蓄电池组智能均充装置的设计

曹 阳，杨桃月，邱望标

（1.贵州大学，贵州 贵阳 550025；2.中国振华电子集团宇光电工有限公司，贵州 贵阳 500018）

铅酸蓄电池是目前使用最广泛的一种化学电源，具有电压稳定、安全可靠、造价低廉、使用范围广、使用寿命长等优点。主要应用在交通运输、通信、电力、铁路、矿山等国民经济各个部门，是社会经营活动中不可缺少的产品。好的蓄电池产品需要好的管理方式才能正常的运行。传统的蓄电池充电方式，是针对整组蓄电池组进行整体充电（如图1所示）。

图1 传统蓄电池充电方式

有关文献指出，此充电方式忽略了蓄电池组单体之间内阻、容量、化学特性之间的差异，在对蓄电池多次充放电之后，使得蓄电池组各单体之间的端电压不一致，蓄电池中某些电池单体将会发生过充、欠充以及过放的现象。这样不仅严重影响了蓄电池的使用性能，而且还会大大降低其使用寿命。铅酸蓄电池的设计寿命一般有10年左右，但是实际寿命只有1~2年左右，因此提出改进方案。

1 改进方案

针对传统的蓄电池组整体充电方式的弊端，提出分只同时均充的管理方式。其原理图如图2所示。

图2 分只同时均充管理原理框图

其充电过程可分为两个阶段：

（1）主充和均充同时进行阶段。此阶段主充电路对整组蓄电池进行充电的同时，均充电路对每一电池单体也进行充电。

（2）主充停止、均充进行阶段。每一电池单体均设有检测装置，当检测到某一电池单体充满（以电池相关参数计算为准）时，则此均充电路和主充电路同时断开，其余未充满的电池单体，将继续进行充电，直至所有电池单体的均达到预设值为止。

2 系统设计

分只同时均充管理模式的稳压电源，包括主充和均充两个部分组成。

2.1 主充电源的设计

考虑到功率的问题，主充电源可采用稳压管稳压电路，经过桥式整流电路整流和电容滤波器滤波得到直流电压，在经过限流电阻和稳压管组成的稳压电路接到负载电阻上，负载上便得到一个比较稳定的电压。电路图如图3所示。

图3 稳压管稳压电路

2.2 均充电源的设计

我们选用了L4970A型DC/DC转换电路，来作为均充电源。其输出电流可达10 A，足以满足本处设计要求。L4970A系列大功率单片集成开关电源是ST公司继L4960系列之后推出的第二代产品。

电路的特点是：采用DMOS开关功率管、混合式CMOS／双极型晶体管等集成电路制造新工艺研制而成；输出电压在5.1～40 V范围内连续可调；通过自举电容可获得大电流输出；利用掉电复位电路，能实时地向微机发出信号，监视系统电源的工作状态。

由上述可知，L4970A只能输出5.1～40V的可调电压。但有时希望输出电压能从0V起调，这按常规方法是无法实现的。下面介绍一种简单实用的方法，首先由7905产生一个-5V电压，然后与L4970A的8脚相连，使VGND＝-5V，这样输出电压的调节范围就变成0～35V，其电路如图4所示。

图4 改进后的均充电源模块电路图

再者，本均充模块是分只同时均充，对串联起来的单电池而言，每个均充模块不能相互干涉，否则会导致某只单电池短接，因此，这就要求均充模块为隔离式转换电路，就必须将L4970A的应用电路进行输入、输出隔离处理。具体做法就是在输出端加一个高频变压器T。

2.3 控制流程的设计

本智能充电装置靠单片机或PLC进行智能控制，首先对整组蓄电池进行主充，并适时检测整组电池端电压，并与设定值V1进行比较，一旦大于或等于V1，则转入均充，同时对每只蓄电池单体进行充电和检测，直到每只蓄电池单体均大于或等于V2，则停止充电，控制流程图如图5所示。

图5 蓄电池组分只均充装置控制流程图

3 结束语

本文针对蓄电池单体间不均衡性的问题，设计了蓄电池组分只同时均充装置。此充电管理模式既能保证蓄电池单体都能充满，同时又可以防止蓄电池单体发生过充、欠充或过放电现象，有助于降低蓄电池组的损坏率和提高整组电池的使用效率。

[1]邱望标，邱志远.蓄电池组智能分只均充控制系统研究及应用[D].贵阳：贵州大学，2007.

[2]秦曾煌.电工学[M].北京：高等教育出版社，1999.

[3]于同双.铅酸蓄电池行业现状分析及对策 [J].蓄电池，1999，（4）：24-25.