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海
南
大
学
课程设计
蓄电池均衡充电技术研究
Research of Equalizing Charge of
Battery Technology
学
院:
机电工程学院
专业年级:
姓
名:
学
号:
指导教师:
卢浩义
2015
年
6
月
15
日
摘
要
p>
摘要:锂离子电池组均衡充电是动力电池使用技术的重要组成部分,均衡
充电技术的应用直接影响电池组的性能与使用寿命。本文分析了均衡充电的原
理及化
学、物理实现方法,结合均衡充电的分类,还介绍了国内外均衡充电的
研究进展,并指出
均衡充电的研究方向目前串联电池组使用中的一个很重要的
问题是循环寿命缩短达不到设
计寿命。在影响电池寿命的因素中,除了电池本
身的物理性能和不正确的充放电制度外,
各单体电池的充放电特性不一致是重
要原因,单
体电池的不一致会造成充放电时电池电量的不平衡,会对那些过充
电或过放电
的电池造成损害,进而影响整个电池组。为了延长电池使用寿命
电
池组的充电模块需具备均衡充电的功能。
关键词:
锂电池,充电实验平台,充电方法,均衡充电模块
2
system
is
developed
to
improve
the
series
battery
pack
s
concerning
their
uniformity
and
charging
protection.
Measures
for
the
implementation
of
battery
equalization
during
charging
and
the
protection
system
are
discussed.
Functions
of
equalization charging and over charging
protection are analyzed, and model of control
for
series
battery
pack
s
equalization
charging
is
setup
.Diverting-current
and
feedback bus voltage are measured
during experiments on series Li-ion battery pack s
equalization charging. 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.
Abstract
Keywords
:
Li-
ionBattery, Charging Experimental Platform,
Charging
Method, Equalization Charging
Module
目
录
3
1
绪论<
/p>
…………………………………………………………………………
4
2
均衡充
电的目的和意义
……………………………………………………
4
2.1
目
的
………………………………………………………………………
4
2.2
意义
………………………………………………………………………
4
3
均
衡充电的方法
……………………………………………………………
5
3.1
化学均衡法
…………………………………………………………………
< br>5-7
3.1.1
化学均衡法工作原理
……………………………………………………
5
3.1.2<
/p>
氧化一还原电对研究进展
………………………………………………
6
3.2
物理均衡法
……………………………………………………………
…
8-10
3.2.1
单路充电加均衡电路工作原理
………………………
…………………
8
3.2.2
均衡电路分类
…………………………………
…………………………
8
p>
4
全文总结
……………………………………
…………………………………
10
致谢
……………………………………………………………………
………
10
参考文献
………………………………………………………………………
11
4
1
绪论
蓄电
池的充电方法主流有浮充和均衡充电两种,下面我们只介绍均衡充
电。
< br>
均衡充电,简称均充,是均衡电池特性的充电,是指在电池的使用过程
中,由于电池的个体差异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡,为了避免
这种不平衡趋势的恶化,需要提高电池组的充电电压,对电池进行活化充电,
以达到
均衡电池组中各个电池特性,延长电池寿命的维护方法。
[1]
2
均衡充电的目的和意义
2.1
目的
所谓均衡充电,就是均衡电池特性的充电,是指在电池的使用过程中,因
为电池的个体差
异、温度差异等原因造成电池端电压不平衡,为了避免这种不
平衡趋势的恶化,需要提高
电池组的充电电压,对电池进行活化充电。
均充就是均衡充电
,均充电压一般为
2.35V(2V
单体电池提高到
2.35V
左
右),均充时间不大于
10
小时。一般是在下列情况下蓄电池需要均衡充电。
1.
市电停电后电池释放的能量超过总容量的
15%
。
2.
蓄电池长期处于浮充状态(电网稳定,长期不停电)。
< br>3.
电池组中,出现了落后电池,在浮充状态下单体电压低于
2.2V
,更换新
电池后。
48 V
通信电源蓄电池组由
24
p>
节蓄电池串联而成。单节标称电压为
2 V
,单
节蓄电池的浮充充电电压值一般为
2.23
V
,均衡充电电压一般为
2.35 <
/p>
V
,蓄电
池组的浮充电压一般设置为
p>
53.5 V
(
2.23 V
×
24
),均充电压一般设置为
56.4 V
5
(
2.35V
×
24
)
[5]
。
2.2
意义
均衡充电的意义就是使锂离子电池单体电压偏差保持在预期的范围内,从
而保证每个单电
池在卫星寿命期间不受到过应力冲击而发生损坏。若不进行均
衡充电控制,随着充放电循
环的增加,各单电池电压逐渐分化。
一般情况下,充电时锂离
子电池单体电压的偏差在
50mV
之内是完全可以
接受的。我们可以认为造成偏差的主要原因是单电池充电效率、自放电率存在
差异。另一方面,单电池中的测量电路电流消耗的影响也必须认真考虑,有时
测量电路消
耗的电流已经达到电池自放电电流的量级。在做锂离子电池寿命实
验时,有的技术人员反
映串联电池组的第一只或最后一只常常最先损坏,这往
往是由于测量电路消耗造成的。<
/p>
3
均衡充电的方法
< br>对锂离子电池组均衡充电有两种方法:一是化学方法,即通过电池内部化
学反应达
到均衡充电的效果;二是物理方法,即采取机械或电子的手段达到均
衡充电的效果。物理
方法又分为两种,多路并联充电和单路充电加均衡电路。
多路并联充电就是每个单体电池
对应一个充电电源,充电电源之间相互独立,
能保证每只电池被充满电,且不会过充电,
是一种最理想的充电方式,但是并
联充电器十分复杂,成本较高。单路充电加均衡电路是
一种比较理想的充电方
案,也是本文阐述的重点。两种充电方案对比如表
1
充电方案
并联充电
单路充电加均衡电路
充电效率
高
低
充电装置难易程度
复杂
简单
成本
高
低
表
1
3.1
化学均衡法
3.1.1
化学均衡法工作原理
p>
在锂离子电池电解液中添加一定比例的氧化-还原电对限压添加剂,能确
保电池组中每只电池充满电,且不过充电。
6
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