鉛酸蓄電池組電壓自動平衡儀

1　引言

　　鉛酸蓄電池被廣泛用于郵電、鐵路、電力以及其它通訊部門。它具有使用方便、性能穩(wěn)定、維護量少等優(yōu)點，受到用戶歡迎。 但在使用中，鉛酸蓄電池組主要是作后備電源使用，且大多數時間處于浮充電狀態(tài)。在此狀態(tài)下，蓄電池組自放電發(fā)生的能量損失在浮充電過程中得到補償；當直流供電設備發(fā)生故障時，由蓄電池對負載提供電能，保證負載的正常工作。但是電池組在浮充工作時，單體電池的端電壓由于種種原因會出現不平衡現象，如果得不到及時處理將直接影響整組蓄電池的壽命。

2　單體電池端電壓不平衡分析

　　電池組在浮充工作時，充電設備對蓄電池組始終給出一個特定的浮充電壓值和電流值，在長期的浮充電過程中，由于電池熱力學因素（電解液濃度、溫度、活性物質的狀態(tài)等）和動力學因素（電流密度、電池結構、極板成分等）的影響，蓄電池組中各個單塊電池的浮充電壓必然出現高低不同，也是各單塊電池工作狀況的集中反映。端電壓已經很高的電池有可能已充足了電，如果繼續(xù)充電將大部分變成熱量而損失掉，結果導致該電池失水，甚至熱失控而損壞；而端電壓比較低的電池，正常的浮充電流已經無法滿足其需要，須補充大電流才有可能趕上整組電池浮充電壓的平均值。而“均充充電”是無法使端電壓嚴重不平衡的單體電池得到完全平衡的?！熬涑潆姟睍r，充電設備是按照恒定的電量對電池組中的每個電池進行平均充電，若充電電流或充電時間控制不當，有可能加大電池間的差異。因此，要想從根本上減小電池組端電壓的差異，使之符合用電設備的要求，延長電池組的壽命，通常采用人工方法分別對每一只“落后”電池作單獨處理，這樣，既費時又費工，目前簡便可行的方法就是裝接自動電池組電壓平衡儀，保證電池組在整個工作過程中各個電池的端電壓始終保持平衡，從而減少電池組的維護量，延長電池組的工作壽命。

3　系統結構和工作原理

　?。?）系統結構

圖1 系統機構圖

　　“鉛酸蓄電池組電池電壓自動平衡儀”是由充電電路、檢測電路、比較放大電路、控制電路（含溫度補償電路、驅動電路、保護電路、A/D 轉換器等）和實時顯示電路組成（時鐘、存儲打印、數據和圖形傳輸以及實時報警等部分），如圖1所示。

　　充電電路交流輸入，以單片機為管理核心的充電設備。開機時自動檢測電池組中電池的數量，可根據接入電池的數量自動完成最高充電電壓設置，以“恒流—恒壓—浮充”三段式充電法對電池進行充電。三段式充電設計可避免因為沒有及時關閉充電機而導致電池的過充電或欠充電。檢測電路實時監(jiān)測電池組的容量和各個單體電池的端電壓等技術參數，通過顯示電路顯示并傳輸給控制電路。如果單體電池端電壓出現不平衡，檢測電路得到的電壓與基準電壓經誤差放大電路放大后，將該信號傳輸給控制電路，對落后單體電池進行補充充電；而對高于浮充電壓的單體電池進行泄放電處理。

　?。?）工作原理
　
　　“鉛酸蓄電池組電池電壓自動平衡儀”是一臺自動化標準較高的電池組測量維護設備。工作時，它以設定的浮充電壓和浮充電流對電池組充電，當巡檢到電池組中有落后電池時，就會及時給予補充均衡。如果某個電池的電壓落后太多，則由內置的充電電路（小充電機）對落后電池作浮充之外的單獨充電，此時該只電池中所流過的電流是：I=I浮+I充。而電池組中總的浮充電流不變，仍然保持設定值；在高于浮充電壓的電池中，啟動放電電路，此時該只電池中所流過的電流是由兩部分組成:I總=I分+I池，總電流是由通過分流器上的電流和通過電池極板的電流。我們將電池的分流電壓的起點設定在2.25V，分流終止電壓設定在2.30V。當電池端電壓在2.25V至2.30V之間，平衡器都會使高于2.25V以上的電量旁路，使電池的端電壓保持在2.25V。因此，該設備能起到分流和補充充電作用，不但能有效地避免正常電池因過充電而受損，同時又能夠主動地對“落后”電池自動適量地補充充電，使落后電池的端電壓達到正常值，因而可以使全組電池的端電壓始終保持一致。

　　信號的搜集和信號的處理都是由單片機來完成的。由模擬信號采集器將到的電池電壓信號經過A/D轉換后，送到單片機中進行識別和量化處理，將處理后的信號送至執(zhí)行電路去執(zhí)行：平衡電池端電壓；控制小充電機的接通與斷開；顯示電池的容量；實時儲存和打印電池的各項參數等。

　?。?） 溫度補償
　　
　　當環(huán)境溫度發(fā)生變化時，電池的輸出容量和端電壓都會產生相應的變化,這時的電池浮充電壓和充電電流均需要作相應的調整，否則會造成電池損害，并影響到電池的使用壽命。本設備設計了隨溫度變化而自動調整浮充電壓的電路?？刂齐娐房梢允闺姵亟M在浮充電壓隨外界環(huán)境溫度的變化而自動作相應的調整，用以補償因環(huán)境溫度變化而導致的電池端電壓的變化。

4　主控程序

　　軟件采用模塊化設計。主程序由初始化程序、鍵掃描和分析程序，開機后，由鍵輸入控制工作狀態(tài)，巡檢各個電池的端電壓并顯示。分別調用相應的子程序，如圖2所示。

5　主要技術指標

　　平衡電壓：2.25V±0.01V
　　泄放電流：0.3 A～5A
　　充電電流：3A～6A
　　總電壓測量精度：0.001V
　　通訊接口： RS232
　　整機重量：約3.5Kg
　　體 積：　 88×265×480mm

6　結論

　　“鉛酸蓄電池組電池電壓自動平衡儀”是一種綜合測量控制儀器，它不僅具有對電池端電壓的自動平衡和控制功能，同時又具有主動補充充電和泄放電獨特等功能，主要面向部隊、移動通信、電力和電信等用戶，特別適用于高山及邊遠地點的基站，海島等無人值守基站的電池自動維護和保養(yǎng)。


參考文獻：

[1] 王國華. 便攜電子設備電源管理技術[M].西安電子科技出版社，2004,127-129.

[2] 貴長清. 通信用密封鉛酸蓄電池組在線診斷技術[J].國際電源商情,2004.10.

[3] 侯祖清. 基于8089單片機的智能流量巡檢儀[J].電氣時代.2000,6.