摘要：一致性問題是動力鋰電池組在應用過程中要解決的必要問題。本文通過對單體鋰電池特徵進行分析，根據均衡充電理論設計了動力鋰電池組的充電管理電路，此設計方案通過反覆地實踐證明是可以取得優良效果的，具體表現在動力鋰電池組的工作性能提升以及使用壽命的延長，有效改善其充電的一致性。
關鍵詞：動力鋰電池組；充電管理；電路設計
１設計動力鋰電池組充電管理電路的必要性
電池組充電不平衡的問題是本文要解決的核心問題，也是設計動力鋰電池組充電管理電路的目的所在。要實現充電進行均衡管理就必須解決電池組充電不平衡問題，本文使用的主要是能耗型部分分流的方法。雖然大部分電池在出廠時擁有相同的電壓和內阻，但是在最新動力技術的基礎下，要滿足相應電壓的需求也必須串聯鋰電池。而每個鋰電池經過一段時間的使用之後都會產生不同的單體性能，這就導致了差異性的存在，這種差異的存在直接導致鋰電池的充電不均衡，而這種不均衡需要通過一定的技術來解決。不然，由於單體差異性的存在，必然導致鋰電池先後充滿的現象，這會嚴重影響動力鋰電池組的工作性能和使用壽命，只有解決這一問題才能提高鋰電池的工作性能和使用壽命。本文選擇能耗型部分分流的方法除了能有效地解決此類問題外，更是考慮到工業成本問題以及動力鋰電池組充電的穩定性需求進行的充電管理電路的設計。
２鋰電池組充電方案的選擇
２．１單節動力鋰電池充電的方式
單節動力鋰電池充電的方式分為前後２個階段。第一階段為恆流階段，具體而言就是電流一定，電壓不斷地升高。第二階段為恆壓階段，具體而言就是保障電壓一定，逐漸減小電流。恆流階段向恆壓階段的轉換以電池端的電壓到達了電池系統額定恆流充電的電壓上限為界（不同的鋰電池材料體系會有不同電壓的上限，一般是３．８Ｖ～４．２Ｖ）。而恆壓階段則以電芯的飽和程度為依據，而整個充電過程完成的標誌就是當電流減小到１０ｍＡ時就會停止充電。
２．２動力鋰電池組的充電方式
上文講過雖然大部分電池在出廠時擁有相同的電壓和內阻，但是在最新動力技術的基礎下，要滿足相應電壓的需求也必須串聯鋰電池。而每個鋰電池經過一段時間的使用之後都會產生不同的單體性能。而這些單體差異的存在將會導致充放電循環也會產生一定的差異，並且將持續在整個動力鋰電池組充放電循環中。如此一來便使得部分單節鋰電池的容量加速衰減。而串聯電池組的容量是由最小容量單體電池的電容量直接決定的，因此，衰減過快將會導致整體的使用壽命的縮短。鋰電池組的充電不平衡主要由以下幾個方面造成：首先是製作工藝直接出現問題，同一批次的電池在內阻和容量在出廠的時候就直接不同。其次是在使用過程中由於動力鋰電池組的充電管理電路設計問題導致電池出現不同的自放電率，從而在使用了一段時間過後電池的容量出現差異性，這是本文要解決的問題。最後，在使用電池的過程中，由於環境的差異也會造成電池容量的不平，例如溫度。
２．３選擇科學的充電方案
均衡電路可以幫助降低鋰電池在充電過程中因電容不平衡而受到的影響。鋰電池組有２種用得比較多的均勻管理方案，一種是能耗型，另一種是回饋型。能耗型的管理方案是通過並聯支路來進行分流，通過轉移掉部分電能來降低單體電池的充電速度，控制其異常的超水平電壓，從而實現降低電壓的目的，使其回到正常的水平。回饋型的管理方案主要依靠的是能量轉換器，把單體出現的偏差能量通過能量轉換器進行轉化，從而保障各個電池的工作維持在同一水平上。但是回饋型的方案在實際應用中存在成本高的問題，因為它忽視了轉換器的轉換效率以及轉換器在轉換過程中能量消耗的問題，該方案是比較理想型的，它基於轉換器的工作不會產生能量的消耗，現實使用中是不可能不消耗能量的，而且它的控制方法設計得比較複雜，不容易實施，它的成本也是比較高的。綜合考慮之後，本文選擇了前一種方案，即能耗型。能耗型管理方案可以按照能量迴路的不同處理方式分為２個不同的類型，即斷流和分流。斷流就是實時監測各個單體電池的電壓，一旦出現超標的異常，就會自動把其所在的電路斷開，停止充電，充電電流就流向其他電路，這種斷流的方式可以通過開關矩陣來實現，開關矩陣可以由機械觸點或者電子部件構成，當某一單體電池出現異常的時候，它就會改變電路的動態。分流與斷流不同的是它不會斷開異常電路，而是通過旁路電阻來分流，從而實現各個電池在充電時的均衡性。鋰電池有功率大的特點，後者比分流法更具有優勢，不僅僅可以進行更好地熱管理，還能提高充電效率。
３充電管理電路具體設計方案
３．１系統的整體結構設計
主要以ＣＰＵ控制信號為依據進行控制，電壓監控電路中電池的實時電壓，並向ＣＰＵ進行反饋。在打開電源開關時，工頻交流電將會轉化成電池組額定電壓／電池組額定充電電流直流電，輸出到向升壓電路中，通過升壓電路以及信息反饋實現ＣＰＵ對電池組的整體充電電流和電壓的控制，科學地調整每個單體電池的充電速率，到達整個電池組充電一致的目的。
３．２設計電壓監控環節
要組成鋰電池組，就一定要以合理的方式，採用串聯多個鋰電池的方式就能很好地滿足工作的需要。同時在進行工作的過程中，要做到對每一個電池都進行監控，這是保證電池壽命，不會為了過充而損壞的關鍵。
３．３設計分流控制電路
在充電的過程中也要做好分流控制設計。因為電池組中有些電池在充電時會有較大的電壓差異，這就導致會有不同步的充電速率而發生損壞。因此通過設計用ＣＰＵ拉高控制埠的操作就可以實現這種分流電能的效果。
４結語
鋰電池相比較眾多其他的電池具有諸多的突出優點，像可多次充放電，對環境友好等等，都使得人們對它越來越重視。因此在發展動力鋰電池組中，設計充電管理電路就是一種重要的操作。本文在深刻分析了單個電池與電池組的充電方式後，提出相關的具體設計，通過這些設計解決動力鋰電池在實際應用中的問題，並加以改善，以此希望對動力鋰電池組的發展提供推動力。
參考文獻：
［１］劉小平，郭鋒，劉寧一．一種實現動力鋰電池組充放電管理的主動均衡方案［Ｊ］．電動自行車，２０１０（１０）：１８－２２．
［２］黃勤，嚴賀彪，凌睿．串聯鋰電池組無損均衡管理方案設計與實現［Ｊ］．計算機工程，２０１１（１２）：２２６－２２９．
［３］王天福，劉強，李志強．動力鋰電池組充放電智能管理系統設計與實現［Ｊ］．電源技術，２０１１（０９）：１０６９－１０７１．
作者：羅鋒華 單位：江西現代職業技術學院
關鍵詞：動力鋰電池組；充電管理；電路設計
１設計動力鋰電池組充電管理電路的必要性
電池組充電不平衡的問題是本文要解決的核心問題，也是設計動力鋰電池組充電管理電路的目的所在。要實現充電進行均衡管理就必須解決電池組充電不平衡問題，本文使用的主要是能耗型部分分流的方法。雖然大部分電池在出廠時擁有相同的電壓和內阻，但是在最新動力技術的基礎下，要滿足相應電壓的需求也必須串聯鋰電池。而每個鋰電池經過一段時間的使用之後都會產生不同的單體性能，這就導致了差異性的存在，這種差異的存在直接導致鋰電池的充電不均衡，而這種不均衡需要通過一定的技術來解決。不然，由於單體差異性的存在，必然導致鋰電池先後充滿的現象，這會嚴重影響動力鋰電池組的工作性能和使用壽命，只有解決這一問題才能提高鋰電池的工作性能和使用壽命。本文選擇能耗型部分分流的方法除了能有效地解決此類問題外，更是考慮到工業成本問題以及動力鋰電池組充電的穩定性需求進行的充電管理電路的設計。
２鋰電池組充電方案的選擇
２．１單節動力鋰電池充電的方式
單節動力鋰電池充電的方式分為前後２個階段。第一階段為恆流階段，具體而言就是電流一定，電壓不斷地升高。第二階段為恆壓階段，具體而言就是保障電壓一定，逐漸減小電流。恆流階段向恆壓階段的轉換以電池端的電壓到達了電池系統額定恆流充電的電壓上限為界（不同的鋰電池材料體系會有不同電壓的上限，一般是３．８Ｖ～４．２Ｖ）。而恆壓階段則以電芯的飽和程度為依據，而整個充電過程完成的標誌就是當電流減小到１０ｍＡ時就會停止充電。
２．２動力鋰電池組的充電方式
上文講過雖然大部分電池在出廠時擁有相同的電壓和內阻，但是在最新動力技術的基礎下，要滿足相應電壓的需求也必須串聯鋰電池。而每個鋰電池經過一段時間的使用之後都會產生不同的單體性能。而這些單體差異的存在將會導致充放電循環也會產生一定的差異，並且將持續在整個動力鋰電池組充放電循環中。如此一來便使得部分單節鋰電池的容量加速衰減。而串聯電池組的容量是由最小容量單體電池的電容量直接決定的，因此，衰減過快將會導致整體的使用壽命的縮短。鋰電池組的充電不平衡主要由以下幾個方面造成：首先是製作工藝直接出現問題，同一批次的電池在內阻和容量在出廠的時候就直接不同。其次是在使用過程中由於動力鋰電池組的充電管理電路設計問題導致電池出現不同的自放電率，從而在使用了一段時間過後電池的容量出現差異性，這是本文要解決的問題。最後，在使用電池的過程中，由於環境的差異也會造成電池容量的不平，例如溫度。
２．３選擇科學的充電方案
均衡電路可以幫助降低鋰電池在充電過程中因電容不平衡而受到的影響。鋰電池組有２種用得比較多的均勻管理方案，一種是能耗型，另一種是回饋型。能耗型的管理方案是通過並聯支路來進行分流，通過轉移掉部分電能來降低單體電池的充電速度，控制其異常的超水平電壓，從而實現降低電壓的目的，使其回到正常的水平。回饋型的管理方案主要依靠的是能量轉換器，把單體出現的偏差能量通過能量轉換器進行轉化，從而保障各個電池的工作維持在同一水平上。但是回饋型的方案在實際應用中存在成本高的問題，因為它忽視了轉換器的轉換效率以及轉換器在轉換過程中能量消耗的問題，該方案是比較理想型的，它基於轉換器的工作不會產生能量的消耗，現實使用中是不可能不消耗能量的，而且它的控制方法設計得比較複雜，不容易實施，它的成本也是比較高的。綜合考慮之後，本文選擇了前一種方案，即能耗型。能耗型管理方案可以按照能量迴路的不同處理方式分為２個不同的類型，即斷流和分流。斷流就是實時監測各個單體電池的電壓，一旦出現超標的異常，就會自動把其所在的電路斷開，停止充電，充電電流就流向其他電路，這種斷流的方式可以通過開關矩陣來實現，開關矩陣可以由機械觸點或者電子部件構成，當某一單體電池出現異常的時候，它就會改變電路的動態。分流與斷流不同的是它不會斷開異常電路，而是通過旁路電阻來分流，從而實現各個電池在充電時的均衡性。鋰電池有功率大的特點，後者比分流法更具有優勢，不僅僅可以進行更好地熱管理，還能提高充電效率。
３充電管理電路具體設計方案
３．１系統的整體結構設計
主要以ＣＰＵ控制信號為依據進行控制，電壓監控電路中電池的實時電壓，並向ＣＰＵ進行反饋。在打開電源開關時，工頻交流電將會轉化成電池組額定電壓／電池組額定充電電流直流電，輸出到向升壓電路中，通過升壓電路以及信息反饋實現ＣＰＵ對電池組的整體充電電流和電壓的控制，科學地調整每個單體電池的充電速率，到達整個電池組充電一致的目的。
３．２設計電壓監控環節
要組成鋰電池組，就一定要以合理的方式，採用串聯多個鋰電池的方式就能很好地滿足工作的需要。同時在進行工作的過程中，要做到對每一個電池都進行監控，這是保證電池壽命，不會為了過充而損壞的關鍵。
３．３設計分流控制電路
在充電的過程中也要做好分流控制設計。因為電池組中有些電池在充電時會有較大的電壓差異，這就導致會有不同步的充電速率而發生損壞。因此通過設計用ＣＰＵ拉高控制埠的操作就可以實現這種分流電能的效果。
４結語
鋰電池相比較眾多其他的電池具有諸多的突出優點，像可多次充放電，對環境友好等等，都使得人們對它越來越重視。因此在發展動力鋰電池組中，設計充電管理電路就是一種重要的操作。本文在深刻分析了單個電池與電池組的充電方式後，提出相關的具體設計，通過這些設計解決動力鋰電池在實際應用中的問題，並加以改善，以此希望對動力鋰電池組的發展提供推動力。
參考文獻：
［１］劉小平，郭鋒，劉寧一．一種實現動力鋰電池組充放電管理的主動均衡方案［Ｊ］．電動自行車，２０１０（１０）：１８－２２．
［２］黃勤，嚴賀彪，凌睿．串聯鋰電池組無損均衡管理方案設計與實現［Ｊ］．計算機工程，２０１１（１２）：２２６－２２９．
［３］王天福，劉強，李志強．動力鋰電池組充放電智能管理系統設計與實現［Ｊ］．電源技術，２０１１（０９）：１０６９－１０７１．
作者：羅鋒華 單位：江西現代職業技術學院
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