蓄电池组在线均衡技术的应用分析

【摘 要】 本文从技术原理的角度介绍了蓄电池组的应用现状及问题，分析了蓄电池组在线均衡技术的原理及系统功能，指出串联蓄电池组在线均衡技术对给现有蓄电池组的运行所带来的巨大的社会效益和经济效益，对蓄电池组运行维护方式的革新具有现实借鉴意义。

【关键词】 蓄电池组 均衡技术 无损电量交换 内阻 均衡度

1 引言

蓄电池组作为重要设备的后备电源是设备可靠运行的一道关键防线，绝不能出现半点闪失。但事实上因蓄电池问题致使运行设备失去主供电源后最终被迫停用的现象却屡有发生，甚至造成不必要的损失，严重影响了用户对后备电源的信赖度。究其原因，可以从蓄电池组的工作原理来分析。传统的蓄电池组充电运行状况是：用充机对一组串联的蓄电池组进行在线充电。这种充电方式无法保证蓄电池组中每节蓄电池的均衡充电，往往由于蓄电池组中某几节蓄电池的电压变化（变高或变低）而导致其它蓄电池处于过充电或欠充电，长时间的这种充电状态势必大大降低蓄电池组的使用寿命。

蓄电池组在线均衡技术则可以很好地解决运行中的蓄电池单体不均衡问题，用蓄电池组均衡技术对在线运行的蓄电池组的传统充电方式进行优化，使每节电池都处于相同的工作状态，通过使用先进的微机数字控制技术和电力电子技术来自动调节每节蓄电池的端电压，令每节蓄电池的端电压的一致；同时可对性能偏弱的电池进行在线活化，延长蓄电池的使用寿命，从而提高蓄电池设备运行可靠性。

2 蓄电池组在线均衡技术的原理及系统设计

蓄电池组在线均衡系统可依托工业级高性能单片微机为平台，应用电力电子技术，由电池电压测量单元、均衡调节单元、电池内阻测量单元及监控管理单元组合而成。通过对每节电池的高精度及高速测量，完成对蓄电池组的实时监测，并计算出电池组的均衡度，由均衡调节单元对相应电池进行电压调节，使整组电池达到较理想的均衡度。系统通过电池内阻测量单元定期对蓄电池组进行内阻测量，监控管理单元将负责各单元的协调，进行计算分析、保护及告警处理、界面显示、综合管理及通讯功能。

为了高速测量电池电压，可利用多CPU方式即6片16位单片CPU，每片CPU测量19个电池电压，6个CPU通过串行通讯口连接，速率为9600，为了使个CPU的测量对应时刻同步，由监控管理单元发出启动测量的同步命令，6个CPU开始同时测量，由此保证了112个电池的高速测量和测量数据的时刻一致性，将为均衡调节单元和电池内阻测量单元提供可靠实时的处理依据。

均衡调节单元是系统最关键的基础单元，它主要利用微电子控制技术，由微电子控制部分通过串行通讯口，将电池电压测量单元测得的数据读入，通过计算得出整组电池的均衡度，计算方法如下：均衡度=（单电池节最高电压-单节电池最低电压）/单节电池最低电压X100%。当均衡度大于设定值时，单元将找出电压较高和较低的电池，对它们分别进行充电和放电处理，充电和放电由单元的功率电路部分来完成，通过一段时间运行后，每只电池的电压逐渐一致，于是整组的电池均衡度可以大大提高，达到设定的理想值。

蓄电池组达到了较理想的均衡度，日常工作的性能和状态得到了很好的维护，使电池的寿命得到延长，充电质量获得了保障，但蓄电池的好坏是不能一各电池电压过高和过低来判断的，而且各节电池的电压一直也不能反映电池都是好的，电池内阻值的大小才是真实反映其品质和好坏的，电池内阻测量单元采用直流内阻测量法对其内阻进行精确测量，当本单元得到监控管理单元启动命令后，对整组电池进行瞬间放电，同时启动电池电压测量单元高速测量电池电压和放电电流，通过放电前和放电后的电压差及放电电流计算出各电池的内阻值。

监控管理单元是整个系统的管理中枢，利用其对整个系统各单元进行故障检测，提供完善可靠的保护和告警功能，定时启动内阻测量及根据均衡度情况启动均衡调节功能。

3 蓄电池组在线均衡技术的应用功能

一般来说串联的蓄电池组的性能起决于这组电池中状态最坏的那只电池的性能，若某节电池端电压降低，容量减少，内阻增大，则这组电池就处于危险的运行状态，不作处理的话引发故障的可能性就非常大。蓄电池组的不均衡问题一直是比较头疼的问题，因蓄电池的不均衡而导致的蓄电池组寿命大大降低，蓄电池的设计寿命为十年或十五年的蓄电池，真实使用三、五年就可能因容量不足，内阻增大等问题而报废更换。传统充电机是对整组电池充电，无法解决蓄电池组的不均衡问题。

蓄电池组在线均衡系统可解决在线运行的蓄电池组的不均衡充电问题，实现蓄电池之间的无损电量交换，使每节蓄电池处于相同的均衡充电状态；并可在线均衡蓄电池组每节电池电压，使每节电池处于相同电压的充电状态，防止电池的过充电或欠充电，延长电池使用寿命两倍以上。同时还能对性能较弱的电池进行了补充及活化，并做到蓄电池内阻在线测试功能及蓄电池端电压巡检功能，可完全取消直流电源系统中有关蓄电池组的电压巡检仪及内阻测试仪，大大提高在线运行蓄电池组的可靠性。

4 结语

随着科技发展日新月异，电子产品和电气设备在社会生产生活体系中所占比重越来越大，对于诸如电力、通讯、石化、冶金、金融、交通等行业的重要关键设备，蓄电池组的后备保障作用也日益突出。显而易见，蓄电池组在线均衡技术的推广应用不仅对用户蓄电池组运行维护方式的革新具有现实意义，该技术应用系统的开发也有着极高的经济效率和社会效率。