CN100385728C - 一种可充电电池充电过程控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种针对镍氢或镍镉可充电电池充电过程控制方法，接通电源后充电器根据设定的参考电压V来设置充电电流I的初始值并以此电流周期性脉冲充电。充电过程中对电池电压做周期性采样并将采样电压与被充电电池的阀值电压做比较，当大于阀值电压且测得出现电压负增量时，则认为电池充满，停止充电；当小于阀值电压时，则根据电压采样结果计算电池内阻R，当R、I之积RI大于设定的参考电压V时减小充电电流I，小于设定的参考电压V时增大充电电流I，并以此周而复始地循环，直至检测到电压负增量出现为止。本发明于充电初始阶段，采用大电流充电；伴随逐渐极化充电电流也跟着减小；而阀值电压为电压负增量(-ΔV)的出现提供了指标，避免了误操作。

Description

一种可充电电池充电过程控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制可充电电池充电过程的方法，尤其是指一种利用阀值电压来控制充电进程中电流量的过程控制方法。
背景技术
目前，关于可充电电池的充电及其控制方法是一个相对较成熟的领域。一般来说，可充电电池的充电方法分为常规充电方法和快速充电方法。常规充电制度是依据1940年前国际公认的经验法则设计的，其中最著名的就是“安培小时规则”：充电电流安培数不应超过蓄电池待充电的安时数。常规充电方法又分为：(1)恒流充电法，恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法；(2)阶段充电法，阶段充电法首先以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电；(3)恒压充电法，恒压充电法是充电电源的电压在全部充电时间里保持恒定的数值，随着蓄电池端电压的逐渐升高，电流逐渐减少。为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度，缩短蓄电池达到满充状态的时间，同时，保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少或轻，提高蓄电池使用效率，快速充电技术近年来得到了迅速发展。快速充电方法又分为：(1)脉冲式充电法，脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环；(2)ReflexTM快速充电法，这种技术是美国的一项专利技术，ReflexTM充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲，反向瞬间放电脉冲，停充维持3个阶段；(3)变电流间歇充电法，这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上，其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段，充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法，保证加大充电电流，获得绝大部分充电量，充电后期采用定电压充电段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电态；(4)变电压间歇充电法，在变电流间歇充电法的基础上又有人提出了变电压间歇充电法，与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。可充电池充电终止的控制方法一般有：(1)定时控制，根据电池的容量和充电电流，很容易确定所需的充电时间；(2)电压控制，常用的有最高电压控制，电压负增量(-ΔV)；(3)温度控制，为了避免损坏电池，电池温度过低时不能开始快速充电，电池温度上升到规定数值后，必须立即停止快速充电。在这些充电方法和可充电电池充电终止的控制方法中，有理想化和不灵活的缺点，现实中，电池的性能参数是参差不齐的，这些充电方法和充电终止的控制方法只是按照理想可充电电池的特性，提出对应的解决方法，不能对每一粒可充电电池区别对待，根据每粒可充电电池的性能，采用不同的充电方法。
发明内容
本发明需解决的问题是提供一种可根据每粒电池的特性来确定即时充电电压和电流的快速充电方法。
根据上述需解决的问题设计了一种可充电电池充电过程控制方法，该控制方法针对镍氢或镍镉电池的充电过程，步骤如下，
①接通电源，充电器准备开始工作；
②根据设定的参考电压V来设置充电电流I的初始值；
③根据设置好的充电电流I的初始值开始充电，(充电方式为周期性脉冲充电)；
④对充电过程中的电池电压做周期性采样，并将采样获得的电压与被充电电池的阀值电压做比较，当大于阀值电压且测得出现电压负增量时，则认为电池充满，停止充电；
⑤当小于阀值电压时，则根据电压采样结果计算电池内阻R，当R、I之积RI大于设定的参考电压V时减小充电电流I，小于设定的参考电压V时增大充电电流I，并以此周而复始地循环，直至检测到电压负增量出现为止。
其中，所述的设定的参考电压V是可充电电池内部的极化电压；充电电流I的初始值，该初始值的调整范围为0.2～4.5A。另外，在对充电过程中的电池电压做周期性采样时，一个周期内分别对电池采样2次，一次是在有充电电流经过时采样Va，另一次是在无充电电流经过时采样Vb，并将Vb与阀值电压做比较；而电池内阻R与充电电流I之积RI＝Va-Vb。
本发明在可充电电池的初始阶段，因为电池的极化现象尚未出现或并不严重，因此采用很大的充电电流；随着充电进程的逐渐推进，可充电电池的极化显现逐渐严重，充电电流也跟着减小，这样就实现了快速充电的同时又避免了可充电电池的损坏。又因为设置了阀值电压，在可充电电池的电压还没达到阀值电压的时候，不对可充电电池检测是否出现电压负增量(-ΔV)，避免了可充电电池还没充满而充电器却因为外部干扰而检测到电压出现负增量(-ΔV)从而停止对可充电电池充电的可能性。由此就实现了根据每粒电池的特性来确定即时充电电压和电流。
附图说明
附图1是本发明综合控制方法的步骤流程图。
具体实施方式
本发明的中心思想是当可充电电池的电压低于阀值电压时，充电器输出的电压是变化的，同时输出的电流也在跟随着变化，输出电压和电流的变化根据是保持电池的极化电压不变，且当电池电压大于或等于阀值电压时，采用传统的恒流脉冲充电法。因而，对每一粒可充电电池能区别对待，能有效避免电解质电解，延长可充电电池的寿命，从而实现快速充电的同时避免损坏电池。现参照附图对本发明的具体内容和实施步骤描述于后。
为了更便于清晰地解剖本发明，先对有关名词及镍氢电池结构和电学原理做出说明。电压负增量(-ΔV)的定义：在对镍氢电池或镍镉电池充电的过程中，电池电压会逐渐上升；当电池被充满时，电池电压达到最高点，这时如继续充电，电池的电压将会出现下降0～20毫伏的现象，该下降的电压被称为“电压负增量(-ΔV)”。
镍氢电池由单一的电芯组成。充电过程中充电电流大小维系的根据是IR＝V，此电压V反映了可充电电池内部的极化电压，可人为设定，具体实现由充电器内的微处理器设定，防止极化电压过大是保护可充电电池的有效措施。须注意的是此电压V与跟阀值电压无关，阀值电压反映了可充电电池的饱和程度，当可充电电池的极化电压大于阀值电压时，说明该可充电电池即将充满。
本发明的技术方案是：根据大量实验发现，在密封式蓄电池充电过程中，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板(正极板产生氧气)，使电池内部压力加大，电池温度上升，同时缩小了正极板的面积，表现为内阻上升，即出现所谓的极化现象。而现实中，不同厂家生产的可充电电池性能不一样，出现极化现象的程度也不一样，甚至同一厂家生产的电池，也有细微的差别。本发明根据这些实际情况，对可充电电池设置一阀值电压，不同的可充电电池因为本身特性不一样，阀值电压也不一样，而镍氢电池的阀值电压为1.2～1.58V。
当可充电电池的电压小于阀值电压时，设充电电流为I，电池的内阻为R，则对可充电电池的充电方法是采用脉冲变电流充电方法，充电电流的大小根据维持I×R等于一个设定的参考电压而定，当电池的极化现象逐渐严重时，可充电电池的内阻R上升，充电器随即减小充电流I，使I×R维持在一个设定的参考电压V，不同的可充电电池的V值是不一样的，这里给出镍氢电池的V值为0.03～0.3V。当可充电电池的电压达到阀值电压以上，因为电池即将被充满，充电器需要检测可充电电池是否出现电压负增量(-ΔV)并以此做出可充电电池被充满需要停止充电的决定，所以必须采用脉冲恒流充电的充电方法，充电电流大小等于当可充电电池电压等于阀值电压时的充电电流大小。
图1就是从上述技术方案总结出的本发明步骤流程图，对此再用语言尽可能详细地描述于后。
首先，将充电器接通电源，使之准备开始工作；其次，根据测得的被充电电池的极化电压设定的参考电压V来设置充电电流I的初始值；第三，充电器根据设置好的充电电流I的初始值，以周期性脉冲充电的方式开始充电；第四，在充电过程中对被充电电池的电压做周期性采样；第五，将采样获得的电压与被充电电池的阀值电压做比较，当大于阀值电压且测得出现电压负增量时，则认为电池充满，停止充电并结束整个充电过程；第六，当采样比较结果为小于阀值电压时，则根据电压采样结果计算电池内阻R，当R、I之积RI大于设定的参考电压V时减小充电电流I，小于设定的参考电压V时增大充电电流I，并以此周而复始地循环，直至检测到电压负增量出现为止。

Claims (5)

1.一种可充电电池充电过程控制方法，其特征是所述的控制方法针对镍氢或镍镉电池的充电过程，步骤如下，
①接通电源，充电器准备开始工作；
②根据设定的参考电压V来设置充电电流I的初始值；
③根据设置好的充电电流I的初始值开始充电，充电方式为周期性脉冲充电；
④对充电过程中的电池电压做周期性采样，并将采样获得的电压与被充电电池的阀值电压做比较，当大于阀值电压且测得出现电压负增量时，则认为电池充满，停止充电；
⑤当小于阀值电压时，则根据电压采样结果计算电池内阻R，当R、I之积RI大于设定的参考电压V时减小充电电流I，小于设定的参考电压V时增大充电电流I，并以此周而复始地循环，直至检测到电压负增量出现为止。
2.根据权利要求1所述的可充电电池充电过程控制方法，其特征是所述的设定的参考电压V是可充电电池内部的极化电压。
3.根据权利要求1所述的可充电电池充电过程控制方法，其特征是电流I的初始值，该初始值的调整范围为0.2～4.5A。
4.根据权利要求1所述的可充电电池充电过程控制方法，其特征是在对充电过程中的电池电压做周期性采样时，一个周期内分别对电池采样2次，一次是在有充电电流经过时采样Va，另一次是在无充电电流经过时采样Vb，并将Vb与阀值电压做比较。
5.根据权利要求4所述的可充电电池充电过程控制方法，其特征是所述的电池内阻R与充电电流I之积RI＝Va-Vb。
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