铅酸蓄电池组电压自动平衡仪

1　引言

铅酸蓄电池被广泛用于邮电、铁路、电力以及其它通讯部门。它具有使用方便、性能稳定、维护量少等优点，受到用户欢迎。但在使用中，铅酸蓄电池组主要是作后备电源使用，且大多数时间处于浮充电状态。在此状态下，蓄电池组自放电发生的能量损失在浮充电过程中得到补偿；当直流供电设备发生故障时，由蓄电池对负载提供电能，保证负载的正常工作。但是电池组在浮充工作时，单体电池的端电压由于种种原因会出现不平衡现象，如果得不到及时处理将直接影响整组蓄电池的寿命。

2　单体电池端电压不平衡分析

电池组在浮充工作时，充电设备对蓄电池组始终给出一个特定的浮充电压值和电流值，在长期的浮充电过程中，由于电池热力学因素（电解液浓度、温度、活性物质的状态等）和动力学因素（电流密度、电池结构、极板成分等）的影响，蓄电池组中各个单块电池的浮充电压必然出现高低不同，也是各单块电池工作状况的集中反映。端电压已经很高的电池有可能已充足了电，如果继续充电将大部分变成热量而损失掉，结果导致该电池失水，甚至热失控而损坏；而端电压比较低的电池，正常的浮充电流已经无法满足其需要，须补充大电流才有可能赶上整组电池浮充电压的平均值。而“均充充电”是无法使端电压严重不平衡的单体电池得到完全平衡的。“均充充电”时，充电设备是按照恒定的电量对电池组中的每个电池进行平均充电，若充电电流或充电时间控制不当，有可能加大电池间的差异。因此，要想从根本上减小电池组端电压的差异，使之符合用电设备的要求，延长电池组的寿命，通常采用人工方法分别对每一只“落后”电池作单独处理，这样，既费时又费工，目前简便可行的方法就是装接自动电池组电压平衡仪，保证电池组在整个工作过程中各个电池的端电压始终保持平衡，从而减少电池组的维护量，延长电池组的工作寿命。

3　系统结构和工作原理

（1）系统结构
图1 系统机构图
“铅酸蓄电池组电池电压自动平衡仪”是由充电电路、检测电路、比较放大电路、控制电路（含温度补偿电路、驱动电路、保护电路、A/D 转换器等）和实时显示电路组成（时钟、存储打印、数据和图形传输以及实时报警等部分），如图1所示。

充电电路交流输入，以单片机为管理核心的充电设备。开机时自动检测电池组中电池的数量，可根据接入电池的数量自动完成最高充电电压设置，以“恒流—恒压 —浮充”三段式充电法对电池进行充电。三段式充电设计可避免因为没有及时关闭充电机而导致电池的过充电或欠充电。检测电路实时监测电池组的容量和各个单体电池的端电压等技术参数，通过显示电路显示并传输给控制电路。如果单体电池端电压出现不平衡，检测电路得到的电压与基准电压经误差放大电路放大后，将该信号传输给控制电路，对落后单体电池进行补充充电；而对高于浮充电压的单体电池进行泄放电处理。

（2）工作原理

“铅酸蓄电池组电池电压自动平衡仪”是一台自动化标准较高的电池组测量维护设备。工作时，它以设定的浮充电压和浮充电流对电池组充电，当巡检到电池组中有落后电池时，就会及时给予补充均衡。如果某个电池的电压落后太多，则由内置的充电电路（小充电机）对落后电池作浮充之外的单独充电，此时该只电池中所流过的电流是：I=I浮+I充。而电池组中总的浮充电流不变，仍然保持设定值；在高于浮充电压的电池中，启动放电电路，此时该只电池中所流过的电流是由两部分组成:I总=I分+I池，总电流是由通过分流器上的电流和通过电池极板的电流。我们将电池的分流电压的起点设定在2.25V，分流终止电压设定在 2.30V。当电池端电压在2.25V至2.30V之间，平衡器都会使高于2.25V以上的电量旁路，使电池的端电压保持在2.25V。因此，该设备能起到分流和补充充电作用，不但能有效地避免正常电池因过充电而受损，同时又能够主动地对“落后”电池自动适量地补充充电，使落后电池的端电压达到正常值，因而可以使全组电池的端电压始终保持一致。

信号的搜集和信号的处理都是由单片机来完成的。由模拟信号采集器将到的电池电压信号经过A/D转换后，送到单片机中进行识别和量化处理，将处理后的信号送至执行电路去执行：平衡电池端电压；控制小充电机的接通与断开；显示电池的容量；实时储存和打印电池的各项参数等。

（3） 温度补偿

当环境温度发生变化时，电池的输出容量和端电压都会产生相应的变化,这时的电池浮充电压和充电电流均需要作相应的调整，否则会造成电池损害，并影响到电池的使用寿命。本设备设计了随温度变化而自动调整浮充电压的电路。控制电路可以使电池组在浮充电压随外界环境温度的变化而自动作相应的调整，用以补偿因环境温度变化而导致的电池端电压的变化。

4　主控程序

软件采用模块化设计。主程序由初始化程序、键扫描和分析程序，开机后，由键输入控制工作状态，巡检各个电池的端电压并显示。分别调用相应的子程序，如图2所示。

5　主要技术指标

平衡电压：2.25V±0.01V
泄放电流：0.3 A～5A
充电电流：3A～6A
总电压测量精度：0.001V
通讯接口： RS232
整机重量：约3.5Kg
体 积：88×265×480mm

6　结论

“铅酸蓄电池组电池电压自动平衡仪”是一种综合测量控制仪器，它不仅具有对电池端电压的自动平衡和控制功能，同时又具有主动补充充电和泄放电独特等功能，主要面向部队、移动通信、电力和电信等用户，特别适用于高山及边远地点的基站，海岛等无人值守基站的电池自动维护和保养。


参考文献：

[1] 王国华. 便携电子设备电源管理技术[M].西安电子科技出版社，2004,127-129.

[2] 贵长清. 通信用密封铅酸蓄电池组在线诊断技术[J].国际电源商情,2004.10.

[3] 侯祖清. 基于8089单片机的智能流量巡检仪[J].电气时代.2000,6.