串联蓄电池组的均衡充电技术研究

电池充电均衡器的均衡效果分析及其解决方案周宝林由于蓄电池都存在内阻并且各不相同，才导致组成串联电池组后各块电池的电压都不相同，由此催生了各种电池均衡器技术的研发，目前，技术上比较多的是电池充电均衡器，那么电池充电均衡器是否能彻底解决电池电压不平衡的问题呢，答案是否定的。

电池充电均衡器仅在电池充电期间起作用，可以有效控制个别电池防止出现过充电，在电池放电时不起作用，无法提升低电压电池的电压，依然会出现明显不均衡问题。

例如，电池组中有一块电池出现了内阻增大的问题（以下简称问题电池），在充电过程中，“问题电池”的端电压上升速度最快，首先达到充电限制电压，在充电均衡器的控制下，充电器此后的输出电能大部分都充到了其它正常电池中，“问题电池”相比其它电池只充入了部分电能。

在放电过程中，放电电流都是一样的，经过一段时间放电，“问题电池”储存的电量首先消耗完，电压下降最快，最先达到放电终止电压，如果继续放电，则“问题电池”将造成严重亏电，形成过放电，甚至会造成容量无法恢复的伤害，此时，大部分电池仍处于电量较为充足的状态，有效电量没有释放出来。

一块“问题电池”就成了电池组的瓶颈，随着接下来的连续充放电，“问题电池”将变得更加严重，变成了一个“可变电阻”，导致整个电池组的放电电流急剧减小，输出电压严重不足，经过多次充放电循环后，“问题电池”的储电能力和放电能力严重下降，严重影响整个电池组性能的发挥，成了“木桶效应”中的最短板。

如果再继续放电，那么“问题电池”不仅无法再释放电能，反而成了负载，极性反转，开始从其它电池吸收电能，导致温度升高。

对于重要系统，后备时间严重不足的问题还会导致重要设备的损坏，后果非常严重。

通过以上分析可以知道，电池充电均衡器虽然解决了电池在充电期间的均衡问题，但却无法解决电池放电期间的均衡问题，无法从根本上解决电池组的均衡问题，仍然属于功能上受限的均衡器。

适合的电池均衡器，应该同时具有充电均衡和放电均衡功能，不仅能够对电池充电期间进行均衡，而且在电池放电期间同样可以进行均衡。

串联蓄电池组抽头供电问题的研究作者：许琴来源：《电子世界》2013年第13期【摘要】本文以一个错误的设计方案为例，深入分析铅酸蓄电池的充放电、极化以及极化电压的动态变化，推导出对不均衡电量的串联蓄电池组充电是无效的，并给出正确的设计方案。

【关键词】充放电；极化；不均衡电量；充电无效1.引言应急指挥通信车装载多种类的通信设备，如短波、超短波、集群车台，这些负载多为12V 电源供电。

为了满足这类设备动中通的要求，设计人员有时会直接使用汽车的蓄电池给设备供电。

如果原车蓄电池为单节12V电压，可直接取电；若原车由两节24V电池组提供启动电压，在工程实施过程中，一般采用中间抽头，取后节电池提供设备电源。

2.实例简述某机动指挥通信系统装载有常规的集群电台，机动车发动机启动电池为两节电池串联，电压为直流24V，设计人员为了实现车辆行进中的集群通信，对两节电池组中间抽头，采用了后节电池给集群电台提供电源。

系统供电拓扑图如图1所示。

该机动车使用了一段时间后，汽车不能点火启动，经检查，前节电池开路电压12.6V，后节电池电压只有11V，使用过程中，汽车发动机是一直运转的，原车发电机对两节电池一直充电，为什么后节电池电压过低？为了查出原因，下面对铅酸蓄电池的充放电和极化过程进行深入分析。

3.铅酸蓄电池的结构简单介绍铅酸蓄电池一般由六个单元格组成，每个单元格由阳极板、阴极板、隔板和稀硫酸电解液组成；单元格串联输出12.6V电压，耐酸、耐热、耐震的硬橡胶或塑料壳体作为电池的外结构[1]。

极板以铅锑合金为骨架，涂一层松软的铅膏，化学处理后，阳极外层生成活性物质过氧化铅（PbO2），阴极外层生成活性物质铅（Pb）。

隔板有玻璃纤维隔板、微孔橡胶隔板以及塑料维隔板，其作用使正负极板绝缘，而电解液中的带电离子可以自由通过。

4.铅酸蓄电池的放电过程铅酸蓄电池放电是一个比较复杂的电化学反应过程。

阴极反应：阴极板外层的活性物质铅在稀硫酸中发生氧化作用。

蓄电池容量均衡方法概述
引言
在由蓄电池作为储能单元的系统中，由于蓄电池单体往往容量比较低，不能够满足大容量系统的要求，因此需要将蓄电池单体串联，形成蓄电池组以提高供电电压和存储容量，例如在电动汽车、微电网系统等领域大多需要蓄电池串联。

由于蓄电池单体自身制作工艺等原因，不同单体之间诸如电解液密度、电极等效电阻等都存在着差异，这些差异导致即便串联蓄电池组每个单体的充放电电流相同，也会使每个单体的容量产生不同，进而影响整个蓄电池组的工作。

最坏的情况，在一个蓄电池组中，有一个单体的剩余容量接近为100%,另一个单体的剩余容量为0,则这个蓄电池组既不能充电也不能放电，完全不能使用。

因此对蓄电池容量的均衡是非常重要的，尤其是在大量蓄电池单体串联的情况。

蓄电池容量均衡的方法主要有电阻消耗均衡法、开关电容法、双向DC-DC 变流器法、多绕组变压器法、多模块开关均衡法、开关电感法等。

 
1.电阻消耗均衡法。

关于蓄电池的均充和浮充关于蓄电池的均充和浮充Pleasure Group Office【T985AB-B866SYT-B182C-BS682T-STT18】蓄电池均充一、均充的意义一般密封铅酸蓄电池投入使用的日期距出厂日期时间较长，电池经过长期的自放电，容量必然大量损失，并且由于单体电池自放电大小的差异，致使电池的比重、端电压等出现不均衡，投入使用前应对电池进行一次均衡充电，否则，个别电池会进一步发展成落后电池并会导致整组电池不可用。

另外，如果蓄电池长期不投入使用，闲置时间超过3个月后，应该对电池进行一次均衡充电。

二、均充、浮充的定义蓄电池均充、浮充在DL5044-2004电力工程直流系统设计技术规程中的定义分别如下：浮充电floating charge 在正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用。

均衡充电equalizing charge 为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电，以及大容量放电后的补充充电，通称为均衡充电。

均充就是恒大电流充电，目的一是当蓄电池放电后，快速补充电能，二是当个别蓄电池电压有偏差，消除偏差，趋于平衡。

所以也叫快冲、强充。

浮充就是恒压小电流充电，目的一是防止蓄电池自放电，二是增加充电深度。

另外，均、浮充之间的转换是由监控模块自动控制的。

蓄电池组均充就是采用恒流充电，充电快，持续时间短；浮充是对电池恒压充电，持续时间长，充电慢。

根据电池充电曲线，新电池应该是先均冲，后浮充。

三、均充、浮充具体操作方法均充电流时电池容量的1/10H，例：300AH电池均充电流30A，充电电压系统自动控制，恒流30A充3小时自动转浮充。

一般浮充电压取电池额定电压的倍X电池节数；均充电压取电池额定电压的倍X电池节数。

比如48 V通信电源蓄电池组由24节蓄电池串联而成，浮充电压=（略小于倍），均充电压×24=。

蓄电池的均充和浮充文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]蓄电池均充一、均充的意义一般密封铅酸蓄电池投入使用的日期距出厂日期时间较长，电池经过长期的自放电，容量必然大量损失，并且由于单体电池自放电大小的差异，致使电池的比重、端电压等出现不均衡，投入使用前应对电池进行一次均衡充电，否则，个别电池会进一步发展成落后电池并会导致整组电池不可用。

另外，如果蓄电池长期不投入使用，闲置时间超过3个月后，应该对电池进行一次均衡充电。

二、均充、浮充的定义蓄电池均充、浮充在DL5044-2004电力工程直流系统设计技术规程中的定义分别如下：浮充电??floating charge 在正常运行时，充电装置承担经常负荷，同时向蓄电池组补充充电，以补充蓄电池的自放电，使蓄电池以满容量的状态处于备用。

均衡充电 equalizing charge 为补偿蓄电池在使用过程中产生的电压不均匀现象，使其恢复到规定的范围内而进行的充电，以及大容量放电后的补充充电，通称为均衡充电。

均充就是恒大电流充电，目的一是当蓄电池放电后，快速补充电能，二是当个别蓄电池电压有偏差，消除偏差，趋于平衡。

所以也叫快冲、强充。

浮充就是恒压小电流充电，目的一是防止蓄电池自放电，二是增加充电深度。

另外，均、浮充之间的转换是由监控模块自动控制的。

蓄电池组均充就是采用恒流充电，充电快，持续时间短；浮充是对电池恒压充电，持续时间长，充电慢。

根据电池充电曲线，新电池应该是先均冲，后浮充。

三、均充、浮充具体操作方法均充电流时电池容量的1/10H，例：300AH电池均充电流30A，充电电压系统自动控制，恒流30A充3小时自动转浮充。

一般浮充电压取电池额定电压的1.125倍X电池节数；均充电压取电池额定电压的1.175倍X电池节数。

比如48 V通信电源蓄电池组由24节蓄电池串联而成，浮充电压 2.23X24=53.5v（略小于 1.25倍），均充电压2.35×24=56.4v。

我们时长会听到这样的言论，日本电池好，国内电池差一些。

这里所指重要一点，是电池单体之间的一致性，对于车辆续航，容量是最直接最重要的参数，因此一致性就主要的指向了容量。

容量是个不能短时间直接测量得到的参数，根据经验，人们发现，单体电芯容量跟它的开路电压有一一对应的关系。

因此，考察已经装车运营的系统中电池一致性的眼光最终落在电芯电压上。

单体电压是直接测量值，可以实时在线测量，这都使它成为衡量系统电芯一致性水平的有利条件。

不单如此，常见BMS管理策略中，把单体电压值作为触发条件的情况还有放电终止条件，充电终止条件等等。

处于这样位置的一个参数，单体电压一致性差异过大，则直接限制了电池包充电电量和放电电量。

基于此，人们用电池均衡方法解决已经处于运营状态的电池组单体电压差异过大问题，来提高电池组容量。

从而也就可以做出，均衡手段延长了续航里程，延长了电池使用寿命之类的推论。

但在参考了很多的文献之后，中我们了解到，目前我们掌握的均衡并非很理想，只是暂时没有更好的办法。

我们通常把能量消耗型均衡叫做被动均衡，而把其他均衡称为主动均衡。

而对系统进行人为干预的，虽然经常不被理论讨论，但在实际应用中却不可或缺的，单体充电均衡，就是人工单独给电压过低电芯充电的解决不一致问题的方式。

主动均衡的具体实施方案有很多种，从理念上可以再分成削高填低型和并联均衡型两大类。

通常被质疑主动均衡影响电池寿命的，特指削高填低这类主动均衡。

削高填低，就是把已经电压高的电芯的能量转移一部分出来，给电压低的电芯，从而推迟最低单体电压触及放电。

截止阈值和最高单体电压触及充电终止阈值的时间，获得系统提升充入电量和放出电量的效果。

但是在这个过程中，高电压单体和低电压单体都额外的进行了充放。

我们都知道，电池的寿命被称为“循环寿命”，仅仅就这颗电芯来说，额外的充放负担会带来寿命的消耗是一个确定的事，但对电池包系统而言，总体上是延长了系统寿命还是降低了系统寿命，目前还没有看到明确的实验数据予以证明。

现有均衡充电几种方法实现对串联蓄电池组的各单体电池进行均充，目前主要有以下几种方法。

1.在电池组的各单体电池上附加一个并联均衡电路,以达到分流的作用。

在这种模式下,当某个电池首先达到满充时，均衡装置能阻止其过充并将多余的能量转化成热能，继续对未充满的电池充电。

该方法简单，但会带来能量的损耗，不适合快充系统。

2.在充电前对每个单体逐一通过同一负载放电至同一水平,然后再进行恒流充电,以此保证各个单体之间较为准确的均衡状态。

但对蓄电池组，由于个体间的物理差异，各单体深度放电后难以达到完全一致的理想效果。

即使放电后达到同一效果，在充电过程中也会出现新的不均衡现象。

3.定时、定序、单独对蓄电池组中的单体蓄电池进行检测及均匀充电。

在对蓄电池组进行充电时，能保证蓄电池组中的每一个蓄电池不会发生过充电或过放电的情况，因而就保证了蓄电池组中的每个蓄电池均处于正常的工作状态。

4.运用分时原理，通过开关组件的控制和切换，使额外的电流流入电压相对较低的电池中以达到均衡充电的目的。

该方法效率比较高，但控制比较复杂。

5.以各电池的电压参数为均衡对象，使各电池的电压恢复一致。

如图2所示，均衡充电时，电容通过控制开关交替地与相邻的两个电池连接，接受高电压电池的充电，再向低电压电池放电，直到两电池的电压趋于一致。

该种均衡方法较好的解决了电池组电压不平衡的问题，但该方法主要用在电池数量较少的场合。

6.整个系统由单片机控制，单体电池都有独立的一套模块。

模块根据设定程序，对各单体电池分别进行充电管理，充电完成后自动断开。

该方法比较简单，但在单体电池数多时会使成本大大增加，也不利于系统体积的减小。

所谓均衡充电，就是均衡电池特性的充电，是指在电池的使用过程中，因为电池的个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡，为了避免这种不平衡趋势的恶化，需要提高电池组的充电电压，对电池进行活化充电。

均充就是均衡充电，均充电压一般为56.4V，均充时间不大于10小时。