蓄电池容量均衡方法概述

　　摘要：蓄电池由于其储能时间长，价格低等特点在电动车、新能源发电等领域得到了广泛应用。但蓄电池单体电压、容量较小，为了满足增大蓄电池容量的要求，一般将蓄电池单体串联使用，但由于单体的个体差异，在长时间使用后会导致单体的容量各不相同，对整个电池组的效率产生严重的影响。因此对蓄电池组各单体的容量均衡就非常重要，是保证蓄电池长期、有效运行的关键技术。文中将对现有的各种蓄电池均衡技术进行介绍，并指出各种方法的优缺点。

　　引言

　　在由蓄电池作为储能单元的系统中，由于蓄电池单体往往容量比较低，不能够满足大容量系统的要求，因此需要将蓄电池单体串联，形成蓄电池组以提高供电电压和存储容量，例如在电动汽车、微电网系统等领域大多需要蓄电池串联。由于蓄电池单体自身制作工艺等原因，不同单体之间诸如电解液密度、电极等效电阻等都存在着差异，这些差异导致即便串联蓄电池组每个单体的充放电电流相同，也会使每个单体的容量产生不同，进而影响整个蓄电池组的工作。最坏的情况，在一个蓄电池组中，有一个单体的剩余容量接近为100%,另一个单体的剩余容量为0,则这个蓄电池组既不能充电也不能放电，完全不能使用。因此对蓄电池容量的均衡是非常重要的，尤其是在大量蓄电池单体串联的情况。

　　蓄电池容量均衡的方法主要有电阻消耗均衡法、开关电容法、双向DC-DC 变流器法、多绕组变压器法、多模块开关均衡法、开关电感法等。

　　1.电阻消耗均衡法

　　电阻消耗均衡法是通过与电池单体连接的电阻，将高于其他单体的能量释放，以达到各单体的均衡，如图1 所示。每个蓄电池单体通过一个三极管与一个电阻连接，通过控制三极管的导通与关断实现蓄电池单体对电阻的放电。该种结构控制简单，放电速度快，可多个单体同时放电。但缺点也很明显，能量消耗大，只能对单体进行放电不能充电，而且其他蓄电池单体要以最低的单体为标准才能实现均衡，效率低。

图1 电阻消耗均衡法结构图

　　2.开关电容法

　　开关电容法是在每两个相邻的蓄电池之间通过开关器件与一个电容并联，如图2 所示。通过控制开关器件驱动信号PWM 的占空比实现相邻两个电池之间能量的传递。例如若蓄电池单体容量B1 高于B2,G1 开通G2 关断时，电容C1 和电池单体B1 并联，B1 将能量传递给C1;G1 关断G2 开通时，电容C1和电池单体B2 并联，C1 将能量传递给B2,完成这个周期内的能量传递。以此类推，通过控制开关器件的开通与关断，利用电容实现能量的逐个传递。

图2 开关电容均衡法结构图

　　该电路可以等效成如图3 所示电路，在每两个电池单体之间连接一个等效电阻，可以推出如等式渊1冤给出的等效阻值。这种方法由于能量逐个传递，因此均衡时间较长，可以根据等式渊1冤，通过改变开关器件的开关频率和电容容值的方法调节等效电阻，改变充放电电流。

图3 开关电容法等效电路

　　式中:f 为开关频率；t=RC;D为占空比。

　　开关电容法控制简单，可实现充电和放电均衡，但由于是逐级传递能量，因此均衡速度较慢。