充电至第二平稳段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，该蓄电池充电方法包括：以第一电压对至少一个蓄电池充电第一持续时间；以第二电压对蓄电池（２２２）充电第二持续时间；在第二持续时间末端确定蓄电池的充电状态；如果蓄电池在第二持续时间末端没有充足电，总的充电时间将会被评估，以确定是否蓄电池的充电时间已大于或等于第三持续时间，若总的充电时间没有超出或不等于第三持续时间，重复以第一电压值对蓄电池充电第一持续时间，和以第二电压为蓄电池充电第二持续时间的步骤。该蓄电池充电系统（２１１）包括：一个电流源；一个截止电压控制器与定时器；至少一个蓄电池；对应的电压与电流调节器；以及一个系统电压与电流调节器（２１７），用于将电流从所述蓄电池分路出来。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
充电至第二平稳段的多平稳段蓄电池充电方法和系统
本专利技术一般而言涉及一种蓄电池充电方法和系统，特别是涉及一种防止蓄电池充电过量的蓄电池充电方法和系统。交叉引用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、为耗尽的蓄电池充电以及使蓄电池恢复到充足电状态的蓄电池充电器，都已经被公众所熟知并且是常见的。一般，蓄电池在电力全部或部分耗尽后需要充电，通过在蓄电池上施加一个电压，电流通过蓄电池，使能量导入蓄电池并逆转在蓄电池内部产生化学过程，使得电能被恢复。普通的充电方法是在需要充电的蓄电池上作用一电压源，该电压源的电压大于蓄电池电压，当蓄电池停止接受过量电流时，充电停止。上述的-->充电方法没有考虑充电开始时的蓄电池的充电状态，因此总是会对蓄电池产生有害影响，降低了蓄电池的性能和寿命。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，能够评估蓄电池的充电状态，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充电状态对蓄电池充电。蓄电池一般包括两个或多个原电池。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、不希望的副反应，尤其是当蓄电池属于电解质分解的时候。电解质分解可以导致气体产生，气体产生又导致蓄电池内阻抗的增大。具有这种增大的蓄电池内阻抗的蓄电池可以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、以较高耗用电流输送能量的能力以及高可靠性，这些特性使其成为供下一代技术之用的杰出候选者，也满足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。将近充电的末尾，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。应该把损坏蓄电池的放气降到最小。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，需要更先进的、可防止过量充电和蓄电池损坏的充电方法和系统。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，这种需要变得更为重要。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公众所知。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要求。已公开了不同的利用分路调节器的充电方法和系统。美国专利第5,821,733(Turnbull)号和第5,747,964号(Turnbull)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实施例之一中，Turnbull仅仅显示了每一个都与一个原电池并联的并联调节器。在其另一个实施例中，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，以防止在充电器未被使用时蓄电池电路使原电池放电。美国专利第5,982,144号(Johnson等人)公开了一种带有并联电路的、可再充电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。美国专利第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，该控制器与锂离子蓄电池的原电池并联，然后该控制器可以被操作以转换到导通模式以及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，以使电流分路绕过原电池。美国专利第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No.5,642,031(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足电以防止过量充电。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。美国专利第4,392,101号(Saar等人)和美国专利第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设备，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，该曲线优选地包括一个或多个拐点，这些拐点及时的识别了快速充电速率应该被停止的的点。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。优选地通过以下方式分析特性随时间的变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为至少一个蓄电池充电的方法，包括以下步骤：以第一电压为至少一个蓄电池充电第一持续时间；以第二电压为所述至少一个蓄电池充电第二持续时间；在所述第二持续时间末端确定所述至少一个蓄电池的充电状态；如果所述至少一 个蓄电池在所述第二持续时间末端没有基本上充足电，总的充电时间将会被评估，以确定所述至少一个蓄电池的充电时间是否已大于或等于第三持续时间，如果总的充电时间没有超出或不等于所述第三持续时间，重复以第一电压为所述至少一个蓄电池充电所述第一持续时间和以第二电压为所述蓄电池充电所述第二持续时间的步骤；如果在第二持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上充足电了，则停止对所述至少一个蓄电池充电；或如果在第二持续时间末端总的充电时间已超出或等于第三持续时间，则停止对所述至少一个蓄 电池充电。

【技术特征摘要】
US 2001-12-14 10/021,8391.一种为至少一个蓄电池充电的方法，包括以下步骤：以第一电压为至少一个蓄电池充电第一持续时间；以第二电压为所述至少一个蓄电池充电第二持续时间；在所述第二持续时间末端确定所述至少一个蓄电池的充电状态；如果所述至少一个蓄电池在所述第二持续时间末端没有基本上充足电，总的充电时间将会被评估，以确定所述至少一个蓄电池的充电时间是否已大于或等于第三持续时间，如果总的充电时间没有超出或不等于所述第三持续时间，重复以第一电压为所述至少一个蓄电池充电所述第一持续时间和以第二电压为所述蓄电池充电所述第二持续时间的步骤；如果在第二持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上充足电了，则停止对所述至少一个蓄电池充电；或如果在第二持续时间末端总的充电时间已超出或等于第三持续时间，则停止对所述至少一个蓄电池充电。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。3.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基本上位于所述至少一个蓄电池的充电曲线的第二平稳段处的电压。-->4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一电压基本上等于基本上位于所述至少一个蓄电池的充电曲线的第二平稳段处的电压。5.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位于所述至少一个蓄电池的充电曲线的第二平稳段处、且位于所述充电曲线的陡升曲线之前的电压。6.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稍高于所述至少一个蓄电池的充电曲线的第二平稳段的电压。7.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稍高于所述至少一个蓄电池的充电曲线的第二平稳段、且在一陡升曲线的拐点处的电压。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一持续时间基本上等于一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电流，所述因数在0.02和0.06之间。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二持续时间基本上等于一因数乘以所述第一持续时间，所述因数在3×10-5与3×10-3之间。10.一种为至少一个蓄电池充电的方法，包括以下步骤：以第一电压为至少一个蓄电池充电第一持续时间；以第二电压为所述至少一个蓄电池充电第二持续时间；在所述第二持续时间末端确定所述至少一个蓄电池的充电状态；如果所述至少一个蓄电池在所述第二持续时间末端没有基本上充足电，总的充电时间将会被评估，以确定所述至少一-->个蓄电池的充电时间是否已大于或等于第三持续时间，如果所述总的充电时间没有超出或不等于所述第三持续时间，重复以第一电压为所述至少一个蓄电池充电所述第一持续时间和以第二电压为所述蓄电池充电所述第二持续时间的步骤；如果在所述第二持续时间末端所述至少一个蓄电池基本上充满电了，将所述至少一个蓄电池设置到第三电压，此后停止对所述至少一个蓄电池充电；或如果在所述第二持续时间末端总的充电时间已超出或等于所述第三持续时间，将所述至少一个蓄电池设置到第三电压，此后停止对所述至少一个蓄电池充电。11.根据权利要求10所述的方法，其中，第三电压基本上等于所述至少一个蓄电池的充电曲线的第一平稳段和第二平稳段之间的电压。12.根据权利要求1所述的方法，其中，其中所述的对所述至少一个蓄电池充电的方法的步骤由一个截止电压控制器与定时器控制。13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述的截止电压控制器与定时器是微控制器。14.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步骤由微控制器控制。15.一种为至少一个蓄电池充电的方法，包括以下步骤：以第一电压为至少一个蓄电池充电第一持续时间；以第二电压为所述至少一个蓄电池充电第二持续时间；在所述第二持续时间末端确定所述至少一个蓄电池的充电状态；-->如果所述至少一个蓄电池在所述第二持续时间末端没有基本上充满电，总的充电时间将会被评估，以确定所述至少一个蓄电池的充电时间是否已大于或等于第三持续时间，如果总的充电时间没有超出或不等于所述第三持续时间，重复以第一 电压为所述至少一个蓄电池充电所述第一持续时间和以第二电压为蓄电池充电所述第二持续时间的步骤；如果在所述第二持续时间末端蓄电池基本上充足电了，停止对所述至少一个蓄电池充电；或如果在所述第二持续时间末端总的充电时间已超出或等于所述第三持续时间，停止对所述至少一个蓄电池充电；所述第一电压基本上等于基本上在所述至少一个蓄电池的充电曲线的第二平稳段处的电压；所述第二电压基本上等于稍高于所述至少一个蓄电池的充电曲线的所述第二平稳段的电压；所述第一持续时间基本上等于一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电流，所述因数在0.02和0.06之间；所述第二持续时间基本上等于一因数乘以所述第一持续时间，所述因数在3×10-5与3×10-3之间；以及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。16.一种为至少一个蓄电池充电的方法，包括以下步骤：以第一电压为至少一个蓄电池充电第一持续时间；以第二电压为所述至少一个蓄电池充电第二持续时间；在所述第二持续时间末端确定所述至少一个蓄电池的充-->电状态；如果所述至少一个蓄电池在所述第二持续时间末端没有充分地充满电，总的充电时...

【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]