蓄電池組智能均充裝置的設(shè)計(jì)

曹 陽(yáng)，楊桃月，邱望標(biāo)

（1.貴州大學(xué)，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.中國(guó)振華電子集團(tuán)宇光電工有限公司，貴州 貴陽(yáng) 500018）

鉛酸蓄電池是目前使用最廣泛的一種化學(xué)電源，具有電壓穩(wěn)定、安全可靠、造價(jià)低廉、使用范圍廣、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸、通信、電力、鐵路、礦山等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門，是社會(huì)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中不可缺少的產(chǎn)品。好的蓄電池產(chǎn)品需要好的管理方式才能正常的運(yùn)行。傳統(tǒng)的蓄電池充電方式，是針對(duì)整組蓄電池組進(jìn)行整體充電（如圖1所示）。

圖1 傳統(tǒng)蓄電池充電方式

有關(guān)文獻(xiàn)指出，此充電方式忽略了蓄電池組單體之間內(nèi)阻、容量、化學(xué)特性之間的差異，在對(duì)蓄電池多次充放電之后，使得蓄電池組各單體之間的端電壓不一致，蓄電池中某些電池單體將會(huì)發(fā)生過(guò)充、欠充以及過(guò)放的現(xiàn)象。這樣不僅嚴(yán)重影響了蓄電池的使用性能，而且還會(huì)大大降低其使用壽命。鉛酸蓄電池的設(shè)計(jì)壽命一般有10年左右，但是實(shí)際壽命只有1~2年左右，因此提出改進(jìn)方案。

1 改進(jìn)方案

針對(duì)傳統(tǒng)的蓄電池組整體充電方式的弊端，提出分只同時(shí)均充的管理方式。其原理圖如圖2所示。

圖2 分只同時(shí)均充管理原理框圖

其充電過(guò)程可分為兩個(gè)階段：

（1）主充和均充同時(shí)進(jìn)行階段。此階段主充電路對(duì)整組蓄電池進(jìn)行充電的同時(shí)，均充電路對(duì)每一電池單體也進(jìn)行充電。

（2）主充停止、均充進(jìn)行階段。每一電池單體均設(shè)有檢測(cè)裝置，當(dāng)檢測(cè)到某一電池單體充滿（以電池相關(guān)參數(shù)計(jì)算為準(zhǔn)）時(shí)，則此均充電路和主充電路同時(shí)斷開(kāi)，其余未充滿的電池單體，將繼續(xù)進(jìn)行充電，直至所有電池單體的均達(dá)到預(yù)設(shè)值為止。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分只同時(shí)均充管理模式的穩(wěn)壓電源，包括主充和均充兩個(gè)部分組成。

2.1 主充電源的設(shè)計(jì)

考慮到功率的問(wèn)題，主充電源可采用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，經(jīng)過(guò)橋式整流電路整流和電容濾波器濾波得到直流電壓，在經(jīng)過(guò)限流電阻和穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路接到負(fù)載電阻上，負(fù)載上便得到一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓。電路圖如圖3所示。

圖3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

2.2 均充電源的設(shè)計(jì)

我們選用了L4970A型DC/DC轉(zhuǎn)換電路，來(lái)作為均充電源。其輸出電流可達(dá)10 A，足以滿足本處設(shè)計(jì)要求。L4970A系列大功率單片集成開(kāi)關(guān)電源是ST公司繼L4960系列之后推出的第二代產(chǎn)品。

電路的特點(diǎn)是：采用DMOS開(kāi)關(guān)功率管、混合式CMOS／雙極型晶體管等集成電路制造新工藝研制而成；輸出電壓在5.1～40 V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)；通過(guò)自舉電容可獲得大電流輸出；利用掉電復(fù)位電路，能實(shí)時(shí)地向微機(jī)發(fā)出信號(hào)，監(jiān)視系統(tǒng)電源的工作狀態(tài)。

由上述可知，L4970A只能輸出5.1～40V的可調(diào)電壓。但有時(shí)希望輸出電壓能從0V起調(diào)，這按常規(guī)方法是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。下面介紹一種簡(jiǎn)單實(shí)用的方法，首先由7905產(chǎn)生一個(gè)-5V電壓，然后與L4970A的8腳相連，使VGND＝-5V，這樣輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍就變成0～35V，其電路如圖4所示。

圖4 改進(jìn)后的均充電源模塊電路圖

再者，本均充模塊是分只同時(shí)均充，對(duì)串聯(lián)起來(lái)的單電池而言，每個(gè)均充模塊不能相互干涉，否則會(huì)導(dǎo)致某只單電池短接，因此，這就要求均充模塊為隔離式轉(zhuǎn)換電路，就必須將L4970A的應(yīng)用電路進(jìn)行輸入、輸出隔離處理。具體做法就是在輸出端加一個(gè)高頻變壓器T。

2.3 控制流程的設(shè)計(jì)

本智能充電裝置靠單片機(jī)或PLC進(jìn)行智能控制，首先對(duì)整組蓄電池進(jìn)行主充，并適時(shí)檢測(cè)整組電池端電壓，并與設(shè)定值V1進(jìn)行比較，一旦大于或等于V1，則轉(zhuǎn)入均充，同時(shí)對(duì)每只蓄電池單體進(jìn)行充電和檢測(cè)，直到每只蓄電池單體均大于或等于V2，則停止充電，控制流程圖如圖5所示。

圖5 蓄電池組分只均充裝置控制流程圖

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)蓄電池單體間不均衡性的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了蓄電池組分只同時(shí)均充裝置。此充電管理模式既能保證蓄電池單體都能充滿，同時(shí)又可以防止蓄電池單體發(fā)生過(guò)充、欠充或過(guò)放電現(xiàn)象，有助于降低蓄電池組的損壞率和提高整組電池的使用效率。

[1]邱望標(biāo)，邱志遠(yuǎn).蓄電池組智能分只均充控制系統(tǒng)研究及應(yīng)用[D].貴陽(yáng)：貴州大學(xué)，2007.

[2]秦曾煌.電工學(xué)[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3]于同雙.鉛酸蓄電池行業(yè)現(xiàn)狀分析及對(duì)策 [J].蓄電池，1999，（4）：24-25.