·开发与创新·
0引言
随着电动车和便携式电子产品的快速发展，对于电池技术的研究受到越来越多学者的关注和重视，电池技术也在近年来不断地的更新换代。锂离子电池由于其能量密度高、自放电小、无记忆效应、使用寿命长及单节电池电压高等许多优点，得到了广泛的应用，迅速成为市场上的主流电池产品。 对于较大功率的电器而言，单节电池的容量是有限的，不能保证用电器长时间工作，而串联锂离子电池组可以提供较高的电压、较大的电池容量。但是在实际使用时，锂离子电池组各单体电池之间存在差异性，在电池组充放电过程中，这种差异性会使个别单体电池由于过充或者过放而损坏，从而导致整个电池组损坏，降低电池组的使用寿命，因此在充放电时对锂电池组中的单 体电池进行能量均衡是十分必重要的[1]。
为解决串联锂离子电池组在充放电时的均衡问题，提高电池组的性能和使用寿命，本文综合前人的研究成果[2]，提出了一种改进型的串联锂离子电池组充放电均衡管理方案。该方案直接采用DC/DC 开关电源，在充放电过程中根据检测到的各单体电池的状态（电压值、电流值等），运用智能化算法判断出需要均衡的单节电池，对该节电池进行额外的均衡充放电，实现电池间能量的转移。
1整体设计思路
图1为串联锂离子电池组均衡管理整体设计框图。（1）中央控制器采用TMS320F2812，满足系统接收、处理大量数据，并进行相关算法运算和对实时性的要求。
（2）电池监测：采用精工S-8254A 芯片，可测量4个串联锂离子电池电压，电流传感器采用霍尔传感器
CSCA0075A000-U12J-001，电压传感器采用霍尔电压传
感器CLSM-10MA ，ATmega32为MCU 构成监测模块。设计出电池组过压、欠压、过流、短路、过温、低温保护电路[3]。 修稿日期：2012－12－18
基金项目：陕西国防学院2012年立项课题（Gfy12-10）作者简介：马艳（1984-），女，陕西长安人，本科，讲师。研究方向：通信工程。
摘要：锂离子电池组在充放电时，对电池组中的单体电池进行能量均衡管理，能够延长电池组的使用寿
命，论文提出了一种改进型的串联锂离子电池组充放电均衡管理方案，采用改进型Flyback 变换器对串联锂离子电池组进行均衡管理，并通过实验手段验证了所设计的均衡电路能够达到预期的均衡效果。
关键词：串联锂离子电池；均衡管理；改进Flyback 变换器中图分类号：TN86
文献标识码：A
doi:10.3969/j.issn.1002-6673.2013.01.013
文章编号：1002－6673（2013）01－033－02
串联锂离子电池组均衡管理方法研究
马艳，韩佳，吕栋腾
（陕西国防工业职业技术学院，陕西西安710300）
机电产品开发与创新
Development ＆Innovation of M achinery ＆E lectrical P roducts
Vol．26,No．1Jan ．,2013第26卷第1期2013年1月
Study on Equalization Circuits of Series Connected Lithium-ion Batteries
MA Yan ，HAN Jia ，LV Dong-Teng
（Shaanxi Institute of Technology,Xi'an Shaanxi 710300，China ）
Abstract:Charging and discharging equilibrium management can enhance the service life of series connected lithium-ion batteries.The re -search puts forward an improved scheme of charging and discharging equilibrium management of series connected lithium-ion batteries.A modified Flyback converter put to use to series connected lithium-ion batteries for balanced management.In addition,through the experi -mental method the design of the equalization circuit is proved that can achieve the desired equilibrium effect.Key words:series connected lithium-ion batteries ；equilibrium management ；modified flyback converter
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（3）充电控制：运用脉冲恒流恒压充电方式，保证锂电池的完美充电曲线。配合ATmega32控制芯片及程序对主、备电源组进行充电，遵守低压电池优先充电原则。
（4）放电控制：设计的放电回路，配合其他模块，避免电池过放电的发生。
（5）均衡管理：直接采用DC/DC开关电源，在充放电过程中根据检测到的各单体电池的状态（电压值、电流值等），运用智能化算法判断出需要均衡的单节电池，对该节电池进行额外的均衡充放电，实现电池间能量的转移[4]。
2均衡管理
本文采用改进型的Flyback变换器[5]对串联电池组进行均衡管理。Flyback变换器是一种单管反激式直流变换器，其变压器实际上是个耦合电感，其开关管为PWM工作[6]。
如图2所示为四节串联锂离子电池组的均衡电路
图，每节电池两端都并
联在一个Flyback变换
器的变压器的原边上，
变压器的副边连在一起
再接到整个电池组的正
极上。Flyback变换器构
成的均衡电路有三种工
作状态：
（1）充电电路给电池
组充电时，反激变换器
中的开关管断开，二极
管截至，变压器的原副
边电路中没有电流，原
副边线圈中都不储存能
量。
（2）当充电过程中有一个单体电池出现过充现象，则其所在的反激变换器的开关管闭合，电池通过原
边电路放电，原边电流增加，变压器的副边线圈此时存储能量，而副边的二极管处于截至工作状态，副边电路中没有电流。
（3）当电池放电达到电池的额定容量时，开关管截至，二极管导通，由于变压器的副边都是连接在一起再接到整个电池组的正极的，所以存储在变压器副边线圈中的能量传递给整个电池组，所有电池以相同的电流充电，得到相同的能量，则过充电池释放的能量在电池组中是均匀分配的。
3均衡效果
本文通过实验验证所设计的均衡电路已达到预先的均衡效果。实验使用的电池组是4节20Ah锂离子电池
串联的电池组。表1列出了上述均衡电路对四节锂离子电池的均衡结果。其中初始和结束分别代表均衡前后的各项指标。V B1~V B4是电池组中每节单体电池的端电压，蒡V B、V avg和△V Bmax分别代表电池组中所有电池的电压总和、平均电压和电池间的最大电压差。
4结束语
根据上述均衡结果可以看出，设计的均衡电路使每节单体电池的最大电压差△V Bmax由0.114下降到0.012，满足最初对于均衡电路的设计要求。其中蒡V B在初始和结束时有略微的下降，因为均衡电路各元器件在能量转移时有能量损失，此损失不影响最终的实验结论。
参考文献：
[1]2007年中国动力锂离子电池市场研究报告[R].中国社会经济调
查研究中心，2007.
[2]蒋新华，冯毅，解晶莹.锂离子蓄电池保护电路发展现状及趋势[J].
电源技术，2004，9.
[3]周亚楠.锂电池管理系统的研究与实现[D].山东：中国海洋大学，
2008.
[4]陈晶晶.串联锂离子电池组均衡电路的研究[D].浙江：浙江大学，2008.
[5]严仰光.双向直流变换器[M].江苏：江苏科学技术出版社,2004.
[6]王意军，李朵.实用串联锂离子电池组均衡电路的比较研究[J].电
源技术应用，2010，8.
图1串联锂离子电池组均衡管理整体设计框图
图2串联锂离子电池组
的均衡电路
表1均衡电路对四节串联锂锂离子电池均衡结果V B1
（v）
V B2
（v）
V B3
（v）
V B4
（v）
蒡V B V avg△V Bmax
均衡
时间
（min）
初始 3.832 3.834 3.834 3.94615.446 3.8620.114
280min 结束 3.843 3.847 4.851 3.85515.396 3.8490.012
工频交流充电控制
（1）（4）
用户
+-+-+-
检
测
芯
片
检
测
芯
片
检
测
芯
片
放电控制
电池
状态
控制
信号
MCU MCU MCU
DC/DC开关电源
CAN总线
中央控制器
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