使第一平稳段充足电的多平稳段蓄电池充电方法和系统技术方案

一种蓄电池充电方法和系统，该蓄电池充电方法（１００）包括：以第一电压对至少一个蓄电池充电第一持续时间；确定在第一持续时间末端蓄电池的充电状态；如果在第一持续时间末端蓄电池基本上充足电了，则以第一电压对该蓄电池充电第二持续时间，并以第二电压对该蓄电池充电第三持续时间。该蓄电池充电系统（２１０）包括：一个电流源；一个截止电压控制器与定时器（２１６）；至少一个蓄电池；以及各自的电压与电流调节器，该电压与电流调节器调节作用于各个电压与电流调节器中每一个的电压。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
使第一平稳段充足电的多平稳段蓄电池充电方法和系统
本专利技术一般涉及蓄电池充电方法和系统，尤其是涉及用于防止蓄电池过量充电的充电方法和系统。交叉引用相关申请本专利技术与两个共同未决的申请相关，其中一个专利申请题为“蓄电池充电系统(Battery Charging System)”，另一个专利申请题为“蓄电池充电方法和系统(Battery Charging Method and System)”，两者的专利技术人都是Michael Cheiky和Te-Chien Felix Yang，申请的编号待定，提交日期都为2001年12月14日，在此引入该两个申请作为参考，并且不认为该两个申请是相对本专利技术的现有技术。
技术介绍
用于存储电能的可再充电的蓄电池，以及用于在蓄电池耗尽之后对蓄电池充电并使蓄电池恢复到被充电的状态的蓄电池充电器，已经是已知和常见的。一般，在蓄电池部分地或完全耗尽之后，通过把一个电压作用于蓄电池、施加电流通过蓄电池以及由此恢复电荷，来实现通过输送能量给蓄电池并逆转蓄电池内的化学过程对蓄电池充电。一种普通的充电方法是把一个大于要充电的蓄电池的电池电压的电压源作用于该蓄电池，并且当蓄电池停止接收额外的电流时停止充电。这种充电方法没有考虑在充电开始时蓄电池的电荷-->状态，并且几乎总是对蓄电池产生有害影响，降低蓄电池性能和减少蓄电池寿命。需要一种使过量充电减到最小以及由此提高蓄电池的性能和寿命的蓄电池充电方法。该蓄电池充电方法应该能够同时对一个或多个蓄电池充电，能够评价蓄电池的电荷状态，即，在充电周期初期蓄电池是基本上充足电了还是基本上完全耗尽了，以及能够由此根据这种电荷状态对蓄电池充电。蓄电池一般包括两个或多个原电池(galvanic cells)。由不同材料制成的两个电极相互电子绝缘，但是位于同一离子导电电解质中。蓄电池过量充电可以导致复杂的和不希望的副反应，尤其是当它们属于电解质分解的时候。后者可以导致气体产生，气体产生又导致蓄电池内阻抗的增大。带有这种增大的蓄电池内阻抗的蓄电池可迅速偏离最佳工作状态。此外，过量充电促进了树枝状晶体的生长，这种树枝状晶体的生长又导致蓄电池短路。另一方面，当前对蓄电池的需求日益要求更大的功率密度，从而在任何充电方案中还应该避免充电不足。银基(silver-based)蓄电池一般具有高能量密度，即，高能量-重量与体积比，一种以较高耗用电流输送能量的能力，以及高可靠性，使其成为供下一代技术之用的杰出候选者，也满足了当今能量存储与传输要求。因此，需要一种使过量充电的有害影响降到最小的蓄电池充电方法和系统。银基蓄电池充电的特征是有两个平稳段，反映了银的两个活性氧化状态。当银被转换成一价的氧化银(Ag2O)时第一平稳段出现，而第二平稳段反映了二价的氧化银(AgO)的形成。将近充电的末端，一般在最大容量的大约90％处，平稳段转变成陡升的曲线并且蓄电池开始被过量充电。因此，需要一种限制最大充电电压与充电电流的蓄电池充电方法和系统。该蓄电池充电方法和系统应该对蓄-->电池递减充电，以免过快地传送太多的能量到蓄电池中，以及由此防止对蓄电池的损坏。损坏蓄电池的放气应该被降到最小。随着更高级和更昂贵的蓄电池系统，例如银基蓄电池和其它高阻抗蓄电池的出现，出现了对更先进的、可防止过量充电和蓄电池损坏的充电方法和系统的需求。尤其是对于具有高能量密度并要求长期可靠性的银基蓄电池和其它高阻抗蓄电池，这种需求变得更为重要。这种蓄电池可以用在航天器和其它应用中，在很长时间内不需要替换或只需要最小限度的替换。因此，需要这样的设备和方法，该设备和方法便于把这种蓄电池充电到最大容量，同时使有害影响降到最小或基本上没有有害影响，并且使这种蓄电池的寿命达到最长。该充电方法和系统应该是廉价、容易制造和使用、小而轻、耐用及长寿命的，并且能够被用在航空航天及防卫应用中。迄今已有不同的蓄电池充电方法为人所知。然而，在这些蓄电池充电方法和系统中没有一种满足上述这些需求。先有充电方法已公开了不同的利用并联调节器的充电方法和系统。美国专利5,821,733号(Turnbull)和5,747,964(Turnbull)号公开了可再充电蓄电池，以及用于包括多个并联调节器的混联原电池的蓄电池充电系统，该多个并联调节器被匹配与每个原电池并联。在充电期间每个原电池的电压被监测。当某一原电池充足电了，多余的充电电流就被分流绕过该充足电的原电池，使剩余的原电池能够继续充电。Turnbull显示了其并联调节器的不同实施例。在Turnbull的一个实施例中，Turnbull仅仅显示了每一个都与一个原电池并联的并联调节器。在另一个实施例中，Turnbull使用并联调节器和场效应-->晶体管，场效应晶体管的漏极端子和源极端子并联跨接每个原电池。每个并联调节器都由一个包括差动放大器的电压检测电路控制，该差动放大器检测原电池的实际电池电压并将其与一个位于充电电路中别处的参考电压比较。在又一个实施例中，当蓄电池充电器没有在被使用时，Turnbull使用多个隔离开关把原电池从充电电路中断开，以防止蓄电池电路将原电池放电。美国专利5,982,144号(Johnson等人)公开了一种带有并联电路的、可再充电的电源过量充电保护电路，当一系列原电池中的一个电池或原电池被充电到最大电荷容量时，该并联电路使电流分流绕过该电池或原电池。并联电路包括跨接每个原电池的并联调节器。美国专利6,025,696号(Lenhart等人)公开了一种具有一个传感器和一个控制器的原电池旁路模块，该传感器用于检测原电池的工作状况，例如电压或温度，该控制器跨接到锂离子蓄电池的原电池，然后该控制器可以被操作以转换到导通模式并且由此使电流分流绕过原电池。控制器包括一个限压运算放大器以及一个晶体管，该限压运算放大器可操作用于在输入超过预定值时发送一个电压过量输出信号，该晶体管具有一个允许旁路电流通过的预定的栅压，并响应来自该限压运算放大器的电压过量输出信号，以使电流分流绕过原电池。美国专利4,719,401号(Altmejd)公开了齐纳二极管，每个齐纳二极管都并联跨接一系列串联的原电池中的每个原电池。已经公开了不同的利用平稳段和拐点的充电方法和系统。美国专利5,642,031号(Brotto)公开了一种带有充电状态检测的蓄电池再充电系统，该蓄电池再充电系统起初检测要充电的蓄电池是否已经是或几乎是充满电以防止过量充电。首先，通过施加一-->电流脉冲并随后观测该电流脉冲造成的电压衰减特性来对蓄电池进行充电状态测试，最初几乎充足电的蓄电池显示出比没有充足电的蓄电池更大的电压衰减。该初始的充电状态测试的结果用于确定如何最佳地结束蓄电池充电。美国专利4,392,101号(Saar等人)和美国专利4,388,582号(Saar等人)公开了通过分析蓄电池的特性随时间变化的曲线对蓄电池进行快速充电的方法和装置，该曲线表示当蓄电池被充电时蓄电池内存储的化学能的变化。该方法包括分析具体系列事件发生的曲线，优选地包括一个或多个拐点，这些拐点及时的识别快速充电速率应该被中断的点。一旦其它事件发生了，例如按时的极限值、电压或电压斜率、或存储能量级的负变化，附加的分析方法就供充电电流的终止或控制之用。优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对至少一个蓄电池充电的方法，包括以下步骤：以第一电压对所述至少一个蓄电池充电第一持续时间；确定在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池的充电状态；如果在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上充足电了，以所述 第一电压对所述至少一个蓄电池充电第二持续时间，并以第二电压对所述至少一个蓄电池充电第三持续时间；如果在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上完全耗尽了，以所述第一电压对所述至少一个蓄电池充电替换的第二持续时间，并以所述第二电压 对所述至少一个蓄电池充电替换的第三持续时间。

【技术特征摘要】
US 2001-12-14 10/021,8381.一种对至少一个蓄电池充电的方法，包括以下步骤：以第一电压对所述至少一个蓄电池充电第一持续时间；确定在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池的充电状态；如果在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上充足电了，以所述第一电压对所述至少一个蓄电池充电第二持续时间，并以第二电压对所述至少一个蓄电池充电第三持续时间；如果在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上完全耗尽了，以所述第一电压对所述至少一个蓄电池充电替换的第二持续时间，并以所述第二电压对所述至少一个蓄电池充电替换的第三持续时间。2.根据权利要求1所述的方法，其中对所述至少一个蓄电池充电所需的总时间等于所述第一持续时间、所述第二持续时间和所述第三持续时间的总和，或者等于所述第一持续时间、所述替换的第二持续时间和所述替换的第三持续时间的总和。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述的对所述至少一个蓄电池充电所需的总时间基本上等于所述至少一个蓄电池的蓄电池容量除以供给所述至少一个蓄电池的充电电流。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一电压基本上等于在所述至少一个蓄电池的充电曲线的第一平稳段与第二平稳段之间的一个电压。-->5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二电压基本上等于在所述至少一个蓄电池的充电曲线的第二平稳段上或稍高于所述第二平稳段、且在所述充电曲线的陡升曲线之前的一个电压。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一持续时间起始于充电的开始，并且基本上等于一个因数乘以所述至少一个蓄电池的蓄电池容量再除以供给所述至少一个蓄电池的充电电流，所述因数在0.05与0.10之间。7.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上充足电了，所述第二持续时间起始于所述第一持续时间末端并结束于所述第三持续时间的开始，并且基本上等于一个因数乘以所述至少一个蓄电池的蓄电池容量再除以供给所述至少一个蓄电池的充电电流，所述因数在0.55与0.65之间，以及所述第三持续时间基本上等于一个因数乘以所述第二持续时间，所述因数在0.45与0.55之间。8.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上完全耗尽了，所述替换的第二持续时间起始于所述第一持续时间末端并结束于所述替换的第三持续时间的开始，并且基本上等于一个因数乘以所述至少一个蓄电池的蓄电池容量再除以供给所述至少一个蓄电池的充电电流，所述因数在0.70与0.80之间，以及所述替换的第三持续时间基本上等于一个因数乘以所述替换的第二持续时间，所述因数在0.15与0.25之间。-->9.根据权利要求1所述的方法，其中对所述至少一个蓄电池充电的所述方法的所述步骤由一个截止电压控制器与定时器控制。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述截止电压控制器与定时器是一个微控制器。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述的对所述至少一个蓄电池充电的方法的所述步骤由一个微控制器控制。12.一种对至少一个蓄电池充电的方法，包括以下步骤：以第一电压对所述至少一个蓄电池充电第一持续时间；确定在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池的充电状态；如果在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上充足电了，以所述第一电压对所述至少一个蓄电池充电第二持续时间，并以第二电压对所述至少一个蓄电池充电第三持续时间；如果在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上完全耗尽了，以所述第一电压对所述至少一个蓄电池充电替换的第二持续时间，并以所述第二电压对所述至少一个蓄电池充电替换的第三持续时间；其中对所述至少一个蓄电池充电所需的总时间等于所述第一持续时间、所述第二持续时间和所述第三持续时间的总和，或者等于所述第一持续时间、所述替换的第二持续时间和所述替换的第三持续时间的总和；对所述至少一个蓄电池充电所需的所述的总时间基本上等于所述至少一个蓄电池的蓄电池容量除以供给所述至少一个蓄电池的充电电流；所述第一电压基本上等于在所述至少一个蓄电池的充电-->曲线的第一平稳段与第二平稳段之间的一个电压；所述第二电压基本上等于在所述至少一个蓄电池的充电曲线的第二平稳段上或稍高于所述第二平稳段、且在所述充电曲线的陡升曲线之前的一个电压；所述第一持续时间起始于充电的开始，并且基本上等于一个因数乘以所述至少一个蓄电池的蓄电池容量再除以供给所述至少一个蓄电池的充电电流，所述因数在0.05与0.10之间；如果在所述第一持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上充足电了，所述第二持续时间起始于所述第一持续时间的末端，并且基本...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔谢凯，特希恩F扬，
申请(专利权)人：锌矩阵动力公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]