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1、第21卷第3期长沙交通学院学报Vol.21No.32005年9月JOURNALOFCHANGSHACOMMUNICATIONSUNIVERSITYSept.2005文章编号:1000-9779(2005)03-0011-05铅酸蓄电池的充放电均衡方法1212袁翔,黄威,何彦平,黄鹏(1.长沙理工大学,湖南长沙410076;2.湖南交通职业技术学院,湖南长沙410007)摘要:从铅酸蓄电池的常用充电方法出发,分析了蓄电池组充放电过程的不均衡现象及其产生的原因,并简要介绍了目前常用的铅酸蓄电池的充放电均衡方法及其电路原理。关键词:铅酸蓄电池;充电;放电;
2、均衡中图分类号:U463.63文献标识码:A电动汽车作为具有零排放优点的绿色交通工具成为人们日益关注的焦点,而蓄电池及电池管理系统是电动汽车发展的瓶颈。对此,世界各国都投入大量的人力物力进行开发研究,我国在这方面的研究才刚刚起步,即使美国等汽车工业发达国家的研制工作也还不完善,这其中有蓄电池技术与蓄电池充放电技术两大难点。目前应用于电动汽车的蓄电池种类较多,如铅酸蓄电池、镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锌-空气电池、钠硫蓄电池以及燃料电池等。其中,铅酸蓄电池具有通用、廉价、比功率适中、高倍率放电性能好、温度特性好、效率较高等优点,而且其比能量近年来也有较大提
3、高,因而被广泛应用于电动汽车。因此,本文以铅酸蓄电池为研究对象,介绍目前几种典型的充放电均衡方法。1铅酸蓄电池的不均衡现象及其产生的原因[1]在车辆行驶的动态过程中,电池的电压不一致性表现十分明显。以试验用电动大客车采用的铅酸蓄电池组中串联的两块电池为例,两块放电前电压基本一致的电池,在放电瞬间,两块电池的电压差最大可达0.5V。停止放电时,电池的平稳电压又趋于一致。随着使用时间的增加,各单体蓄电池的电[1]压分散程度增加,经过验证,电池组各单体蓄电池电压的平均值和标准差分布呈正态分布。在使用过程中蓄电池组中的各个蓄电池单体的寿命差异很大,这是因为:电池组是串联形式,
4、而各电池单体的容量和性能不相同,这就造成充放电的不均衡;电池组在使用过程中,各单体受温度场不一致等因素的影响,使得老化过程不一致;不断重复的充放电过程更加剧了不均衡现象,由于水[2]桶原理,性能差的电池寿命缩短会引起所在的电池组的寿命缩短。为了解决这个问题,在提供实现均衡的温度条件的前提下,必须实行均衡充放电,使得性能不同的蓄电池能够同时充满和放完。[2]蓄电池产生不一致性的原因主要有以下几个方面:1)在制造过程中,由于工艺上的问题、材质的不均匀和老化过程的差别,导致即使是同厂同型号的电池在容量、内阻、电压上也不可能完全一致;2)在装车使用时,受电池组中各个电池的
5、温度场和通风条件、自放电程度及其充放电过程的差别等因素的影响,在一定程度上也增加了电池参数的不一致性;3)各蓄电池单体板栅的腐蚀速率不同。收稿日期:2004-11-28作者简介:袁翔(1957),男,长沙理工大学副教授.12长沙交通学院学报第21卷2目前电池的均衡充电方法及其优缺点电池的充电均衡,是指电池组在串联充电过程中通过一定的装置和控制规则使每个电池单体都能充到自己的最大电量而又不过充。如果没有充电均衡,那么由于蓄电池单体状况不一致,而流过其中的电流却是一样的。这样,若充电的控制规则以大容量电池
6、的充电情况作为判据,则小容量电池必定过充;相反,若以小容量电池的情况作为判据,则大容量电池不能充满。目前国内外对于蓄电池的充电均衡方面做得比较成熟,[3~5]有很多充电均衡的资料和系统可供借鉴。大致而言,充电均衡可分为以下几类。2.1能量搬迁均衡法此方法以均衡电容为能量储存元件,以各蓄电池单体的电压为均衡对象,通过均衡电容和相应的电路,使各蓄电池的电压保持一致,见图1。均衡充电时,使电容依次与各蓄电池连接,通过电容的充放电作用,使电压高的蓄电池向电压低的蓄电池充电,直到各蓄电池的电压趋于一致。这一类包括共图1电容均衡法电容均衡法、(相邻蓄电池间)电容均衡法。这种方法解
7、决了蓄电池单体电压不平衡问题,但电池组中性能差的蓄电池在充电过程中,其端电压反而比其他蓄电池高,均衡的结果是性能差的蓄电池给性能好的蓄电池补充能量,加大了电池组中各蓄电池容量的差距。另外,对于蓄电池的串联充电,电路难以实现均衡控制,布线也较多,从而带来绝缘问题。2.2能量耗散(旁路分流)均衡法[6]能量耗散均衡法是给各电池单体提供并联分流支路,将剩余容量过高的电池的电荷通过分流支路转移,限制蓄电池单体出现过高或过低的端电压,它实际上是属于电压均衡法,如图2所示。这是最简单和最廉价的方法,目前应用广泛,但是这种方法需要大功率的
