本文提出了一種無損均充電路。均充模塊啟動后，過充的電池會將多余的電量轉移到沒有充滿的電池中，實現動態均衡。其效率高損失少，所有的電池電壓都由均充模塊全程監控。

　　1 電路設計

　　N節電池串聯組成的電池組，主回路電流是Ich。各串聯電池都接有一個均衡旁路，如圖3所示。圖中BTi是單體電池，Si是MOSFET，電感Li是儲能元件。Si、Li、Di構成一個分流模塊Mi。

　　在一個充電周期中，電路工作過程分為兩個階段：電壓檢測階段(時間?

　　Tv)和均充階段(時間為Tc)。在電壓檢測階段，均衡旁路電路不工作，主電源 對電池組充電，同時檢測電池組中的單體電池電壓，并根據控制算法計算MOSFET的占空比。在均充階段，旁路中被觸發的MOSFET由計算所得的占空比來 控制開關狀態，對相應的電池進行均充處理。在這個階段中，流經各單體電池的電流是不斷變化的，也是各不相同的。

　　除去連接在B1兩端的M1，所有的旁路分流模塊組成都是一樣的。在均充旁路中，由于二極管Di的單向導通作用，所有的分流模塊都會將多余的電量從相應的電池轉移到上游電池中，而M1則把多余的電量轉移到下游的電池中。

　　2 開關管占空比的計算

　　充電時電池的荷電狀態SOC(state of charge)可由下面的經驗公式來得出，其中V是電池的端電壓。

　　SOC=-0.24V 2+7.218V- 53.088 (1)

　　SOC是電池當前容量與額定容量之比，SOC=Q/Q TOTAL×100%。

　　通過把電壓檢測階段末期檢測到的電池電壓轉化為荷電狀態，而單節電池的儲存容量Qest,n與SOC存在相應的關系，Qest,n可以被估算出來。

　　在充電平衡階段，從主充器充入單節電池的電量是IchTcep。其中，Tcep為一個充電周期內均充階段的時間。為使在均充階段達到單節電池儲存容量的平衡，均充的目標Q tar應為：

　　(2)

　　但是，在被激發的旁路和其他電池之間的充電轉換是相互影響的，單體電池經旁路輸出給其他電池的電流和接收的充電電流很難用一個簡單的公式進行計算。不過，Gauss-Seidel迭代法可以解決這個問題。

　　期望的儲存容量Q n可以用下式來計算：

　　(3)

　　其中，I dis,n是一個開關周期中的平均電流，I o^,n是從其他被觸發的旁路中獲得的電流。Q tar是理想狀態下電池經充電周期Ts達到均充時的電荷量，Q n是期望的儲存容量，取Q tar=Q n，即(2)、(3)相等。通過相應換算，得到占空比 的計算公式：

　　(4)

　　這里的函數f N只是一個示意函數，表示D n和D 2...D 3存在一定關系。

　　3 實驗設計

　　為了驗證本文的均衡充電方法，以兩節單體電池組成的蓄電池組為例進行實驗和分析，主要驗證旁路中開關管對電壓的調節作用。

　　由于沒有現成的蓄電池，需用替代電池來進行實驗。充電過程中蓄電池內阻和端電壓都在不斷變化，并且充電過程中電池蓄積能量，根據對蓄電池的物理性質的分析和相關資料，采用“電阻串聯電容”來替代單體蓄電池來進行實驗。

　　本實驗中，選用兩個小功率NPN管C1815(Q1、Q2)來替代開關管，用89C51芯片的P1.0和P1.1腳控制Q1、Q2的開關。同時，蓄 電池的端電壓V1和V2由差動放大電路采集，經A/D轉換送到CPU。在整個過程中，電壓每20ms采樣一次，每隔1s上傳上位機并保存并自動繪制曲線。

　　實驗結果與分析

　　通過實驗結果可以看出，充電開始時電壓相差為1.98V ，在經過充電140s后，電壓相差值約為0.2V;在均充過程中，電池電壓有趨向一致的趨勢。均充方法能根據單體電池的差異，縮短蓄電池組之間的不一致性，使蓄電池組的整體性能得到提高，壽命延長。

　　同時，從實驗結果來看，該方法也有效果不理想的地方，那就是兩節電池端電壓差值較大。究其原因，一是本實驗中用“電阻串聯電容”來替代蓄電池，這和 真實的蓄電池存在差別，無法達到理想的模擬狀態;二是本實驗主要是檢驗開關管的開關對電壓的均衡影響，在很多環節上進行了簡化處理，忽略了一些次要因素， 而這些因素也對實驗結果有一定的影響。