来源：微计算机信息   作者：刘春梅 朱世宁

摘要：由于串联电池组充电时的不均衡，导致电池循环寿命缩短，均衡充电成为了串联电池组充电技术中重要的考虑因素。为改善串联电池组充电时的不平衡，应保证电池组中所有电池的电压都处在同一水平状态。本文设计一种用单片机控制的双向无损均衡充、放电模块，并通过实验验证了该模块的效果。
关键词：电池组；均衡充放电；单片机

0 前言

研究表明，安全有效的蓄电池充电方式是推动电动汽车普及的主要因素之一，要给电动汽车提供足够的动力，往往需要将多个蓄电池串连起来才能达到所需的电压值，该电压值要比单个电池的电压值要高出许多。为了使用方便，电池组在充电时是将其作为一个整体采用一个电源进行充电的。

由于单个电池的特性总存在差异，因此在充电过程中各电池的电压不尽相同，从而导致有的电池已经完全满充而有的电池则还没有充满电。在充电过程中，如果有一个电池发生过充电，输入的多余电量不仅不会储存在电池里，而是消耗在电解液中并致使电池发生过热，同时，由于电解作用产生的气泡会附着在电极上，从而减少电极与电解液的接触面积，降低充电的效率。另一方面，当充电终止时，各电池荷电未达均衡，又会导致放电的不均衡，甚至使得个别电池因深度放电引起极性颠倒，缩短了电池组的寿命。为了延长电池组的使用寿命,必须使所有的电池均保持在同样的充放电深度,即需对电池组进行均衡充放电。

1电池组的均衡充电方案分析

过去已经有许多对于电池组均衡充电技术的相关研究^【1.2】，其中有的技术未能实现能量无损，有的则是通过一套电能转换装置来实现均衡充电，有的则是采用电能的多路输出方式，将多余的能量传送给总回路或者传递给相邻的电池。因此有的方案其电路组成和控制结构非常复杂，有的则需设专门的能量装换装置，因而使用面较窄。并且这些方案大都是以组为对象的集中控制方案，有的方案虽然解决了能量损耗问题，却存在结构复杂不易实现和维护不便等不足。

2．双向无损均衡原理

双向无损均衡充放电方案结构原理如图1所示，每个电池均衡分流电路均由两个场效应管Q、两个二极管D和一个储能元件电感 L 组成。（B）图画出的是三块电池串连时的电路连接情形。以充电为例，假设在均衡电路1中两电池电压出现不均衡，如V _B1>V _B2 ,则 Q₁₁导通，电池B₁向电感L₁充电，当Q₁₁截止时, L₁为了续流，与B₂、D₁₂构成回路,电感中储存的能量就转移到B₂中,实现了能量从B₁到B₂的转移。同理当V _B1＜V _B2时，则通过Q₁₂的通断来实现能量从B₂到B₁的转移，即该电路是一种能量双向传递的均衡装置。尽管能量只在相邻电池间传递，由于能量的传递趋势总是由电压高的电池传递到电压低的电池上,因而最终实现整组电池的均衡。放电时，原理与充电时基本相同。

由于所有的均衡电路结构都是相同的，所以容易实现模块化的设计。

3.单片机控制双向均衡模块的设计^【3】

欲延长电池组的使用寿命,充放电时应使所有的单个电池均保持在同样的荷电状态，而蓄电池的电压是电池不一致性最为直观也最容易测量的表现形式，所以，均衡充电的思想要旨是充放电过程中尽量使各电池保持在同一电平。

基于上述的原因，本设计采用的是以电压为比较参数，通过单片机的控制，实现电压高的电池把能量直接传递给电压低的电池。双向均衡模块的组成结构如图2所示。

图2  单片机控制双向均衡模块结构组成

其中，均衡电路用于实现相邻两电池间的能量平衡；参数采集电路对电池参数进行实时采集，主要采集的参数是电池端电压和温度，通过A/D转换后送给单片机，以便对电池进行实时监控；单片机在监测电池状态的同时还对均衡电路进行控制，一旦发现电池间电压差异达一定值，即给相应的场效应管送出触发脉冲，使其导通，电压高的电池给电感充电，场效应管截止时，电感储存的能量给电压低的电池补充充电。

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