用气体传感器控制蓄电池充电的方法技术

本发明专利技术用气体传感器控制蓄电池充电的方法，提供了一种适用于蓄电池的新的充电控制方法：通过气体传感器或外置压力传感器检测电池内部气体中的氧含量或（和）气体压力，再用微分方法计算氧含量或（和）气体压力的变化率，必要时可结合电流、电压、时间等其他参数，判定电池的荷电状态，进而确定电池（组）的充电策略。本发明专利技术控制充电的方法适用于镍基水系电池，控制充电的灵敏度高，尤其当充电倍率高或充电功率高时，比依据温度或电压的传统控制方法更加有效。

【技术实现步骤摘要】
用气体传感器控制蓄电池充电的方法
本专利技术用气体传感器控制蓄电池充电的方法，涉及电池
，是蓄电池充电的控制方法和装置。
技术介绍
电动车(EV)及混合电动车(HEV)用蓄电池的发展使得人们对高能量及高功率电池体系更加关注，对于蓄电池充电过程控制的要求也越来越高，充电技术成了电池技术的一部分，特别是电池在安全性、可靠性以及长寿命循环性能方面，不可或缺的一部分。对于电动车(EV)及混合电动车(HEV)用电池，高效和快速的充电能力以及荷电态(SOC)的判断是亟待解决的一个重要问题。传统的蓄电池充电控制技术一般基于峰值电压、负电压或温度变化。但这几种技术都有一个严重的缺点，就是会不可避免地造成电池(组)的过充电。比如：用温度变化率控制充电终止，当温度发生明显变化时，电池内部早已充满了大量气体，这不仅浪费了能量，而且会缩短电池(组)的寿命。另外，环境温度变化也会干扰利用温度变化监控充电的过程。以镍氢(MH-Ni)电池为例，在充放电过程中，正、负极正常发生的电化学反应分别为：正极：负极：式中M反MH分别为贮氢合金和相应的金属氢化物。电池总反应式可表示为：-->当镍氢(MH-Ni)电池充电后期和过充电时，正负极上有下列的反应发生：正极：                        (1-4)负极：                        (1-5)由此可见，这时有氧气的析出和消耗，随之电池内有氧含量和气体压力的变化。这是本专利技术中充电控制方法的基础。在目前所有的充电控制技术中，以镍镉(Cd-Ni)和镍氢(MH-Ni)蓄电池为例，最广泛使用的是基于温度变化率和峰值电压的充电。其他水系电池如：铅酸电池和镍镉(Cd-Ni)电池在充电及过充电过程中也存在氧气的析出和消耗，因此也可采用本方法进行充电控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是一种基于电池内部气体状态来控制充电的新方法。为达到上述目的，本专利技术的技术解决方案是提供一种用气体传感器控制蓄电池充电的方法，先将电池和充电设备之间以常规方法连接起来，再将气体传感器的显示器、单片机和充电设备之间以常规方法连接起来，电池与单片机之间还包括监测温度等参数设备的常规连接；其电池有一空腔，以密封方式与气体传感器检测腔相通，或直接在电池外侧固接外置压力传感器，电池利用气体传感器检测电池内部气体的状态，或结合电池充电过程中所检测到和确定的其他参数，以单片机推算出电池或电池组的荷电状态，再通过充电设备控制器来控制电池充电。所述的方法，其所述电池内部气体的状态，包含用电池的内部氧气含量以及内部气体压力的变化或两者的变化率来控制其充电过程，推算出电池或电池组的荷电状态；还包含充放电时间、操作温度，充放电电压或者电压的变化、电流的变化，推算出电池或电池组的荷电状态。所述的方法，其可应用于电池反应中涉及氧气产生副反应的所有水-->系电解质的电池中。所述的方法，其所述电池有一空腔，是在处于放电态的圆柱形电池底部钻开一直径为≤1mm、深度为≤0.5mm的圆孔后，所形成的空腔，或是方型电池内部安全阀下方已有的空腔。所述的方法，其所述电池有一空腔，以密封方式与气体传感器检测腔相通，其密封方式为：在处于放电态的电池底部钻开一直径为≤1mm、深度为≤0.5mm的圆孔后，将夹具的两块板水平置于电池的两端，夹具的两块板上各有一孔，上板的孔径与气体传感器接口的外径相适配，该孔覆盖于圆孔上，在上板与电池底端之间设有O形密封圈；下板的孔径可容置正极引线，在下板与电池顶端之间设有弹性垫片，弹性垫片中心固接有正极引线，正极引线由下板的孔中伸出；以复数根螺栓将夹具的两块板与电池固紧，再将气体传感器接口通过固紧装置与夹具密封，这样，就用夹具通过弹性垫片及O形密封圈将电池的气腔与气体传感器密封连接，使气腔与气体传感器检测腔相通。所述的方法，其所述电池有一空腔，以密封方式与气体传感器检测腔相通，其密封方式为：气体传感器在方型电池安全阀的位置上通过密封圈和固紧装置与电池密封，或在安全阀以外的位置上打圆形口，使气体传感器在圆形口处通过密封圈和固紧装置与电池密封。所述的方法，其所述电池没有空腔，直接在电池外侧固接外置压力传感器，采用外置式压力传感器时，只需将电池形变量较大的部位与外置式压力传感器相接即可，其连接方式为：将外置式压力传感器压力应变片与圆柱电池的底部或是方形电池的侧面用专用胶粘的方式固接。所述的方法，其所述气体传感器，为气体压力或氧含量传感器。所述的方法，其所述固紧装置，为相配的阴阳螺纹。所述的方法，其所述电池或电池组的荷电状态，对混合电动车用电池或电池组的荷电状态，在20％荷电状态时充电，在80％荷电状态时放电；以QNY6.5电池为例，在7C电流充电时，当电池内部压力达到1.2MPa或-->内部压力变化率达到1.0MPa/s，该电池的荷电状态达到了80％时，立即停止充电。所述的方法，其所述电池内部气体的状态，圆柱型QNY3电池内部压力达到0.3MPa或是内部压力变化率≥0.04MPa/s时，终止充电；方型镍氢电池QNF14在5A充电过程中，当氧含量达到4mg/l或是氧含量变化率达到0.25mg/l.s时，立即终止充电。本专利技术方法能够直接监控气体的析出，在电池这一密闭体系内，随着气体的析出，气体含量增加，并引起电池内气体压力的升高。根据电化学知识，当有氧气析出这一副反应发生时，正极的充电效率开始降低，到氧气大量析出时，正极的充电效率显著下降。电池内的气体压力变化与氧含量变化同步。如果能在氧气大量析出前及时终止充电，不仅可提高能量利用率，还避免了电池(组)的过度充电，有助于降低体系的温度、延长电池(组)寿命。一般情况下，电池(组)只有在荷电态(SOC)接近100％时才会析出大量的气体，因而氧气的析出速率可以反映出电池的荷电状态(SOC)。根据电池内的氧含量或气体压力变化能够及时地获知电池的荷电状态(SOC)，进而采取相应的充电策略。本专利技术最大的一个优点是使电池充电控制比传统的电压或温度控制更灵敏更可靠。本专利技术包括了利用气体传感器检测电池内部气体状态的方法，以及对电池内部气体压力曲线及其变化的解释，把它们与电池充电过程中所检测到和确定的其他参数结合起来，作为基本的控制依据。本专利技术也包含用电池内部的气体压力以及内部压力的变化来控制充电过程。电池内部气体的变化跟时间、温度以及电压变化、电流变化、荷电状态等多种因素有关。而这些参数也可以在充电过程中被监控和确定。本专利技术还包含控制电池充电的方法，这个方法可以通过内部气体控制减少热量的产生，或温度的变化，从而提高充电效率，保证了操作过程的安全性和功率转换的可靠性。本专利技术还包含控制电池充电的方法，这个方法有利于电池设计，使之能够承受更高的内部气体，展现更好的机械极限，在不影响或降低电池(组)性能影响的情况下承受内部气体的变化。充电量是由电池壳的-->机械完整性决定的，内部气体极限越高，充电的恢复性越好，可获得的容量越高。本专利技术涵盖了应用于水系电解质的电池中的充电控制方法。其中涉及了电池反应或氧气产生等副反应。如果在电池(组)中没有内部气体变化的正确控制，电池不可能有效的工作。内部气体控制提供了直接涉及电化学反应的监控方法，因而，可以尽可能降低产生气体和引起电池性能恶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用气体传感器控制蓄电池充电的方法，先将电池和充电设备之间以常规方法连接起来，再将气体传感器的显示器、单片机和充电设备之间以常规方法连接起来，电池与单片机之间还包括监测温度等参数设备的常规连接；其特征在于，电池有一空腔，以密封方式与气体传感器检测腔相通，或直接在电池外侧固接外置压力传感器，利用气体传感器检测电池内部气体的状态，或结合电池充电过程中所检测到和确定的其他参数，以单片机推算出电池或电池组的荷电状态，再通过充电设备控制器来控制电池充电。

【技术特征摘要】
1.一种用气体传感器控制蓄电池充电的方法，先将电池和充电设备之间以常规方法连接起来，再将气体传感器的显示器、单片机和充电设备之间以常规方法连接起来，电池与单片机之间还包括监测温度等参数设备的常规连接；其特征在于，电池有一空腔，以密封方式与气体传感器检测腔相通，或直接在电池外侧固接外置压力传感器，利用气体传感器检测电池内部气体的状态，或结合电池充电过程中所检测到和确定的其他参数，以单片机推算出电池或电池组的荷电状态，再通过充电设备控制器来控制电池充电。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池内部气体的状态，包含用电池的内部氧气含量以及内部气体压力的变化或两者的变化率来控制其充电过程，推算出电池或电池组的荷电状态；还包含充放电时间、操作温度，充放电电压或者电压的变化、电流的变化，推算出电池或电池组的荷电状态。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，可应用于电池反应中涉及氧气产生副反应的所有水系电解质的电池中。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电池有一空腔，是在处于放电态的圆柱形电池底部钻开一直径为≤1mm、深度为≤0.5mm的圆孔后，所形成的空腔，或是方型电池内部安全阀下方已有的空腔。5.如权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述电池有一空腔，以密封方式与气体传感器检测腔相通，其密封方式为：在处于放电态的电池底部钻开一直径为≤1mm、深度为≤0.5mm的圆孔后，将夹具的两块板水平置于电池的两端，夹具的两块板上各有一孔，上板的孔径与气体传感器接口的外径相适配，该孔覆盖于圆孔上，在上板与电池底端之间设有O形密封圈；下板的孔径可容置正极引线，在下板与电池顶端之间设有弹性垫片，弹性垫片中心固接有...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏保佳，娄豫晥，徐乃欣，
申请(专利权)人：上海万宏动力能源有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]