中心議題：

• 蓄電池現有的均衡充電方法
• 蓄電池無損均充電路

解決方案：

• 電壓檢測階段，主電源對電池組充電
  ，同時檢測單體電池電壓
• 在均充階段，由計算所得的占空比來控製被觸發的MOSFET，對相應的電池均充

dangexudianchidedianyayurongliangyouxian，zaihenduochanghexiayaozuchengchuanlianxudianchizulaishiyong。danxudianchizudezhongdedianchicunzaijunhengxingdewenti。ruhetigaoxudianchizudeshiyongshouming
，tigaoxitongdewendingxinghejianshaochengben，shibaizaiwomenmianqiandezhongyaowenti。

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。

此外，電池管理技術的低下和不合理的充放電製度也是造成電池壽命縮短的重要原因。對蓄電池組來說
，除去上述原因
，單dan體ti電dian池chi間jian的de不bu一yi致zhi性xing也ye是shi個ge重zhong要yao因yin素su。針zhen對dui蓄xu電dian池chi充chong放fang電dian過guo程cheng中zhong存cun在zai的de單dan體ti電dian池chi不bu均jun衡heng的de現xian象xiang，本ben文wen分fen析xi比bi較jiao了le目mu前qian的de幾ji種zhong均jun充chong方fang法fa，結jie合he實shi際ji提ti出chu了le無wu損sun均jun充chong方fang法fa，並bing進jin行xing了le試shi驗yan驗yan證zheng。

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,dangmougedianchishouxiandadaomanchongshi，junhengzhuangzhinengzuzhiqiguochongbingjiangduoyudenengliangzhuanhuachengreneng，jixuduiweichongmandedianchichongdian。gaifangfajiandan，danhuidailainengliangdesunhao，bushihekuaichongxitong。

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，nengbaozhengxudianchizuzhongdemeiyigebuhuifashengguochongdianhuoguofangdiandeqingkuang
，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。

                               
                                                      圖1分時控製均充原理圖

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2suoshi，junhengchongdianshi

，dianrongtongguokongzhikaiguanjiaotidiyuxianglindelianggedianchilianjie
，jieshougaodianyadianchidechongdian，zaixiangdidianyadianchifangdian，zhidaoliangdianchidedianyaquyuyizhi。

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。
                       
                                                       圖2均衡電壓充電原理示意圖

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。
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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。

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)。

               
                                                                            圖3均充電路

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。

開關管占空比的計算

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


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Qtar應為：
（2）

danshi，zaibeijifadepangluheqitadianchizhijiandechongdianzhuanhuanshixianghuyingxiangde，dantidianchijingpanglushuchugeiqitadianchidedianliuhejieshoudechongdiandianliuhennanyongyigejiandandegongshijinxingjisuan。buguo
，Gauss-Seidel迭代法可以解決這個問題。

期望的儲存容量Qn可以用下式來計算：
（3）

其中，Idis,n是一個開關周期中的平均電流，Iobt,n是從其他被觸發的旁路中獲得的電流。Qtar是理想狀態下電池經充電周期Ts達到均充時的電荷量，Qn是期望的儲存容量，取Qtar＝Qn
，即（2）、（3）相等。通過相應換算，得到占空比的計算公式：
(4)
這裏的函數fN隻是一個示意函數
，表示Dn和D2...D3存在一定關係。
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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(tu)4。

                           
                                                                       圖4控製流程

由(you)於(yu)沒(mei)有(you)現(xian)成(cheng)的(de)蓄(xu)電(dian)池(chi)，需(xu)用(yong)替(ti)代(dai)電(dian)池(chi)來(lai)進(jin)行(xing)實(shi)驗(yan)。充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)蓄(xu)電(dian)池(chi)內(nei)阻(zu)和(he)端(duan)電(dian)壓(ya)都(dou)在(zai)不(bu)斷(duan)變(bian)化(hua)
，並(bing)且(qie)充(chong)電(dian)過(guo)程(cheng)中(zhong)電(dian)池(chi)蓄(xu)積(ji)能(neng)量(liang)

，根(gen)據(ju)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)的(de)物(wu)理(li)性(xing)質(zhi)的(de)分(fen)析(xi)和(he)相(xiang)關(guan)資(zi)料(liao)，采(cai)用(yong)“電阻串聯電容”來替代蓄電池來進行實驗。

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。

                                
                                                            圖5實驗電路原理圖

                            
                                                      圖6為根據采樣數值繪製的曲線。

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；zaijunchongguochengzhong，dianchidianyayouquxiangyizhidequshi。junchongfangfanenggenjudantidianchidechayi，suoduanxudianchizuzhijiandebuyizhixing，shixudianchizudezhengtixingnengdedaotigao，shoumingyanchang。

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
；

ershibenshiyanzhuyaoshijianyankaiguanguandekaiguanduidianyadejunhengyingxiang，zaihenduohuanjieshangjinxinglejianhuachuli，hulveleyixieciyaoyinsu，erzhexieyinsuyeduishiyanjieguoyouyidingdeyingxiang。

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。