用于控制电池充电的方法和设备技术

一种对电池充电的方法，包括如下步骤： 施加一个提供平均充电电流的充电脉冲； 施加一个第一去极脉冲； 等待一个第一休止时期； 测量所述电池在所述第一休止时期之内的一个预定点的电压； 施加一个第二去极脉冲； 等待一个第二休止时期； 测量所述电池在所述第二休止时期之内的所述预定点的电压； 确定所述第一休止时期之内所述预定点的所述电压和所述第二休止时期之内所述预定点的所述电压之间的差值；并且 如果所述差值大于一个预定阈值，那么减小所述平均充电电流。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池充电器，更具体地说，涉及控制电池充电过程及终止充电过程的方法和设备。有若干对电池充电的方法及若干确定何时终止电池充电过程的方法。这些方法全都具有相同的问题它们将使电池过度充电。如果电池被过度充电，它将在正电极产生氧。这种氧然后由负电极消耗，并且电池将发热。对于大多数充电技术来说，由于过度充电而对电池造成某种损坏的危险是通常情况。正是在某种程度上考虑到这一点，电池制造厂用额外负电极材料来设计电池。然而，过度充电不可逆转地消耗负电极，并且一旦额外材料被消耗，那么将来的过度充电将减少可用于存储电荷的负电极量，因此电池的容量将下降。有许多资料证明的尤其使用直流充电的过度充电的作用是电池电压将减小。电池电压的这个减小通常称为-ΔV或负ΔV。一种确定充电状态的方法是检测出现-ΔV，并且当这种情况出现时终止充电过程。然而，这种方法将降低电池寿命，因为-ΔV是在正电极产生过量氧并被负电极所消耗时出现。结果，这种方法使电池温度上升，并且还使电池内部建立压力。当电池是通过强制电流脉冲流入电池，并且在各充电脉冲之后施加一个放电脉冲来充电时，使用了另一种确定何时终止充电过程的方法。按照这种方法，或响应放电脉冲期间的平均放电电流，或响应由放电脉冲所移去的能量与前面充电脉冲期间提供给电池的能量相比较而得到的比率，来终止充电过程。然而，在放电电压值与电池充电状态之间并没有稳固关系。另一种终止充电过程的方法规定在充电开始之后的预定时间，在各充电脉冲之间对电池的端电压采样。另一种方法规定测量正在施加充电电流时的电池电压，并且测量放电电流期间的电池电压。把这两个电压测量值相比较，并且当这些电压之间有某个预定差时终止充电过程。然而，该预定差必须根据正被充电的电池类型及正被充电的电池容量来选择。此外，这种方法并不防止与过度充电同时产生的氧，因为它并没有准确地确定电池的充电状态。理由是如果电池正以快充电速率充电，那么如果有一个长放电脉冲，则镍镉(NiCa)电池或镍金属氢化物(NiMH)电池将发热，并且充电电压的幅值将因为电池温度的变化而改变。因此，这种方法就以高充电速度对大型电池充电来说不准确，因为确定电池状态的较小误差结果能造成对电池的损坏。使问题进一步复杂化，电池特性在充电循环期间发生变化，并且随电池不同而不同。另一种控制充电循环的方法使用一种“空电阻电压”读数。在充电脉冲的结尾之后测量电池的无负载(“空电阻”)端电压。把这个电压与一个参考电压比较以确定充电电流。参考电压例如可能取决于环境温度，内部温度，内部压力，充电电流，或充电电流的变化值。然而，对空电阻电压的测量必须发生在电池中的所有原电池为平衡方式之时。如果平衡条件还没有获得，那么开路电压的电压测量值会随前面充电脉冲结尾之后的时间而不同。平衡时间取决于充电电流和电池的质量转移能力。并且，空电阻电压的测量精度将取决于电池中电解质的浓度和电池的工作时间。由于板表面的多孔结构，电解质的浓度将变化，因此充电脉冲结尾之后数毫秒处开路电压的测量值将不会提供精确结果。因此，会使电池过热或破坏。此外，在电池之间有差别，在电池类型之间有差别，并且在单个电池中有冲电循环期间发生的差别。因此，选择适当的参考电压可能较为困难或非常耗时。对电池快速充电的任何方法都必须计及电池不断变化的参数，例如内部电阻，极化电阻，质量转移条件和温度。快速充电系统典型地使用逐渐减小的电流来避免过度充电条件并且避免气体产生。U.S.Patent No.5,307,000公开了在各充电脉冲之间使用多个放电脉冲，并且规定在较长时期内用大充电脉冲电流对电池快速充电，而没有各原电池的临界电压和热产生。由于尤其在充电脉冲结尾处电极周围电解质的快速浓度增加，因此没有多个去极脉冲则将使电池上的电压非常快速地上升。快速充电过程必须以可靠的和精确的充电控制和充电终止方法为基础。某些先前充电方法依据温度来中止，或依据其他并不是对所有类型电池适当和/或均匀的方法，以及种种即使当用来对相同电池类型(铅酸，NiCd，NiMH)充电时甚至也需要选择电池容量的方法。其他先前充电方法依据电压来中止。然而，固定电压阈值并不可靠，因为适当的电压阈值根据电池的状态，温度，以及电池的先前使用和充电随时间的变化而改变。如现有技术已知，对电池快速充电的优选技术包括优选地通过对电池施加一系列充电和去极脉冲，使大充电电流强制流入电池。随着充电过程变得越来越快，以及瞬时充电电流变得越来越大，更加难以确定电池何时为完全充电，以及何时出现终止或变更充电过程的最佳时间。没有精确地知道电池何时为完全充电，由于电池的过度充电则既浪费了充电时间又浪费了能量。然而，如上所述，过度充电引起气体生成，产生热，并且增加电池内部的压力，由此对电池造成损坏或可能在电池内引发灾变性的热失控状态。已知在恒定电压充电方式期间，电池是在充电电流已经稳定，或在逐渐减小之后开始增加时被充电。然而，这种方法依据电池端特性的变化，而电池端特性的这种变化是在电池接近热失控状态时出现。因此，理想的是在电池没有接近进入热失控状态下确定电池是否得到充电。通过减小充电电流，延长充电时间，或在及早点根据某些选择判据，例如已经施加充电过程的时间量，强制流入电池的充电安培小时，或电池温度来终止快速充电过程，有可能避免气体产生，发热，热失控，以及其他损坏电池的种种问题。然而，这些方法可能过早地终止充电过程，由此使电池处在充电不足状态，或者这些方法大大延长随后使电池达到完全充电的方法，例如点滴式充电所需要的时间。并且，对完全充电或几乎完全充电的电池来说，如果对电池施加快速充电过程，因为电池将不能够接受大充电脉冲电流，所以用充电时间或安培小时作为确定判据将引起灾变性破坏。在这种情况下，电池的气体生成和过度发热将几乎立刻开始发生。因此，有必要提供一种尤其在快速充电过程期间确定电池的充电状态的方法，以便能尽可能长久地使用快速充电过程，由此使电池达到或非常接近完全充电状态，但在电池发生损坏之前的某一点将终止快速充电过程。此外，在快速充电过程期间，在电池正变为充分充电时的某一点，电池可能不能够接受来自充电脉冲的全电流。因此，在充电脉冲期间送给的有些充电电流引起气体生成及发热。然而，此时终止快速充电过程可能过早，因为电池并没有完全充电，并且仍可经受快速充电过程，但是要以较小充电电流。因此，有必要提供一种当电池正变为充电时来变更快速充电过程的方法，以便以有效方式继续对电池快速充电。因此，有必要提供一种当电池正变为充电时来变更快速充电过程的方法，以便以有效方式继续对电池快速充电。本专利技术涉及准确地确定电池何时为充电。本专利技术使快速充电过程可以尽可能久地使用，因此使电池充分充电，但是在某一点终止快速充电过程，以避免对电池过度充电，并且因此避免浪费充电时间和能量以及对电池的损坏。按照本专利技术，为了确定电池何时为充电，对电池施加一个充电脉冲，然后对电池施加至少两个放电(去极)脉冲。在第一去极脉冲之后一个休止(等待)时期中的预定点测量电池电压，并且在第二去极脉冲之后一个休止时期中的同样相对点测量电池电压。去极脉冲是通过在电池终端之间施加一个负载来产生，典型地比充电脉冲持续时间短得多。当把充电脉冲施加到铅酸电池时，电池溶液中的硫本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对电池充电的方法，包括如下步骤施加一个提供平均充电电流的充电脉冲；施加一个第一去极脉冲；等待一个第一休止时期；测量所述电池在所述第一休止时期之内的一个预定点的电压；施加一个第二去极脉冲；等待一个第二休止时期；测量所述电池在所述第二休止时期之内的所述预定点的电压；确定所述第一休止时期之内所述预定点的所述电压和所述第二休止时期之内所述预定点的所述电压之间的差值；并且如果所述差值大于一个预定阈值，那么减小所述平均充电电流。2.权利要求1的方法，还包括重复所述步骤的步骤，即施加所述充电脉冲，施加所述第一和第二去极脉冲，等待所述第一和第二休止时期，以及测量所述第一和第二休止时期之内的所述电压。3.一种对电池充电的方法，包括如下步骤施加一个提供平均充电电流的充电脉冲；施加一个第一去极脉冲；等待一个第一休止时期；测量所述电池在所述第一休止时期之内的一个预定点的电压；施加一个第二去极脉冲；等待一个第二休止时期；施加一个随后去极脉冲；等待一个随后休止时期；测量所述电池在所述随后休止时期之内的所述预定点的电压；确定所述第一休止时期之内所述预定点的所述电压和所述随后休止时期之内所述预定点的所述电压之间的差值；并且如果所述差值大于一个预定阈值，那么减小所述平均充电电流。4.权利要求1或3的方法，其中所述充电脉冲有一个充电脉冲持续时间，并且减小所述平均充电电流的所述步骤包括减小所述充电脉冲持续时间。5.权利要求1或3的方法，其中所述充电脉冲有一个充电脉冲电流幅值，并且减小所述平均充电电流的所述步骤包括减小所述充电脉冲电流幅值。6.权利要求1或3的方法，其中所述充电脉冲有一个充电脉冲重复速率，并且减小所述平均充电电流的所述步骤包括减小所述充电脉冲重复速率。7.权利要求1或3的方法，其中各所述去极脉冲有一个去极脉冲电流幅值，并且其中所述方法还包括当减小所述平均充电电流时，减小所述去极脉冲电流幅值的步骤。8.权利要求1或3的方法，其中各所述去极脉冲有一个去极脉冲持续时间，并且其中所述方法还包括当减小所述平均充电电流时，减小所述去极脉冲持续时间的步骤。9.权利要求1或3的方法，其中各所述充电脉冲随后有若干所述去极脉冲，并且其中所述方法还包括当减小所述平均充电电流时，减小所述去极脉冲的所述个数的步骤。10.权利要求1或3的方法，其中各所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：于里·M·堡杰詹斯基，博里斯·特森特，
申请(专利权)人：恩莱夫公司，
类型：发明
国别省市：