利用雙向平衡延長電池的使用壽命

電力能源的儲存與釋放過程中，良好的儲能系統是十分重要，目前儲存電力能源的媒介大多為電池或者是超級電容。為了對應不同的系統電壓，電池或超級電容大多是以先串聯後並聯的方式模組化，再依照負載需求串並聯多個模組。電源模組經過多次的充電或放電後，模組與模組之間會有電壓不平衡的現象，導致系統的蓄電能力下降，如果不進行管理或維護，最後會造成電源模組的壽命減短。

電源模組在充放電過程中，大多是透過微控制器偵測各個模組的電壓，決定電源模組的充電或放電機制，避免過度充電或者是過度放電。基於安全的需求，隔離型的電源充放電轉換器大致上可以分為三種。一種是充電與放電路徑分開的形式，如圖1，這個的缺點是串聯使用的電源模組，容易造成模組間電壓不平衡。另一種是將充電與放電路徑整合的雙向充放電路，如圖2，這種模式的優點是單一轉換器即可達成充電與放電功能，有利於縮小系統整體空間。

第三種比較特別，是可以在兩個電池模組之間平衡充放電的雙向隔離型轉換器，如圖3。也就是當主電池對輔助電池充電時，可以先定電流充電(Constant Current)，再定電壓(Constant Voltage)充電。反之輔助電池也能透過轉換器對主電池先定電流，再定電壓充電。也就是能量較高的電源模組可以透過轉換器回充至另一個並聯的電池模組，達成電量平衡的目的，避免電源模組過度充電。

雙向平衡充放電路大多應用於雙電源系統或者是儲能系統，圖4即為雙向平衡充放電路應用方塊圖，轉換器透過微控制器得知電池的充電狀態，當偵測到電池模組充飽或者是模組電壓偏高時，即可各別將電池模組改為放電模式，將電能回饋置系統端，或者是幫輔助電池與其他電池模組充電。

新能源應用領域也經常使用雙能源系統，尤其在交通工具的應用最為常見，如混合動力車輛或純電動車輛、船舶等等。圖5即為純電動巴士的電源管理應用方塊圖，如圖中所示，馬達動力來源是由超級電容模組提供。當充電系統為超級電容模組充電時，內部各個模組的充電狀態不盡相同，經過多次充、放電後，在同一串的模組內，某些還有殘存能量，但是某些則已將能量釋放完畢，變成不平衡的狀態，最終將導致超級電容模組損壞。

因此，雙向平衡充放電路在這個情況下就扮演著很重要的腳色。當系統已為整體的超級電容模組完成快速充電，雙向平衡充放電路可以將電壓較低的模組進行充電。也可以讓電壓較高的模組將電能回饋到輔助電源系統，避免能量浪費，達到整體超級電容內部各個模組的平衡，延長使用壽命。

太陽能或風力發電的能源儲存系統，在電力系統離峰用電時，將生產的電力透過電池模組儲存電能。當電力系統尖峰用電時，再將儲存的電能經由變頻器傳送至電力系統網路。圖6即為儲能系統電源管理的示意圖，透過雙向平衡充放電路，過度充電的模組可以將能量釋放到輔助系統，達到能量回收的效果。未充飽的模組可以透過輔助系統進行充電，避免各個電池模組間有過大的電位差異，進而延長電池模組的整體壽命。

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