蓄电池组在线均衡技术的应用分析
电动自行车中铅酸蓄电池的容量均衡技术研究
电动自行车中铅酸蓄电池的容量均衡技术研究概述随着现代城市交通需求的增加和环保意识的提高，电动自行车作为一种绿色、便捷的交通工具得到了广泛应用。
而电动自行车的动力源之一便是铅酸蓄电池。
然而，铅酸蓄电池中的容量均衡问题一直是电动自行车行业面临的挑战之一。
因此，本文将对电动自行车中铅酸蓄电池的容量均衡技术进行研究。
1. 容量均衡的意义容量均衡是指在串联连接的多个蓄电池中，对每个蓄电池进行充放电控制，使得各个蓄电池之间的容量得到均衡，从而提高整体电池组的使用寿命和性能。
在电动自行车中，铅酸蓄电池的容量均衡对提高续航里程、延长电池使用寿命和提高电池性能等方面具有重要意义。
2. 容量不均衡的原因铅酸蓄电池中存在容量不均衡的主要原因是蓄电池的老化和不同单体之间的差异。
由于使用环境、充放电过程中的温度差异、电化学反应的不均等等因素，导致了蓄电池单体之间容量的不同。
这种容量不均衡会导致蓄电池组整体性能的下降，缩短电池组的使用寿命。
3. 容量均衡技术的分类容量均衡技术根据其实现方式，可分为被动均衡和主动均衡两种方式。
3.1 被动均衡技术被动均衡技术是指通过电池内阻差异来实现容量均衡。
其中，内阻高的蓄电池会吸收部分充电电流，而内阻低的蓄电池会获取更多的充电电流。
这种通过电池自身条件的差异来实现容量均衡的技术被称为被动均衡技术。
被动均衡技术相对简单、成本较低，但其均衡效果相对较差，并且存在无法解决均衡速度慢和均衡不彻底等问题。
3.2 主动均衡技术主动均衡技术是指通过控制电池的充放电过程，实现对蓄电池组的容量均衡。
主动均衡技术通常采用充电均衡和放电均衡两种方式。
充电均衡技术是通过对电池充电过程中的控制，将电流引导到容量较低的电池中，实现充电电流的再分配，从而达到容量均衡的目的。
放电均衡技术是通过对电池放电过程中的控制，将容量较高的电池放电至较低的电池水平，实现容量均衡。
主动均衡技术相对复杂，但其均衡效果更好、更可靠。
目前，文献中主动均衡技术的研究居多。
串联蓄电池组的均衡充电技术研究
- VI-
上海交通大学硕士学位论文 摘要
charging circuit. The results of experiments convincingly prove the applicability of the proposed approach. KEYWORDS: dc power supply, battery, series-connected battery, buck/boost converter,charging equalization
ABSTRACT
This thesis introduces the modules of Control system of DC power Supply, compares and analyzes the charging equalization methods for series-connected Batteries, proposes a non-dissipative balance charging method. Addition, the hardware and the circuit are given, and an experiment has been done to test the feasibility of project. DC power Supply is mainly used in power plant, transformer substation and communication industry, which supplies power for relay protecting, the breaker action, communication and accident lighting. The core of DC power system is series-connected Batteries, whose performance determines the reliability and stability of the DC power Supply. The monitor and control system is used for DC power supply to monitor and control data acquisition and transmit and inquiry, which is widely used in field. A problem occurs: the cycle life of series-connected Batteries is shorter than the normal life. There are three factors which can affect the cycle life, one is the physical parameter of the battery; the second is the unreasonable charging system; the third is the different restored capacity in each battery, which is harmful for those overcharged and over discharged batteries. In order to extend battery cycle life, the charging module for the battery must have the ability of charging equalization. This thesis proposes a non-dissipative balance charging circuit based on buck/boost converter for a series-connected battery. Each battery in the battery bank is associated with a buck-boost converter. This sub-circuit can efficiently alleviate the unbalance of charge among batteries by taking off the charge from the affluently charged batteries and then allotting to those insufficient ones. A algorithm is proposed in the thesis. A battery bank with two series-connected simulated-batteries is used for illustrating the operating behavior and describing the operation modes of the balance
电池充电均衡器的均衡效果分析及其解决方案
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。
蓄电池组在线监测技术在热电厂的应用
■哥蚕 ！ 压 强蚕 强
蓄 电池 组 在 线 监 测 技 术 在 热 电厂 的 应 用
黄 朝 林 ，唐
（ １ ． 贵 州轮 胎股 份有 限公 司技 改部 ，贵 阳
军
５ ０ ０ ８ ；２ ． 贵 阳电力设 计 院有 限公 司 ，贵 阳
［ 摘 要］ 蓄 电池作为通信直流 电源的后备 电源，其 日常的维护 和监控 对 电力通信具有 非常重要 的安 全保 障意 义。介绍
定 ，可控均衡放 电。为了便于数据传输 、数据处理及人机 界面控制 ，系统具有汉字显示面板 、操作键盘 、测量模块 控制 口、Ｒ ２ ３ ２ ／ ４ ８ ５ （ 或Ｒ Ｊ ４ ５ ） 接 口、声光 报警及报 警输 出控制接点。系统实时显示蓄 电池测量数据 ，并进行智能
化 数 据 分 析 ，蓄 电池 出 现 异 常 时 及 时 报 警 。系 统 通 过 Ｐ Ｃ
影响。系统对单体 电池进行电压 、温度采样 ，精度软件标
监测蓄电池充放电过程都是依靠人工 。在蓄 电池充放 电过程 中，使用万用表 、监测仪等设备 ，每隔一定 时间从 仪表读取电压 、电流并进行手工记 录，一个过程结束后 ， 将数据输入计算机进行分析处理 。这种方式效率极低 ，且
得 到 的样本 数 太 少 ，不 能全 面 分 析 蓄 电池 的充 放 电特性 。
承 载重 要 业 务 的 Ｓ ＤＨ 环 网设 备 等 重 要 负 载 的 供 电 电 源 ，
行查询显示和报表打 印，还 可将报 表输 出到 Ｅ ｘ ｃ ｅ ｌ 表格 中 以便进一步分析处理 ；通过连接 Ｂ Ｄ Ｃ Ｔ，可对整组蓄 电池 进行长时间放 电，测量每节 电池实际容量 ，实时显示工作 状态 、放电总 电压 、放 电电流 、放 电时 间、放 电容量 、单 体 电压 、最高单体电压 、最低单体 电压 。
2V铅酸蓄电池专用均衡器技术取得突破
2V铅酸蓄电池专用均衡技术取得突破周宝林近日，一种专门用于2V铅酸蓄电池电压和容量均衡的专用电池均衡技术取得突破。
这项技术是发明人建立在已获得国家专利技术“能量转移式电池均衡器”（专利号201120555582.1）的基础上，通过系统性的技术改进和优化设计后实现的。
该技术同样属于主动式均衡技术范畴，具有更高的均衡效率。
用于测试的样机，当相邻电池的电压差达到几十毫伏左右时，其均衡电流可以轻松达到1A以上，有效控制了“落后”电池的发生，这里的均衡电流也可以理解为补充电流或分流电流，随着技术升级的进行，这一均衡电流正在不断的被打破，以适应更大容量的2V电池组需要。
放电举例说明，某电池组由24块2V100AH电池串联构成，其中某电池（以下简称落后电池）的实际容量只有90AH，假设放电电流为10A，那么，按照C10放电率放电，如果不允许电池过放电，那么，该电池组的最多可放电时间应不超过9小时，大约有23*2*10=460WH的电量无法得到有效释放，接入高均衡器后，“落后”电池的放电电流将不再是10A，而是低于10A，减小的电流由其它正常电池提供，正常电池会多放电，落后电池少放电。
在放电期间，落后电池不足的电流全部由正常电池承担，这样的结果是，电池组的整体放电时间仍在10小时左右，而且“落后”不会发生过放电。
在均衡器的作用下，“落后”电池的放电是缓慢的，不会发生临近放电完毕时电压迅速下降的情况，有效保护“落后”电池。
同样，对于本电池组，由于落后电池的容量偏低，在正常充电的情况下，“落后”电池首先被充满电，如果停止充电，其它电池将无法充满电，长期处于亏电的情况下的电池容易发生硫化问题，进而损伤电池寿命；如果继续充电，那么“落后”电池将被过充电，会容易发生失水等问题，同样损伤电池寿命。
处于这种状况的电池组，无论是怎样充电都会影响电池组的使用寿命。
同样对于本电池组，假设充电电流设定为10A，那么安装了该均衡器后，2V90AH的“落后”电池，其充电电流将不再是10A，而是低于10A，保证其电压同其它电池一同上升，不会发生过充电情况。
DC-BANK系统中蓄电池组的均衡管理
DC-BANK系统中蓄电池组的均衡管理鲁芳;赵兀君【摘要】针对变频器使用过程中遇到的电网“晃电”现象，为了提高变频器抗“晃电”能力，提高DC⁃BANK系统的供电可靠性，确保蓄电池组充电安全和蓄电池使用寿命，设计了基于单片机控制的蓄电池组均衡管理方案。
该方案中单片机采样蓄电池的电流、电压和温度信号，经过处理，判断蓄电池不一致性，采取分流均衡的方法，实现均衡管理。
构建了蓄电池组的均衡管理系统框架，设计了分流均衡硬件电路，并给出了基于单片机汇编语言的流程图。
%For the phenomenon of power grid“shake”in the application process of frequency converter,a battery equaliza⁃tion management scheme based on MCU was designed to improve the ability of anti shake of frequency converter and powersup⁃ply reliability of DC⁃BANK system,and ensure the charging security and the service life of the batteries. In this scheme,MCU utilizes battery current,voltage and temperature signal,and judges the inconsistency of batteries after processing. The method of shunt equilibrium is adopted to realize equilibrium management. The framework of equilibrium management system of batteries is established in this paper. The hardware circuit of shunt equilibrium is designed. The flow chart based on MCU assembly lan⁃guage is given.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】4页(P137-139,143)【关键词】DC-BANK;蓄电池;分流;均衡管理【作者】鲁芳;赵兀君【作者单位】海军航空工程学院，山东烟台 264001;海军航空工程学院，山东烟台 264001【正文语种】中文【中图分类】TN773-34;TM912.4随着变频器在越来越多的工业领域的应用[1],企业所遇到的“晃电”问题也越来越突出,特别是一些对供电可靠性要求较高的敏感负载的场合“,晃电”问题亟待解决。
蓄电池容量均衡方法概述
重 要 ， 保 证 蓄 电池 长 期 、 效 运 行 的 关键 技 术 。 中将 对 现 有 的各 种 蓄 电 池 均衡 技 术 进 行 介 绍 ， 是 有 文 并指 出各 种 方 法 的
优缺点。
关键 词 ： 电池 ； 量 均 衡 ： 述 蓄 容 概 中 图分 类 号 ： Ｍ９ ２ Ｔ １ 文献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： Ｎ１ — ４ ０ ２ １ ） ５ ０ ３ — ５ Ｃ ２ １２ （０ １ ０ — ０ ２ ０
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 ， 其是 在 大 量 蓄电 池单 体 串联 的 尤
情况。 蓄 电 池 容 量 均 衡 的 方 法 主 要 有 电 阻 消 耗 均 衡 法 、 关 电 容 法 、 向 Ｄ — Ｃ 变 流 器 法 、 绕 组 变 开 双 Ｃ Ｄ 多
图 １ 电 阻 消 耗 均衡 法 结构 图
第５ 期
董 博 ． ： 电池 容 量 均 衡 方 法 概述 等 蓄
３ ３
明显 ， 能量 消耗 大 ， 只能 对 单 体进 行 放 电不 能充 电 ， 而 且 其 他 蓄 电池 单 体 要 以 最 低 的单 体 为标 准 才 能
实 现均 衡 。 率 低㈣ 。 效
于 ， Ｇ 开通 Ｇ 关 断 时 ，电容 Ｃ 和 电池 单 体 Ｂ。 ： 。 并 联 ， 将能 量传 递 给 Ｃ ； ｌ 断 Ｇ 开通 时 ，电容 Ｃ Ｂ。 １Ｇ 关 ２ ｌ 和 电池 单 体 ： 联 ， 。 能 量 传递 给 Ｂ ， 并 Ｃ将 ：完成 这 个 周 期 内的能 量 传递 。 以此 类 推 。 过控 制 开 关 器 件 通 的开通 与关 断 ， 利用 电容实 现能 量 的逐 个传 递 。
蓄电池组均衡充电技术
蓄电池组充电技术的分类
定电流充电
定电流充电是一种简单的充电方法，它通过控制充电电流 的大小来控制充电速度。这种方法的优点是简单易行，但 充电效率较低。
定电压充电
定电压充电是一种常用的充电方法，它通过控制充电电压 的大小来控制充电速度。这种方法的优点是可以避免电池 过充或欠充，但充电效率也较低。
脉冲式充电
将多个充电设备连接成网络，实现资源共 享和优化配置，提高充电效率和设备利用 率。
05
蓄电池组均衡充电技术未来展 望
技术创新与突破方向
01
02
03
高效能充电技术
研究更高效的充电技术， 缩短充电时间，提高充电 效率。
智能化管理
利用物联网、大数据等技 术手段，实现蓄电池组的 智能化管理和维护。
绿色环保技术
脉冲式充电是一种新型的充电方法，它通过控制脉冲的宽 度和频率来控制充电速度。这种方法的优点是可以提高充 电效率和安全性，但实现起来较为复杂。
02
蓄电池组均衡充电技术原理
均衡充电技术的定义与原理
定义
蓄电池组均衡充电技术是一种通过控制充电电流和充电时间 ，使蓄电池组中各个电池达到相同或相近的充电状态的技术 。
04
对电池一致性要求较高：均衡充电技术适用于一致性较好的蓄电池组 ，对于一致性较差的蓄电池组效果不佳。
03
蓄电池组均衡充电技术应用场 景
电动汽车领域的应用
电池组均衡管理
在电动汽车中，电池组作为动力来源，需要保证电池组中每个电池的电量保持 均衡。通过蓄电池组均衡充电技术，可以有效地对电池组进行均衡管理，避免 电池过充或欠充。
充。
02
智能充电技术
பைடு நூலகம்
随着科技的发展，人们开始采用智能充电技术，如基于模糊控制的充电
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蓄电池组在线均衡技术的应用分析
【摘要】本文从技术原理的角度介绍了蓄电池组的应用现状及问题，分析了蓄电池组在线均衡技术的原理及系统功能，指出串联蓄电池组在线均衡技术对给现有蓄电池组的运行所带来的巨大的社会效益和经济效益，对蓄电池组运行维护方式的革新具有现实借鉴意义。
【关键词】蓄电池组均衡技术无损电量交换内阻均衡度
1 引言
蓄电池组作为重要设备的后备电源是设备可靠运行的一道关键防线，绝不能出现半点闪失。
但事实上因蓄电池问题致使运行设备失去主供电源后最终被迫停用的现象却屡有发生，甚至造成不必要的损失，严重影响了用户对后备电源的信赖度。
究其原因，可以从蓄电池组的工作原理来分析。
传统的蓄电池组充电运行状况是：用充机对一组串联的蓄电池组进行在线充电。
这种充电方式无法保证蓄电池组中每节蓄电池的均衡充电，往往由于蓄电池组中某几节蓄电池的电压变化（变高或变低）而导致其它蓄电池处于过充电或欠充电，长时间的这种充电状态势必大大降低蓄电池组的使用寿命。
蓄电池组在线均衡技术则可以很好地解决运行中的蓄电池单体不均衡问题，用蓄电池组均衡技术对在线运行的蓄电池组的传统充电方式进行优化，使每节电池都处于相同的工作状态，通过使用先进的微机数字控制技术和电力电子技术来自动调节每节蓄电池的端电压，令每节蓄电池的端电压的一致；同时可对性能偏弱的电池
进行在线活化，延长蓄电池的使用寿命，从而提高蓄电池设备运行可靠性。
2 蓄电池组在线均衡技术的原理及系统设计
蓄电池组在线均衡系统可依托工业级高性能单片微机为平台，应用电力电子技术，由电池电压测量单元、均衡调节单元、电池内阻测量单元及监控管理单元组合而成。
通过对每节电池的高精度及高速测量，完成对蓄电池组的实时监测，并计算出电池组的均衡度，由均衡调节单元对相应电池进行电压调节，使整组电池达到较理想的均衡度。
系统通过电池内阻测量单元定期对蓄电池组进行内阻测量，监控管理单元将负责各单元的协调，进行计算分析、保护及告警处理、界面显示、综合管理及通讯功能。
为了高速测量电池电压，可利用多cpu方式即6片16位单片cpu，每片cpu测量19个电池电压，6个cpu通过串行通讯口连接，速率为9600，为了使个cpu的测量对应时刻同步，由监控管理单元发出启动测量的同步命令，6个cpu开始同时测量，由此保证了112个电池的高速测量和测量数据的时刻一致性，将为均衡调节单元和电池内阻测量单元提供可靠实时的处理依据。
均衡调节单元是系统最关键的基础单元，它主要利用微电子控制技术，由微电子控制部分通过串行通讯口，将电池电压测量单元测得的数据读入，通过计算得出整组电池的均衡度，计算方法如下：均衡度=（单电池节最高电压-单节电池最低电压）/单节电池最低电压x100%。
当均衡度大于设定值时，单元将找出电压较高和较低
的电池，对它们分别进行充电和放电处理，充电和放电由单元的功率电路部分来完成，通过一段时间运行后，每只电池的电压逐渐一致，于是整组的电池均衡度可以大大提高，达到设定的理想值。
蓄电池组达到了较理想的均衡度，日常工作的性能和状态得到了很好的维护，使电池的寿命得到延长，充电质量获得了保障，但蓄电池的好坏是不能一各电池电压过高和过低来判断的，而且各节电池的电压一直也不能反映电池都是好的，电池内阻值的大小才是真实反映其品质和好坏的，电池内阻测量单元采用直流内阻测量法对其内阻进行精确测量，当本单元得到监控管理单元启动命令后，对整组电池进行瞬间放电，同时启动电池电压测量单元高速测量电池电压和放电电流，通过放电前和放电后的电压差及放电电流计算出各电池的内阻值。
监控管理单元是整个系统的管理中枢，利用其对整个系统各单元进行故障检测，提供完善可靠的保护和告警功能，定时启动内阻测量及根据均衡度情况启动均衡调节功能。
3 蓄电池组在线均衡技术的应用功能
一般来说串联的蓄电池组的性能起决于这组电池中状态最坏的那只电池的性能，若某节电池端电压降低，容量减少，内阻增大，则这组电池就处于危险的运行状态，不作处理的话引发故障的可能性就非常大。
蓄电池组的不均衡问题一直是比较头疼的问题，因蓄电池的不均衡而导致的蓄电池组寿命大大降低，蓄电池的设计寿命为十年或十五年的蓄电池，真实使用三、五年就可能因容量不足，
内阻增大等问题而报废更换。
传统充电机是对整组电池充电，无法解决蓄电池组的不均衡问题。
蓄电池组在线均衡系统可解决在线运行的蓄电池组的不均衡充
电问题，实现蓄电池之间的无损电量交换，使每节蓄电池处于相同的均衡充电状态；并可在线均衡蓄电池组每节电池电压，使每节电池处于相同电压的充电状态，防止电池的过充电或欠充电，延长电池使用寿命两倍以上。
同时还能对性能较弱的电池进行了补充及活化，并做到蓄电池内阻在线测试功能及蓄电池端电压巡检功能，可完全取消直流电源系统中有关蓄电池组的电压巡检仪及内阻测试仪，大大提高在线运行蓄电池组的可靠性。
4 结语
随着科技发展日新月异，电子产品和电气设备在社会生产生活体系中所占比重越来越大，对于诸如电力、通讯、石化、冶金、金融、交通等行业的重要关键设备，蓄电池组的后备保障作用也日益突出。
显而易见，蓄电池组在线均衡技术的推广应用不仅对用户蓄电池组运行维护方式的革新具有现实意义，该技术应用系统的开发也有着极高的经济效率和社会效率。