蓄電池容量均衡方法的中心議題：

• 電阻消耗均衡法
• 開關電容法
• 雙向DC-DC 變流器法
• 多繞組變壓器法
• 多模塊開關均衡法
• 開關電感法

摘要：蓄電池由於其儲能時間長，價格低等特點在電動車、新能源發電等領域得到了廣泛應用。但蓄電池單體電壓、容(rong)量(liang)較(jiao)小(xiao)，為(wei)了(le)滿(man)足(zu)增(zeng)大(da)蓄(xu)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)的(de)要(yao)求(qiu)

，一(yi)般(ban)將(jiang)蓄(xu)電(dian)池(chi)單(dan)體(ti)串(chuan)聯(lian)使(shi)用(yong)，但(dan)由(you)於(yu)單(dan)體(ti)的(de)個(ge)體(ti)差(cha)異(yi)，在(zai)長(chang)時(shi)間(jian)使(shi)用(yong)後(hou)會(hui)導(dao)致(zhi)單(dan)體(ti)的(de)容(rong)量(liang)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)，對(dui)整(zheng)個(ge)電(dian)池(chi)組(zu)的(de)效(xiao)率(lv)產(chan)生(sheng)嚴(yan)重(zhong)的(de)影(ying)響(xiang)。因(yin)此(ci)對(dui)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)各(ge)單(dan)體(ti)的(de)容(rong)量(liang)均(jun)衡(heng)就(jiu)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)
，是(shi)保(bao)證(zheng)蓄(xu)電(dian)池(chi)長(chang)期(qi)、有效運行的關鍵技術。文中將對現有的各種蓄電池均衡技術進行介紹，並指出各種方法的優缺點。

引言

在(zai)由(you)蓄(xu)電(dian)池(chi)作(zuo)為(wei)儲(chu)能(neng)單(dan)元(yuan)的(de)係(xi)統(tong)中(zhong)
，由(you)於(yu)蓄(xu)電(dian)池(chi)單(dan)體(ti)往(wang)往(wang)容(rong)量(liang)比(bi)較(jiao)低(di)，不(bu)能(neng)夠(gou)滿(man)足(zu)大(da)容(rong)量(liang)係(xi)統(tong)的(de)要(yao)求(qiu)，因(yin)此(ci)需(xu)要(yao)將(jiang)蓄(xu)電(dian)池(chi)單(dan)體(ti)串(chuan)聯(lian)，形(xing)成(cheng)蓄(xu)電(dian)池(chi)組(zu)以(yi)提(ti)高(gao)供(gong)電(dian)電(dian)壓(ya)和(he)存(cun)儲(chu)容(rong)量(liang)，例(li)如(ru)在(zai)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)
、微電網係統等領域大多需要蓄電池串聯。由於蓄電池單體自身製作工藝等原因，不同單體之間諸如電解液密度、dianjidengxiaodianzudengdoucunzaizhechayi
，zhexiechayidaozhijibianchuanlianxudianchizumeigedantidechongfangdiandianliuxiangtong，yehuishimeigedantiderongliangchanshengbutong，jineryingxiangzhenggexudianchizudegongzuo。zuihuaideqingkuang，zaiyigexudianchizuzhong

，youyigedantideshengyurongliangjiejinwei100%,另一個單體的剩餘容量為0,zezhegexudianchizujibunengchongdianyebunengfangdian，wanquanbunengshiyong。yinciduixudianchirongliangdejunhengshifeichangzhongyaode，youqishizaidaliangxudianchidantichuanliandeqingkuang。

蓄電池容量均衡的方法主要有電阻消耗均衡法
、開關電容法、雙向DC-DC 變流器法
、多繞組變壓器法、多模塊開關均衡法、開關電感法等。

1.電阻消耗均衡法

電阻消耗均衡法是通過與電池單體連接的電阻
，將高於其他單體的能量釋放，以達到各單體的均衡，如圖1 所(suo)示(shi)。每(mei)個(ge)蓄(xu)電(dian)池(chi)單(dan)體(ti)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)三(san)極(ji)管(guan)與(yu)一(yi)個(ge)電(dian)阻(zu)連(lian)接(jie)，通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)三(san)極(ji)管(guan)的(de)導(dao)通(tong)與(yu)關(guan)斷(duan)實(shi)現(xian)蓄(xu)電(dian)池(chi)單(dan)體(ti)對(dui)電(dian)阻(zu)的(de)放(fang)電(dian)。該(gai)種(zhong)結(jie)構(gou)控(kong)製(zhi)簡(jian)單(dan)，放(fang)電(dian)速(su)度(du)快(kuai)


，可(ke)多(duo)個(ge)單(dan)體(ti)同(tong)時(shi)放(fang)電(dian)。但(dan)缺(que)點(dian)也(ye)很(hen)明(ming)顯(xian)，能(neng)量(liang)消(xiao)耗(hao)大(da)，隻(zhi)能(neng)對(dui)單(dan)體(ti)進(jin)行(xing)放(fang)電(dian)不(bu)能(neng)充(chong)電(dian)，而(er)且(qie)其(qi)他(ta)蓄(xu)電(dian)池(chi)單(dan)體(ti)要(yao)以(yi)最(zui)低(di)的(de)單(dan)體(ti)為(wei)標(biao)準(zhun)才(cai)能(neng)實(shi)現(xian)均(jun)衡(heng)，效(xiao)率(lv)低(di)。

圖1 電阻消耗均衡法結構圖[page]

2.開關電容法

開關電容法是在每兩個相鄰的蓄電池之間通過開關器件與一個電容並聯，如圖2 所示。通過控製開關器件驅動信號PWM 的占空比實現相鄰兩個電池之間能量的傳遞。例如若蓄電池單體容量B1 高於B2,G1 開通G2 關斷時，電容C1 和電池單體B1 並聯，B1 將能量傳遞給C1;G1 關斷G2 開通時，電容C1和電池單體B2 並聯，C1 將能量傳遞給B2,完成這個周期內的能量傳遞。以此類推，通過控製開關器件的開通與關斷，利用電容實現能量的逐個傳遞。

圖2 開關電容均衡法結構圖

該電路可以等效成如圖3 所示電路，在每兩個電池單體之間連接一個等效電阻
，可以推出如等式淵1冤給出的等效阻值。這種方法由於能量逐個傳遞，因此均衡時間較長，可以根據等式淵1冤，通過改變開關器件的開關頻率和電容容值的方法調節等效電阻
，改變充放電電流。

圖3 開關電容法等效電路

式中：f 為開關頻率；t=RC
；D為占空比。

開關電容法控製簡單，可實現充電和放電均衡，但由於是逐級傳遞能量
，因此均衡速度較慢。
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3.雙向DC-DC變流器法

該方法每個蓄電池單體都連接一個雙向DCDC變流器後再串聯，如圖4 所示。由於蓄電池單體電壓等級比較低
，一般情況下將蓄電池單體作為低壓側。在給蓄電池組充電時，根據圖5 dekongzhicelve
，keyishixianduimeigexudianchidantidehengyachongdian
，ruguojianggaikongzhicelvededianyawaihuandakai，keyigenjujunhengdexuyaojinxinghengliuchongfangdiankongzhi。zaifangdianshi，ruguolianjiefuzaijiaozhong，youxieshuangxiangDC-DC 變流器的電感可能工作在斷續狀態。

圖4 雙向DC-DC 變流器法結構圖

圖5 蓄電池單體恒壓充電控製框圖

這(zhe)種(zhong)均(jun)衡(heng)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)同(tong)時(shi)對(dui)所(suo)有(you)電(dian)池(chi)單(dan)體(ti)進(jin)行(xing)充(chong)放(fang)電(dian)，並(bing)針(zhen)對(dui)不(bu)同(tong)電(dian)池(chi)單(dan)體(ti)的(de)容(rong)量(liang)情(qing)況(kuang)控(kong)製(zhi)充(chong)放(fang)電(dian)電(dian)流(liu)。此(ci)方(fang)法(fa)控(kong)製(zhi)靈(ling)活(huo)，充(chong)放(fang)電(dian)均(jun)衡(heng)時(shi)間(jian)短(duan)。但(dan)由(you)於(yu)每(mei)個(ge)蓄(xu)電(dian)池(chi)單(dan)體(ti)都(dou)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)雙(shuang)向(xiang)DC-DC 變流器，因此成本較高。
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4.多繞組變壓器均衡法

多繞組變壓器法是將每個蓄電池單體連接到變壓器的一個副邊，如圖6 suoshi。zaiduixudianchizujinxingdianyajunhengshi
，kongzhibianyaqifubiandianyashouxiangaoyuzuidideyigexudianchidanti
，cishizhegedantidianluzhongdeerjiguandaotong，qitadantilianjiedeerjiguanyouyuchengshoufanyaguanduan，jingeidianyazuididexudianchidantichongdian，dengdaozhegedantichongzhidaoshudiergaoshi，zaitigaofubiandianya，geizuididelianggedantichongdian
，zhaozhezhongfangfachixuxiaqu，chongdiandianyarutu7所示。

圖6 多繞組變壓器法結構圖

圖7 變壓器副邊充電電壓波形圖

這zhe種zhong充chong電dian方fang式shi的de多duo繞rao組zu變bian壓ya器qi設she計ji複fu雜za
，而er且qie價jia格ge較jiao貴gui，需xu要yao根gen據ju不bu同tong的de蓄xu電dian池chi單dan體ti數shu量liang改gai變bian繞rao組zu個ge數shu，不bu易yi於yu蓄xu電dian池chi組zu的de擴kuo展zhan曰yue僅jin能neng通tong過guo給gei蓄xu電dian池chi單dan體ti充chong電dian的de方fang式shi實shi現xian均jun衡heng。
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5.多模塊開關選擇均衡法

該種方法的結構如圖8 所示，由於串聯蓄電池單體數量較多，可以將這些單體分為M 個模塊，每個模塊有K 個單體。每個蓄電池單體均有一組開關與雙向DC-DC 變流器連接，開關由兩個反向串聯的MOSFET 組成，在單體未選中進行充放電時
，控製芯片控製相應MOSFET 關斷，單體與變流器斷開曰由控製器選擇給某個單體進行充電時
，通過控製芯片開通對應的光耦，令MOSFET 導通
，將該蓄電池單體接入DC-DC 變流器，如圖9 所示。

圖8 多模塊開關選擇均衡法結構圖

圖9 多模塊開關選擇均衡法控製電路

這zhe種zhong方fang法fa可ke以yi對dui任ren何he一yi個ge單dan體ti進jin行xing單dan獨du充chong放fang電dian

，充chong放fang電dian電dian流liu可ke控kong
，但dan是shi每mei次ci隻zhi能neng針zhen對dui一yi個ge電dian池chi單dan體ti，因yin此ci整zheng個ge蓄xu電dian池chi組zu的de充chong放fang電dian均jun衡heng時shi間jian較jiao長chang，尤you其qi在zai單dan體ti數shu量liang很hen大da的de情qing況kuang下xia。
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6.開關電感法

開關電感法是在相鄰兩個蓄電池單體之間通過MOSFET 與一個電感相連


，如圖10 所示，若當單體容量B1 大於B2 時
，首先令開關Q1 導通Q2 斷開
，B1 給電感L1 充電

，然後Q1 斷開Q2 閉合，此時電感將存儲的能量釋放給B2,為了保證Q1 和Q2 不同時導通，會加入死區
，在死區時間裏，電感L1 通過B2,D2 續流。同時B2 也可以給B3 傳遞能量，也可以實現能量反方向的流動，直到所有電池單體容量相同為止。

圖10 開關電感法電路結構圖

開關電感法可以實現相鄰電池單體間能量的同時傳遞，可以減少均衡時間，對於N 個蓄電池單體，需要2N-2 個MOSFET 和N-1 個電感。

7.結論

xudianchizugedantirongliangdejunhengduiyuchuanlianxudianchizudegongzuoxiaolvheanquanqizhefeichangzhongyaodezuoyong，changshijiandebujunhenghuidaozhizhenggexudianchizushoumingsuoduan
，yanzhongyingxiangzhenggexitongdegongzuo。benwenjieshaolegezhongxudianchijunhengfangfadegongzuoyuanliheyouquedian，congzhongwomenkeyikanchu，meiyouyizhongfangfashishiquanshimeide，xuyaogenjuyingyongchangheyaojunhengshijianyaochuanlianshuliangyaochengbendengyinsuzonghekaolv


，jinxingshijiyingyongdexuanze。