探討蓄電池組充電管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

肖練

摘要：蓄電池組充電管理水平直接關(guān)系到其使用壽命，從而影響到整個(gè)電源系統(tǒng)，應(yīng)研究一種合理可行的充電管理系統(tǒng)。在此以閥控式鉛酸蓄電池組為例，介紹了均衡充電的必要性，并介紹分析了一種基于基于能量轉(zhuǎn)移的無損均衡充電方法。

關(guān)鍵詞：蓄電池組；充電管理；均衡充電

引言

蓄電池組是由多節(jié)蓄電池串聯(lián)組成的電源，主要有鎳氫、鉛酸等類型，在直流電源系統(tǒng)中有著非凡意義。當(dāng)前各行業(yè)用電量驟增，電網(wǎng)運(yùn)行中極易出現(xiàn)供電不足，或電網(wǎng)故障等事故，從而影響到其他環(huán)節(jié)都不能正常工作。而蓄電池組則保證了在故障和斷電的情況下，系統(tǒng)仍能夠正常運(yùn)行。由于內(nèi)部單體電池不一致，若不能合理控制充電過程，極易導(dǎo)致各自容量上的差異越來越大，蓄電池組的使用壽命也隨之縮短。因此必須提高蓄電池組充電管理水平，在此介紹一種無損均衡充電方式。

1 閥控式鉛酸蓄電池組的均衡充電技術(shù)分析

1.1均衡充電的必要性

閥控式鉛酸蓄電池組在社會(huì)中有著廣泛應(yīng)用，主要構(gòu)成部分有正極、負(fù)極、隔板、外殼、氣塞、安全閥、電解液等，又可分為膠體電池和超細(xì)玻璃纖維電池兩種。其充電過程有兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是主充電，即恢復(fù)電池電量至額定量；第二階段是浮充電，即補(bǔ)充自放電消耗掉的電量。除了材料和工藝等自身質(zhì)量問題，充電是否合理對(duì)電池壽命也有著重大影響，環(huán)境溫度、過充電、過放電、長(zhǎng)時(shí)間浮充電等因素都會(huì)導(dǎo)致蓄電池組壽命下降。

電池不一致性是指型號(hào)規(guī)格相同的電池存在著電壓、容量等上的差別，且在容量上體現(xiàn)的更為明顯。因?yàn)榫哂胁灰恢滦裕壮霈F(xiàn)單體電池過充電或過放電等情況，如果低容量電池先放電完畢，則其他有剩余容量的單體電池便會(huì)予以補(bǔ)給，從而出現(xiàn)反極現(xiàn)象，影響到整個(gè)蓄電池組運(yùn)行。另外，先放電完畢的電池在充電時(shí)易出現(xiàn)過充電現(xiàn)象，從而導(dǎo)致其他單體不能充滿電，同樣會(huì)影響到整體運(yùn)行。為防止電池不一致性引起的壽命縮短，需采取有效的均衡充電方式。

1.2均衡充電

即在各單體電池串聯(lián)充電時(shí)，采取有效措施或利用某些裝置對(duì)充電過程加以控制，保證各單體電池能夠充滿電，且不會(huì)出現(xiàn)過充電或過放電。當(dāng)前有很多種均衡充電方法，如電容均衡法、能量耗散均衡法、電池荷電狀態(tài)法、多路開關(guān)分時(shí)均衡充電法等，都具有各自的優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際中也有適用的范圍，但也存在著諸多問題，還需不斷完善。

在此介紹一種基于能量轉(zhuǎn)移的無損均衡充電方法，整個(gè)充電過程可分為若干均充周期，即便出現(xiàn)容量高低不同的單體電池，可通過均充旁路進(jìn)行轉(zhuǎn)移協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)高效率、低能耗的均衡充電。充電過程有以下兩個(gè)階段組成：①電壓檢測(cè)階段。此時(shí)蓄電池組主要依靠來自主電源的電流進(jìn)行充電，而MOSFET管全部處于斷開狀態(tài)，均充旁路不參與轉(zhuǎn)移協(xié)調(diào)電容量。系統(tǒng)中的巡檢模塊則負(fù)責(zé)電壓的檢測(cè)；②均衡充電階段。利用控制算法計(jì)算MOSFET管所占的占空比，當(dāng) MOSFET管被觸發(fā)后，根據(jù)占空比對(duì)開關(guān)狀態(tài)加以控制，并完成電量轉(zhuǎn)移工作。

占空比需要以各單體電池的容量為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，常用的電池容量檢測(cè)法有內(nèi)阻法、定時(shí)放電法、開路電壓法等。綜合考慮后，在此選擇改進(jìn)后的開路電壓法，無需較為復(fù)雜的設(shè)備，且精確性也有所保障。

2 基于能量轉(zhuǎn)移的無損均衡充電系統(tǒng)分析

均衡充電具有動(dòng)態(tài)性，利用單體電池間的電量轉(zhuǎn)移來避免過充電、過放電等現(xiàn)象。而整個(gè)均充系統(tǒng)包含了諸多模塊，除了均充模塊，還有溫度檢測(cè)、電壓巡檢、主監(jiān)控等模塊，各自都發(fā)揮著相應(yīng)的作用，支撐整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。

2.1主監(jiān)控模塊

在整個(gè)均充系統(tǒng)中處于核心地位，控制著充電時(shí)間、電路切換，也負(fù)責(zé)對(duì)電壓、溫度等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其功能主要有：①向系統(tǒng)中的其他模塊發(fā)布指令；②接收來自其他模塊傳遞的數(shù)據(jù)，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理；③將所得結(jié)果顯示在人機(jī)界面。

該模塊的主要組成部分有：①單片機(jī)，在此采用AT89S52型單片機(jī)；②通訊電路，選擇的是SN75176TLL串口專用轉(zhuǎn)換器，距離遠(yuǎn)、驅(qū)動(dòng)電流大、抗干擾性強(qiáng)，且具有良好的兼容性；③A/D轉(zhuǎn)換器，來自于TI公司的TLC2543型、串行輸入結(jié)構(gòu)的12位串行轉(zhuǎn)換器，節(jié)省了單片機(jī)的I/O口。

2.2溫度檢測(cè)模塊

溫度是影響閥控式鉛酸蓄電池組使用壽命的重要因素之一，且主要是對(duì)浮充電壓產(chǎn)生較大的影響。出廠時(shí)環(huán)境溫度大致在25℃左右，所以在設(shè)置浮充電壓值時(shí)也通常按照25℃設(shè)計(jì)。但從實(shí)際中考慮，首先電池組本身會(huì)有放熱一個(gè)放熱的過程；其次，周圍環(huán)境溫度在不斷變化。所以電池組很難出于25℃一直不變。此時(shí)若以25℃為標(biāo)準(zhǔn)，一旦溫度大于25℃，極易出現(xiàn)過充電現(xiàn)象；若不足25℃，則電池組難以充滿電，都會(huì)影響到其使用壽命。這就要求，在浮充過程中應(yīng)當(dāng)根據(jù)溫度的實(shí)際變動(dòng)而適當(dāng)調(diào)整電壓值。另外，型號(hào)和品牌不同，蓄電池組的溫度特性也有很大差異，所以選擇時(shí)應(yīng)依據(jù)相關(guān)指標(biāo)設(shè)定溫度補(bǔ)償系數(shù)。

2.3電壓巡檢模塊

均衡充電的目的是為了使各單體電池的容量趨向均衡，它的原則是使容量超前的電池把電量移到容量相對(duì)落后的電池上，通過控制均充塻塊上各個(gè)均充旁路的 MOSFET 管開關(guān)時(shí)間就可實(shí)現(xiàn)這種電量的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移，而關(guān)鍵就是計(jì)算占空比。因此首先要對(duì)所有電池進(jìn)行電壓檢測(cè)。由于單體蓄電池?cái)?shù)量較多，同時(shí)檢測(cè)所有電壓非常復(fù)雜，且系統(tǒng)也難以同時(shí)處理如此多的數(shù)據(jù)，為此提出了電壓巡檢的方法。此模塊包括切換電路和采集電路兩部分，通過主監(jiān)控模塊對(duì)切換電路進(jìn)行控制，依次把各個(gè)單體電池接入采集電路中，繼而把該電池的電壓信號(hào)送到主監(jiān)控模塊進(jìn)行處理。當(dāng)所有電池的端電壓都被采集后，就完成了一次電壓巡檢。

3 結(jié)束語

蓄電池組是電源系統(tǒng)中不可或缺的一部分，尤其在故障或停電時(shí)，其作用更加突出，這就要求必須重視蓄電池的使用壽命，提高其充電管理水平，減少不必要的損失。對(duì)于蓄電池不一致性造成的影響，在此提出了一種有效的均衡充電方式，今后使用中還應(yīng)做進(jìn)一步完善。

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