探讨蓄电池组充电管理系统关键技术

　　摘要：蓄电池组充电管理水平直接关系到其使用寿命，从而影响到整个电源系统，应研究一种合理可行的充电管理系统。在此以阀控式铅酸蓄电池组为例，介绍了均衡充电的必要性，并介绍分析了一种基于基于能量转移的无损均衡充电方法。

　　关键词：蓄电池组；充电管理；均衡充电

　　引言

　　蓄电池组是由多节蓄电池串联组成的电源，主要有镍氢、铅酸等类型，在直流电源系统中有着非凡意义。当前各行业用电量骤增，电网运行中极易出现供电不足，或电网故障等事故，从而影响到其他环节都不能正常工作。而蓄电池组则保证了在故障和断电的情况下，系统仍能够正常运行。由于内部单体电池不一致，若不能合理控制充电过程，极易导致各自容量上的差异越来越大，蓄电池组的使用寿命也随之缩短。因此必须提高蓄电池组充电管理水平，在此介绍一种无损均衡充电方式。

　　1、阀控式铅酸蓄电池组的均衡充电技术分析

　　1.1 均衡充电的必要性

　　阀控式铅酸蓄电池组在社会中有着广泛应用，主要构成部分有正极、负极、隔板、外壳、气塞、安全阀、电解液等，又可分为胶体电池和超细玻璃纤维电池两种。其充电过程有两个阶段，第一个阶段是主充电，即恢复电池电量至额定量；第二阶段是浮充电，即补充自放电消耗掉的电量。除了材料和工艺等自身质量问题，充电是否合理对电池寿命也有着重大影响，环境温度、过充电、过放电、长时间浮充电等因素都会导致蓄电池组寿命下降。

　　电池不一致性是指型号规格相同的电池存在着电压、容量等上的差别，且在容量上体现的更为明显。因为具有不一致性，易出现单体电池过充电或过放电等情况，如果低容量电池先放电完毕，则其他有剩余容量的单体电池便会予以补给，从而出现反极现象，影响到整个蓄电池组运行。另外，先放电完毕的电池在充电时易出现过充电现象，从而导致其他单体不能充满电，同样会影响到整体运行。为防止电池不一致性引起的寿命缩短，需采取有效的均衡充电方式。

　　1.2 均衡充电

　　即在各单体电池串联充电时，采取有效措施或利用某些装置对充电过程加以控制，保证各单体电池能够充满电，且不会出现过充电或过放电。当前有很多种均衡充电方法，如电容均衡法、能量耗散均衡法、电池荷电状态法、多路开关分时均衡充电法等，都具有各自的优势，在实际中也有适用的范围，但也存在着诸多问题，还需不断完善。

　　在此介绍一种基于能量转移的无损均衡充电方法，整个充电过程可分为若干均充周期，即便出现容量高低不同的单体电池，可通过均充旁路进行转移协调，实现高效率、低能耗的均衡充电。充电过程有以下两个阶段组成：①电压检测阶段。此时蓄电池组主要依靠来自主电源的电流进行充电，而MOSFET管全部处于断开状态，均充旁路不参与转移协调电容量。系统中的巡检模块则负责电压的检测；②均衡充电阶段。利用控制算法计算MOSFET管所占的占空比，当MOSFET管被触发后，根据占空比对开关状态加以控制，并完成电量转移工作。

　　占空比需要以各单体电池的容量为依据进行计算，常用的电池容量检测法有内阻法、定时放电法、开路电压法等。综合考虑后，在此选择改进后的开路电压法，无需较为复杂的设备，且精确性也有所保障。

　　2、基于能量转移的无损均衡充电系统分析

　　均衡充电具有动态性，利用单体电池间的电量转移来避免过充电、过放电等现象。而整个均充系统包含了诸多模块，除了均充模块，还有温度检测、电压巡检、主监控等模块，各自都发挥着相应的作用，支撑整个系统正常运行。

　　2.1 主监控模块

　　在整个均充系统中处于核心地位，控制着充电时间、电路切换，也负责对电压、温度等数据进行处理。其功能主要有：①向系统中的其他模块发布指令；②接收来自其他模块传递的数据，并对这些数据进行分析处理；③将所得结果显示在人机界面。

　　该模块的主要组成部分有：①单片机，在此采用AT89S52型单片机；②通讯电路，选择的是SN75176TLL串口专用转换器，距离远、驱动电流大、抗干扰性强，且具有良好的兼容性；③A/D转换器，来自于TI公司的TLC2543型、串行输入结构的12位串行转换器，节省了单片机的I/O口。

　　2.2 温度检测模块

　　温度是影响阀控式铅酸蓄电池组使用寿命的重要因素之一，且主要是对浮充电压产生较大的影响。出厂时环境温度大致在25℃左右，所以在设置浮充电压值时也通常按照25℃设计。但从实际中考虑，首先电池组本身会有放热一个放热的过程；其次，周围环境温度在不断变化。所以电池组很难出于25℃一直不变。此时若以25℃为标准，一旦温度大于25℃，极易出现过充电现象；若不足25℃，则电池组难以充满电，都会影响到其使用寿命。这就要求，在浮充过程中应当根据温度的实际变动而适当调整电压值。另外，型号和品牌不同，蓄电池组的温度特性也有很大差异，所以选择时应依据相关指标设定温度补偿系数。

　　2.3 电压巡检模块

　　均衡充电的目的是为了使各单体电池的容量趋向均衡，它的原则是使容量超前的电池把电量移到容量相对落后的电池上，通过控制均充塻块上各个均充旁路的MOSFET管开关时间就可实现这种电量的动态转移，而关键就是计算占空比。因此首先要对所有电池进行电压检测。由于单体蓄电池数量较多，同时检测所有电压非常复杂，且系统也难以同时处理如此多的数据，为此提出了电压巡检的方法。此模块包括切换电路和采集电路两部分，通过主监控模块对切换电路进行控制，依次把各个单体电池接入采集电路中，继而把该电池的电压信号送到主监控模块进行处理。当所有电池的端电压都被采集后，就完成了一次电压巡检。

　　3、结束语

　　蓄电池组是电源系统中不可或缺的一部分，尤其在故障或停电时，其作用更加突出，这就要求必须重视蓄电池的使用寿命，提高其充电管理水平，减少不必要的损失。对于蓄电池不一致性造成的影响，在此提出了一种有效的均衡充电方式，今后使用中还应做进一步完善。

　　参考文献：

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　　肖练