均衡充电。

附图说明

图1是蓄电池组均衡充电控制方案原理图，图中，n个蓄电池B₁，…，B_n串联后接入充电电路中。在电池组的各电池单体上并联一个串有场效应管的电路和一个电压采集电路，电压采集电路与一个单片机从机连接，用于实时采集电池单体两极板之间的电压。与n个蓄电池对应的n个单片机从机全部与同一个单片机主机连接，并在后者的控制下实时将采集到的各电池单体电压送往单片机主机。单片机主机在接收到n个蓄电池的电压后，通过均衡充电控制方法决定分别与n个蓄电池并联的n个场效应管的开闭，并实施控制。

具体实施方式

以V表示充电器两端的电压，V₁，…，V_n分别表示蓄电池B₁，…，B_n两极板之间的电压，则有

V = Σ_{i = 1}^{n} V_{i}

记

V_M＝Max{V₁，…，V_n}

V_N＝Min{V₁，…，V_n}

其中1≤M，N≤n。Δ＞0是根据用户需求设定的蓄电池充电电压误差限，V₀表示蓄电池单体充电电压目标值。

开始充电时所有场效应管均置于阻断状态。重复采集n个蓄电池两极板间电压V₁，…，V_n之后，若V_M-V_N＞Δ，说明蓄电池组充电电压超过了误差限，此时将第M个场效应管(与第M个蓄电池并联者，以下同)导通，使部分电流从并联旁路流过。

若V_N＜V₀，继续采集n个蓄电池两极板间电压V₁，…，V_n。若V_M-V_N＞Δ，将第M个场效应管(与第M个蓄电池并联者，以下同)导通，使部分电流从并联旁路流过；将第N个场效应管阻断(即原来处于导通状态则变为阻断状态，否则状态不变)。

若V_N＜V₀，继续重复上述过程，否则充电结束。

上述充电过程中，蓄电池两极板间电压越高，旁路导通时间越长，流经蓄电池的累积电流(电流积分)值越小，蓄电池两极板间电压上升速度越慢；反之，蓄电池两极板间电压越低，旁路导通时间越短，流经蓄电池的累积电流(电流积分)值越大，蓄电池两极板间电压上升速度越快。可见这种充电控制方法起到了均衡充电的作用。以K(i)＝1，K(i)＝0(i＝1，…，n)分别表示第i个场效应管处于导通和阻断的状态，则上述均衡充电控制方法的执行过程为：

i)设定蓄电池单体充电电压目标值V₀。置K(i)＝0(i＝1，…，n)

ii)采集n个蓄电池两极板间电压V₁，…，V_n，计算V_M，V_N，并确定M，N。

iii)若V_M-V_N＞Δ，置K(M)＝1，K(N)＝0。

iv)若V_N＜V₀，转ii)，否则停止充电。

本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims

1.一种蓄电池组均衡充电控制器，其特征在于：均衡充电控制器包括一个单片机主机，n段串有场效应管的导线，n为电池组中串联电池的个数，n个单片机从机以及分别与每个单片机从机对应的n个采样电路，每个采样电路与一段串有场效应管的导线并联，而后连接到电池的两个极板上，每个采样电路与对应的单片机从机连接，所有单片机从机连接到同一单片机主机上，采样电路采集每个电池的电压信号并送往相应的单片机从机，经采样处理后将电压数据送单片机主机，各场效应管的控制端均与单片机主机连接，单片机主机根据各从机传送的电压信号，通过蓄电池组均衡充电控制方法控制各场效应管的通断。

2.一种控制如权利要求1所述的蓄电池组均衡充电控制器的方法，其特征在于：均衡充电控制器包括一个单片机主机，n段串有场效应管的导线，n为电池组中串联电池的个数，n个单片机从机以及分别与每个单片机从机对应的n个采样电路，每个采样电路与一段串有场效应管的导线并联，而后连接到电池的两个极板上，每个采样电路与对应的单片机从机连接，所有单片机从机和各场效应管的控制端均与同一单片机主机连接，采样电路采集每个电池的电压信号并送往相应的单片机从机，经采样处理后将电压数据送单片机主机，单片机主机根据各从机传送的电压信号对各场效应管的导通和阻断实施控制：以V表示充电器两端的电压，V₁，…，V_n分别表示蓄电池B₁，…，B_n两极板之间的电压，

V = Σ_{i = 1}^{n} V_{i}

V_M＝Max{V₁，…，V_n}

V_N＝Min{V₁，…，V_n}

其中1≤M，N≤n，Δ＞0是根据用户需求设定的蓄电池充电电压误差限，V₀表示蓄电池单体充电电压目标值，以K(i)＝1，K(i)＝0(i＝1，…，n)分别表示第i个场效应管处于导通和阻断的状态，均衡充电控制方法的执行过程为：

i)设定蓄电池单体充电电压目标值V₀，置K(i)＝0(i＝1，…，n)；

ii)采集n个蓄电池两极板间电压V₁，…，V_n，计算V_M，V_N，并确定M，N；

iii)若V_M-V_N＞Δ，置K(M)＝1，K(N)＝0；

iv)若V_N＜V₀，转ii)，否则停止充电。