蓄電池容量均衡方法概述

　　引言

　　在由蓄電池作為儲(chǔ)能單元的系統(tǒng)中，由于蓄電池單體往往容量比較低，不能夠滿足大容量系統(tǒng)的要求，因此需要將蓄電池單體串聯(lián)，形成蓄電池組以提高供電電壓和存儲(chǔ)容量，例如在電動(dòng)汽車、微電網(wǎng)系統(tǒng)等領(lǐng)域大多需要蓄電池串聯(lián)。由于蓄電池單體自身制作工藝等原因，不同單體之間諸如電解液密度、電極等效電阻等都存在著差異，這些差異導(dǎo)致即便串聯(lián)蓄電池組每個(gè)單體的充放電電流相同，也會(huì)使每個(gè)單體的容量產(chǎn)生不同，進(jìn)而影響整個(gè)蓄電池組的工作。最壞的情況，在一個(gè)蓄電池組中，有一個(gè)單體的剩余容量接近為100%,另一個(gè)單體的剩余容量為0,則這個(gè)蓄電池組既不能充電也不能放電，完全不能使用。因此對(duì)蓄電池容量的均衡是非常重要的，尤其是在大量蓄電池單體串聯(lián)的情況。

　　蓄電池容量均衡的方法主要有電阻消耗均衡法、開關(guān)電容法、雙向DC-DC 變流器法、多繞組變壓器法、多模塊開關(guān)均衡法、開關(guān)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，將高于其他單體的能量釋放，以達(dá)到各單體的均衡，如圖1 所示。每個(gè)蓄電池單體通過一個(gè)三極管與一個(gè)電阻連接，通過控制三極管的導(dǎo)通與關(guān)斷實(shí)現(xiàn)蓄電池單體對(duì)電阻的放電。該種結(jié)構(gòu)控制簡(jiǎn)單，放電速度快，可多個(gè)單體同時(shí)放電。但缺點(diǎn)也很明顯，能量消耗大，只能對(duì)單體進(jìn)行放電不能充電，而且其他蓄電池單體要以最低的單體為標(biāo)準(zhǔn)才能實(shí)現(xiàn)均衡，效率低。

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圖1 電阻消耗均衡法結(jié)構(gòu)圖

　　2.開關(guān)電容法

　　開關(guān)電容法是在每?jī)蓚€(gè)相鄰的蓄電池之間通過開關(guān)器件與一個(gè)電容并聯(lián)，如圖2 所示。通過控制開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM 的占空比實(shí)現(xiàn)相鄰兩個(gè)電池之間能量的傳遞。例如若蓄電池單體容量B1 高于B2,G1 開通G2 關(guān)斷時(shí)，電容C1 和電池單體B1 并聯(lián)，B1 將能量傳遞給C1;G1 關(guān)斷G2 開通時(shí)，電容C1和電池單體B2 并聯(lián)，C1 將能量傳遞給B2,完成這個(gè)周期內(nèi)的能量傳遞。以此類推，通過控制開關(guān)器件的開通與關(guān)斷，利用電容實(shí)現(xiàn)能量的逐個(gè)傳遞。

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圖2 開關(guān)電容均衡法結(jié)構(gòu)圖

　　該電路可以等效成如圖3 所示電路，在每?jī)蓚€(gè)電池單體之間連接一個(gè)等效電阻，可以推出如等式淵1冤給出的等效阻值。這種方法由于能量逐個(gè)傳遞，因此均衡時(shí)間較長(zhǎng)，可以根據(jù)等式淵1冤，通過改變開關(guān)器件的開關(guān)頻率和電容容值的方法調(diào)節(jié)等效電阻，改變充放電電流。

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圖3 開關(guān)電容法等效電路

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　　式中:f 為開關(guān)頻率；t=RC;D為占空比。

　　開關(guān)電容法控制簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)充電和放電均衡，但由于是逐級(jí)傳遞能量，因此均衡速度較慢。