CN101599657A - Pwm分流实现蓄电池组充电状态下动态均压的方法 - Google Patents

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黄海宏
杜少武
王海欣
庄翔
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Abstract

PWM分流实现蓄电池组充电状态下动态均压的方法，其特征是在串联电池组中每节电池的两端分别设置测试单元，在测试单元内置分流支路，分流支路是由开关管和分流电阻串联构成，开关管由PWM控制电路提供开关控制信号；PWM控制电路的控制方式为：在蓄电池组充电状态下，由监测单元通过485总线召唤各测试单元，获得各单节电池的端电压，通过比较，对高于所有电池平均电压 1％的单节电池进行独立的PWM分流控制。本发明用于实现实时主动调节各单体电池的充电电压，使得各节电池的充电电压趋于一致。

Description

PWM分流实现蓄电池组充电状态下动态均压的方法
技术领域
本发明涉及蓄电池组的充电方法，更具体地说是一种应用在以蓄电池组为后备电源和动力电源的电源***中的蓄电池组充电方法。
背景技术
以蓄电池组为后备电源的电源***在电力***和通信基站等关系国际民生的重要场合应用非常广泛。与此同时，蓄电池组在电动汽车等方面也发挥着巨大的作用。蓄电池的费用往往在成套装置中占有很大比重，因此蓄电池的维护成为非常重要的问题。
蓄电池组中的电池不可避免地存在不一致性。蓄电池的不一致性是指同一型号规格的蓄电池的电压、内阻、容量等参数存在差异。产生这种差别的主要原因有两个方面：一是在制造过程中，由于蓄电池组中各个蓄电池电解液密度以及工艺和材料均匀性问题，使得同批次出厂的同型号蓄电池的容量、内阻等不完全一致；二是在蓄电池使用时，由于温度和通风条件等的差别，增加了蓄电池的不一致性。蓄电池间的不一致性会使电池组中容量低的蓄电池更容易过充电和过放电，在循环充放电过程中，若不对蓄电池***加以管理，蓄电池的不一致性会不断扩大，从而使得蓄电池组充放电转换效率、输出功率下降，蓄电池组使用寿命以及***的可靠性均会受到影响。为了延长蓄电池组的使用寿命，除了在蓄电池放电过程中对单体电池进行检测，避免单体电池过放外，在蓄电池组充电时也应通过单体电池均衡充电的方法来避免单体电池的过充和欠充。
在蓄电池充电时，若蓄电池间的不一致性较大，会造成单体电池电压差异较大，即会出现某节电压电压已达到充电电压上限，而另一节电池电压还较低的情况。为了防止过充造成蓄电池损坏，智能充电机会降低均充电压，但这会造成部分电池欠充，损失的容量不能得到及时补充，会进一步造成单体电池容量间的差异，加大其不一致性。
串联电池组单体电池均衡充电是指对串联电池组中不同的电池采用不同的充电电流。串联电池组中每节电池的电流通常是一样的，因此必须给电池组增加额外的元件和电路来实现单体电池均衡充电。
图1为单体电池均衡法的拓扑结构。在每节电池上附加一个均衡电路ICE，可以起到分流作用。传统的方法是利用功率管和电阻进行串联来实现ICE。当某个电池电压达到充电上限时，经过比较电路使功率管导通，可使部分充电电流流过旁路电阻，避免该节电池过充电。但该方法的旁路电阻的阻值大小难以确定，太大均衡效果不明显，太小功耗却较大，不便于应用在大容量蓄电池组。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种PWM分流实现蓄电池组充电状态下动态均压的方法，用于实现实时主动调节各单体电池的充电电压，使得各节电池的充电电压趋于一致。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明PWM分流实现蓄电池组充电状态下动态均压的方法的特点是在串联电池组中每节电池E1、E2…En-1和En的两端分别设置测试单元，在所述测试单元内置分流支路，所述分流支路是由开关管S和分流电阻R串联构成，所述开关管S由PWM控制电路提供开关控制信号；所述PWM控制电路的控制方式为：
在蓄电池组充电状态下，由监测单元通过485总线召唤各测试单元，获得各单节电池的端电压，通过比较，对高于所有电池平均电压1％的单节电池进行独立的PWM分流控制。
本发明PWM分流实现蓄电池组充电状态下动态均压的方法的特点也在于所述PWM分流控制是通过485总线下发对应于被监测的各节蓄电池的分流支路的PWM占空比，根据各节蓄电池电压变化情况实时调整各节电池的PWM占空比，进而调整分流电流大小，最终调整各节蓄电池的充电电压。
采用分布式蓄电池管理***，由若干测试单元和监测单元组成，每节蓄电池独立配置一测试单元，测试单元内含单片机，通过单片机内置AD实时检测蓄电池端电压；监测单元通过隔离的485总线，带站号分别召唤每个测试单元，获得每个蓄电池的端电压数据。
可以将单节蓄电池等效为一直流电压源与其内阻Rb的串联，I为充电机电流，分流电路与电池并联，对开关管采用PWM控制，当分流电路不工作时，开关管不导通，蓄电池两端电压为：
U1＝Ub+IRb                 (1)
当PWM分流电路工作时，设PWM的占空比为α，蓄电池两端电压为U2，分流电阻值为R，分流电阻流过的电流为IR，则
IR＝αU2/R                 (2)
U2＝Ub+(I-IR)Rb            (3)
将式(2)和式(3)合成，得到式(4)：
U2＝(Ub+IRb)/(1+αRb/R)    (4)
显然在充电状态下，该节蓄电池的端电压由于开关管和分流电阻的工作得到了降低，蓄电池的充电电流为充电机输出电流的一部分，即充电机电流被分流。分流电阻R的数值可结合蓄电池最大充电电流、单体电池最高充电电压、分流电阻的最大功耗和希望达到的最大分流比来计算，具体降低的电压可通过比较其它蓄电池的端电压，通过调整开关管的占空比α来控制。
在电池充电过程中，监测单元比较各节电池电压，对高于平均电压1％的电池进行PWM分流控制。具体方法根据对应电池高于平均电压的数值计算对应测试单元中开关管的导通占空比，并通过485总线带站号下发给对应的测试单元，不同的电池对应不同的导通占空比，分流电路的分流量根据电池端电压而动态调整。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
与传统的过压值比较导通功率管进行分流这种被动的电压调节方式相比，基于分布式结构的PWM分流法是一种主动的电压调节方法，可同时对多节电池进行不同分流控制，调整不同电池的端电压，使各节电池的充电电压趋于一致，达到各节电池均衡充电的目的。
附图说明
图1为已有技术结构示意图。
图2为本发明方法原理示意图。
图3为本发明***原理图
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
参见图2、图3，本实施例中PWM分流法实现蓄电池组充电状态下的动态均压方法是在串联电池组的每节电池E1、E2…En-1和En的两端安装测试单元，测试单元内置分流支路，分流支路是由开关管S和分流电阻R串联构成，开关管S由PWM控制电路提供开关控制信号；PWM控制电路的控制方式为：
在蓄电池组充电状态下，由监测单元通过485总线召唤各测试单元，获得各单节电池的端电压，通过比较，对高于所有电池平均电压1％的单节电池进行独立的PWM分流控制。
具体实施中，PWM分流控制是通过485总线下发对应于被监测的各节蓄电池的分流支路的PWM占空比，根据各节蓄电池电压变化情况实时调整各节电池的PWM占空比，进而调整分流电流大小，最终调整各节蓄电池的充电电压。
传统的蓄电池维护装置只是对蓄电池的状态进行检测，包括端电压、表面温度和内阻，在发现落后电池后进行告警，提醒工作人员对落后电池进行更换，以保障整组蓄电池的工作特性，这是一种被动的蓄电池维护方式。相对而言，通过外部电路实现蓄电池组单体电池的均衡充电可在一定程度上克服蓄电池使用过程中出现的不一致性，避免落后电池的出现，是一种主动的蓄电池维护方式。但由于传统的蓄电池组单体电池的均衡充电在实施上有诸多的缺陷，特别是对于大容量电池，难以进行工程实践，故目前的蓄电池维护装置还都是只实现检测功能。
随着电子器件，尤其是单片机价格的不断下调，分布式蓄电池检测装置开始替代传统的集中采集装置，即为每节蓄电池配置一块测试单元，与一台监测单元相配合，可对蓄电池组实现完善的实时监测，而在测试单元中添加PWM分流电路，与监测单元配合采用PWM分流法实现蓄电池组单体蓄电池的均衡充电，既有被动维护，也有主动维护功能，无疑将极大提升蓄电池维护装置的性价比。

Claims (2)

1、PWM分流实现蓄电池组充电状态下动态均压的方法，其特征是在串联电池组中每节电池(E1、E2…En-1和En)的两端分别设置测试单元，在所述测试单元内置分流支路，所述分流支路是由开关管(S)和分流电阻(R)串联构成，所述开关管(S)由PWM控制电路提供开关控制信号；所述PWM控制电路的控制方式为：
在蓄电池组充电状态下，由监测单元通过485总线召唤各测试单元，获得各单节电池的端电压，通过比较，对高于所有电池平均电压1％的单节电池进行独立的PWM分流控制。
2、根据权利要求1所述的PWM分流实现蓄电池组充电状态下动态均压的方法，其特征是所述PWM分流控制是通过485总线下发对应于被监测的各节蓄电池的分流支路的PWM占空比，根据各节蓄电池电压变化情况实时调整各节电池的PWM占空比，进而调整分流电流大小，最终调整各节蓄电池的充电电压。
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