【技术实现步骤摘要】
本专利技术是有关一种可测量电池能量障壁用以充电及电池诊断的方法及其充电装置。其是揭示通过对电池充电状态能量的测定,得到适应电池状态的充电条件,并诊断电池是否正常。本专利技术应用于铅酸电池安全、效率化与饱足充电。
技术介绍
充电电池充电的技术要求具有饱足电量、安全的特性,尤其是铅酸电池充电更要求不影响电池寿命,如T.Ikeya etc.于1997年11月于J.of PowerSources,Vol.69,No.1-2,提出的报告,另如H.Oman于1999年于IEEEAerospace & Electronics Systems Magazine,Vol.14,No.9,提出的报告。由于所有电池内部电子流动时,会经过金属极板、电池液或化学材料等,会形成电池的内电阻。在电池不断充放过程中,若长期使处于高电流过度充电或在充电产生高温下,将造成电池内物质钝化,减低电池蓄电量甚至在极端的情形下有安全的问题产生。为避免此现象,在现有技术上,曾采用固定电流或固定电压,如中国台湾专利公告第548889号提出范例,以及脉冲充电的方法如中国台湾专利公告第588491号提出范例,以避免快速充电过程中影响安全或影响电池寿命。由于充电过程中,为外在充电能量与电池本身能量的对抗过程,这形成二者间的能量对比。通常铅酸电池组是由多个电池单元(Cell,每个单元也可称为每个局,每个单元输出为2.6V,串联则成12v电池)串联构成,但是,每电池单元间其内电阻是不相同的,每电池单元可能因为正常耗损产生钝化或有漏电现象,造成其内电阻产生相当差异的不平均,仅使用固定高电流或固定 ...
【技术保护点】
一种具有电池能量障壁测量功能的自适应式充电方法,用以测量及计算铅酸电池电池能量障壁,并计算控制输出充电能量,其包括下列步骤:当AC电源接上铅酸电池充电器时,判断电源是否超过限额,如果超过限额,则发出警示灯号或警示灯号及蜂鸣声; 检测输出至铅酸电池充电器组件的工作电压是否正常,如果工作电压低于组件电压则关闭对电池充电,并通过警示灯号或警示灯号及蜂鸣器发出警报;在设定的固定取样时间测量环路电流、电池电压、电池温度;检测的电压值低于所设定的特定电压值或 高于所设定的另一特定电压值,表示电池不正常,则关闭对电池充电,并通过警示灯号或警示灯号及蜂鸣器发出警报;控制充电器输出特定的能量,对电池进行充电的扩散作用,在电池扩散作用完成后,计算电池扩散作用的时间常数;控制充电器输出特定 的能量,对电池进行极化作用,并计算电池极化所需要的时间;依据测量的电池电压、测量的环路电流及测量的电池温度,计算电池能量障壁(batteryenergybarrier);依据检测的电池温度,如电池温度高于所设定的温度 ...
【技术特征摘要】
1.一种具有电池能量障壁测量功能的自适应式充电方法,用以测量及计算铅酸电池电池能量障壁,并计算控制输出充电能量,其包括下列步骤当AC电源接上铅酸电池充电器时,判断电源是否超过限额,如果超过限额,则发出警示灯号或警示灯号及蜂鸣声;检测输出至铅酸电池充电器组件的工作电压是否正常,如果工作电压低于组件电压则关闭对电池充电,并通过警示灯号或警示灯号及蜂鸣器发出警报;在设定的固定取样时间测量环路电流、电池电压、电池温度;检测的电压值低于所设定的特定电压值或高于所设定的另一特定电压值,表示电池不正常,则关闭对电池充电,并通过警示灯号或警示灯号及蜂鸣器发出警报;控制充电器输出特定的能量,对电池进行充电的扩散作用,在电池扩散作用完成后,计算电池扩散作用的时间常数;控制充电器输出特定的能量,对电池进行极化作用,并计算电池极化所需要的时间;依据测量的电池电压、测量的环路电流及测量的电池温度,计算电池能量障壁(battery energy barrier);依据检测的电池温度,如电池温度高于所设定的温度,则计算涓流充电的输出充电能量,并固定充电器电流输出;计算使充电能量与能量障壁差异最小且效率最高、并在最大能量障壁限制下的充电能量,以对电池充电,而该充电能量则转换为充电电压与充电电流输出至电池;对充电程度至充饱各阶段,并通过警示灯号或警示灯号及蜂鸣器发出警报;计算涓流充电的输出充电能量,并固定充电器电流输出;其中,对于充电过程中t时间的电池能量障壁的界定是由极化完成时的电池电压、环路电流、电池温度与t时间的电池电压、环路电流、电池温度、已充电时间,组合计算获得的。2.如权利要求1所述的自适应式充电方法,其中该能量障壁的测量及计算包括以下步骤在电池接上充电器尚未进行充电前,以充电开始时的电池电压除以电池标称电压、环路电流除以标称电流及电池温度除以大气温度计算电池能量障壁;当电池已完成极化后,以最低的电池能量障壁与充电能量差、电池温度斜率及最短的充电时间,计算充电的能量输出;充电的能量输出以电池标称电压与充电标称电流的固定倍率为最大能量输出。3.如权利要求2所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁(EB(t))的计算中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出可简化为充电能量与充电时间为一次幂关系,其关系如下在极化作用完成至电池电压升高至最高电压阶段,电池能量障壁EB(t)可以EB(t)=EQ+α31t+β31t2函式表示,其充电的能量输出Ec(t)可简化为EC(t)=1η(ka31+kb31APVPt),]]>其系数为ηEQ≤ka31≤EQ(α31-2TBβ31)VPAP≤kb31≤α31VPAP]]>在电池电压升高至最高电压而电流逐渐降低的阶段,电池能量障壁EB(t)以EB(t)=EB(t=T3)+α32t+β32t2函式表示时,充电的能量输出Ec(t)为EC(t)=1η(ka32+kb32APt),]]>其系数为0.9EB(t=T3)≤ka32≤EB(t=T3)(α32-2TBβ32)1AP≤kb32≤α321AP]]>其中,VP为电池标称电压、AP为电池标称电流、T3为充电第一阶段完成的时间、TB充电扩散作用起至极化完成使用的时间、η为充电器效率常数。4.如权利要求2所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁(EB(t))的计算方法中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出Ec(t)可进一步简化为下列步骤当电池已完成极化后,设定电池能量障壁为最低限,使充电能量为最高限,即以固定的环路电流与高于电池最高电压的固定充电电压为充电能量输出,进行充电;充电的能量输出以电池电压到达标称电压的固定倍率时为最大能量输出;当电池达最高电压时,设定电池能量障壁为最低限,使充电能量为最高限,即以维持最高电压值,不固定环路电流进行充电。5.如权利要求4所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁(EB(t))的计算中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出Ec(t)的电池能量障壁EB(t)与充电能量Ec(t)可进一步简化为当电池已完成极化后,设定电池能量障壁为EB(t)=a31,其系数为1.0EQ≤a31≤1.23EQ,电流为AP、充电的电压最高限为V3,进行充电;当电池达最高电压时,设定电池能量障壁为EB(t)=a32,其系数为1.0V3×A3≤a32≤1.15V3×A3,充电的电压为V3不固定环路电流进行充电;其中,EQ为充电平衡状态下的电池能量障壁、V3为充电第一阶段完成的电池电压、A3为充电第一阶段完成的环路电流。6.如权利要求1所述的自适应式充电方法,其中扩散作用的时间常数的计算方法可进一步简化为以(V1-V0)的步阶响应求得电池电压上升的时间常数,其中,V0为充电前电池电压、V1为扩散作用完成的电池电压。7.如权利要求6所述的自适应式充电方法,其中该计算扩散作用的时间常数的简化计算可进一步再简化为以下列方式之一或二者的平均计算电池电压达到0.632(V1-V0)的时间,或,电池电压达到0.632(V1-V0)的时间加上电池电压达到0.95(V1-V0)的时间之和的四分之一;其中,V0为充电前电池电压、V1为扩散作用完成的电池电压、V2为极化完成的电池电压。8.如权利要求1所述的自适应式充电方法,其中该电池能量障壁的测量及计算中,该电池能量障壁可以下列步骤计算在电池接上充电器尚未进行充电前,以充电开始时的电池电压除以电池标称电压与环路电流除以标称电流计算电池能量障壁;当电池已完成极化后,以最低的电池能量障壁与充电能量差,计算充电的能量输出;充电的能量输出以电池标称电压与充电标称电流的固定倍率为最大能量输出。9.如权利要求8所述的自适应式充电方法,其中在电池能量障壁的测量及计算中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出的方法可简化为充电能量与充电时间为一次幂关系,其关系如下在极化作用完成至电池电压升高至最高电压阶段,电池能量障壁以EB(t)=EQ+α31t+β31t2函式表示时,充电的能量输出简化为EC(t)=1η(ka31+kb31APVPt),]]>其系数为0.9EQ≤ka31≤EQ(α31-2TBβ31)VPAP≤kb31≤α31VPAP]]>在电池电压升高至最高电压而电流逐渐降低的阶段,电池能量障壁以EB(t)=EB(t=T3)+α32t+β32t2函式表示,充电的能量输出为EC(t)=1η(ka32+kb32APt),]]>其系数为0.9EB(t=T3)≤ka32≤EB(t=T3)(α32-2TBβ32)1AP≤kb32≤α321AP]]>其中,VP为电池标称电压、AP为电池标称电流、T3为充电第一阶段完成的时间、TB充电扩散作用起至极化完成使用的时间、η为充电器效率常数。10.如权利要求8所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁的计算中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出可进一步简化为当电池已完成极化后,设定电池能量障壁为最低限,使充电能量为最高限,即以固定的环路电流与高于电池最高电压的固定充电电压为充电能量输出,进行充电;充电的能量输出以电池电压到达标称电压的固定倍率时为最大能量输出;当电池达最高电压时,设定电池能量障壁为最低限,使充电能量为最高限,即以维持最高电压值,不固定环路电流进行充电。11.如权利要求10所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁的计算中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出的电池能量障壁EB(t)与充电能量Ec(t)可进一步简化为当电池已完成极化后,设定电池能量障壁为EB(t)=a31,其系数为1.0EQ≤a31≤1.23EQ,电流为AP、充电的电压最高限为V3,以进行充电;当电池达最高电压时,设定电池能量障壁为EB(t)=a32,其系数为1.0V3×A3≤a32≤1.15V3×A3,充电的电压为V3不固定环路电流进行充电;其中,EQ为充电平衡状态下的电池能量障壁、V3为充电第一阶段完成的电池电压、A3为充电第一阶段完成的环路电流。12.一种具有电池能量障壁测量功能的自适应式充电方法,用以测量及计算铅酸电池电池能量障壁并计算控制输出充电能量,包括以下步骤当AC电源接上铅酸电池充电器时,判断电源是否超过限额,如果超过限额,则并通过警示灯号或警示灯号及蜂鸣器发出警报;检测输出至铅酸电池充电器组件工作电压是否正常,如果工作电压低于组件电压则关闭对电池充电,并通过警示灯号或警示灯号及蜂鸣器发出警报;在设定的固定取样时间测量环路电流、电池电压;检测的电压值低于所设定的特定电压值或高于所设定的另一特定电压值,表示电池不正常,则关闭对电池充电,并并通过警示灯号或警示灯号及蜂鸣器发出警报;控制充电器输出特定的能量,对电池进行充电的扩散作用,在电池扩散作用完成后,计算电池扩散作用的时间常数;控制充电器输出特定的能量,对电池进行极化作用,并计算电池极化所需要的时间;依据测量的电池电压及测量的环路电流,计算电池能量障壁;计算使充电能量与能量障壁差异最小且效率最高、并在最大能量障壁限制下的充电能量以对电池充电,充电能量则转换为充电电压与充电电流输出至电池;对充电程度至充饱各阶段,并通过警示灯号或警示灯号及蜂鸣器发出警报;计算涓流充电的输出充电能量,并固定充电器电流输出;其中,对于充电过程中t时间的电池能量障壁界定由极化完成时的电池电压、环路电流与t时间的电池电压、环路电流、已充电时间,通过组合计算获得。13.如权利要求12所述的自适应式充电方法,其中该能量障壁的测量及计算以下列步骤计算在电池接上充电器尚未进行充电前,以充电开始时的电池电压除以电池标称电压与环路电流除以标称电流计算电池能量障壁;当电池已完成极化后,以最低的电池能量障壁与充电能量差、最短充电时间,计算充电的能量输出;充电的能量输出以电池标称电压与充电标称电流的固定倍率为最大能量输出。14.如权利要求13所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁(EB(t))的计算中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出的方法可简化为充电能量与充电时间为一次幂关系计算,其关系如下在极化作用完成至电池电压升高至最高电压阶段,电池能量障壁以t2函式表示时,其充电的能量输出可简化为 其系数为ηEQ≤ka31≤EQ(α31-2TBβ31)VPAP≤kb31≤α31VPAP]]>在电池电压升高至最高电压而电流逐渐降低的阶段,电池能量障壁以EB(t)=EB(t=T3)+α32t+β32t2函式表示,充电的能量输出为EC(t)=1η(ka32+kb32APt),]]>其系数0.9EB(t=T3)≤ka32≤EB(t=T3)(α32-2TBβ32)1AP≤kb32≤α321AP]]>其中,VP为电池标称电压、AP为电池标称电流、T3为充电第一阶段完成的时间、TB充电扩散作用起至极化完成使用的时间、η为充电器效率常数。15.如权利要求13所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁的计算中,计算充电的能量输出为当电池已完成极化后,设定电池能量障壁为最低限,使充电能量为最高限,即以固定的环路电流与高于电池最高电压的固定充电电压为充电能量输出,进行充电;充电的能量输出以电池电压到达标称电压的固定倍率时为最大能量输出;当电池达最高电压时,设定电池能量障壁为最低限,使充电能量为最高限,即以维持最高电压值,不固定环路电流进行充电。16.如权利要求15所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁的计算中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出中的电池能量障壁EB(t)与充电能量Ec(t)可进一步简化为当电池已完成极化后,设定电池能量障壁为EB(t)=a31,其系数为1.0EQ≤a31≤1.23EQ,电流为AP、充电的电压最高限为V3,以进行充电;当电池达最高电压时,设定电池能量障壁为EB(t)=a32,其系数为1.0V3×A3≤a32≤1.15V3×A3,充电的电压为V3不固定环路电流进行充电;其中,EQ为充电平衡状态下的电池能量障壁、V3为充电第一阶段完成的电池电压、A3为充电第一阶段完成的环路电流。17.如权利要求12所述的自适应式充电方法,其中扩散作用的时间常数的计算可进一步简化为以(V1-V0)的步阶响应求得电池电压上升的时间常数,其中,V0为充电前电池电压、V1为扩散作用完成的电池电压。18.如权利要求17所述的自适应式充电方法,其中该计算扩散作用的时间常数的简化计算可进一步再简化为以下列方式之一或二者的平均计算电池电压达到0.632(V1-V0)的时间,或,电池电压达到0.632(V1-V0)的时间加上电池电压达到0.95(V1-V0)的时间的和的四分之一;其中,V0为充电前电池电压、V1为扩散作用完成的电池电压、V2为极化完成的电池电压。19.如权利要求12所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁的计算方法中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出的方法可为在电池接上充电器尚未进行充电前,以充电开始时的电池电压除以电池标称电压与环路电流除以标称电流计算电池能量障壁;当电池已完成极化后,以最低的电池能量障壁与充电能量差,计算充电的能量输出;充电的能量输出以电池标称电压与充电标称电流的固定倍率为最大能量输出。20.如权利要求19所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁的计算中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出可简化为充电能量与充电时间为一次幂关系计算,其其关系如下在极化作用完成至电池电压升高至最高电压阶段,电池能量障壁可以EB(t)=EQ+α31t+βXt2函式表示,充电的能量输出可简化为EC(t)=1η(ka31+kb31APVPt),]]>其系数为ηEQ≤ka31≤EQ(α31-2TBβ31)VPAP≤kb31≤α31VPAP]]>在电池电压升高至最高电压而电流逐渐降低的阶段,电池能量障壁可以EB(t)=EB(t=T3)+α32t+β32t2函式表示,充电的能量输出可为EC(t)=1η(ka32+kb32APt),]]>其系数为ηEB(t=T3)≤ka32≤EB(t=T3)(α32-2TBβ32)1AP≤kb32≤α321AP]]>其中,VP为电池标称电压、AP为电池标称电流、T3为充电第一阶段完成的时间、TB充电扩散作用起至极化完成使用的时间、η为充电器效率常数。21.如权利要求20所述的自适应式充电方法,其中在该能量障壁的计算中,当电池已完成极化后,计算充电的能量输出可进一步简化为当电池已...
【专利技术属性】
技术研发人员:江又斌,王锦树,
申请(专利权)人:杰生自动技术有限公司,
类型:发明
国别省市:US[美国]
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