CN101252213B - 一种镍氢、镍镉电池的充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镍氢、镍镉电池的充电方法，将电池的充电过程分为N个区段，并确定各区段的阀值、限值；在充电过程中，当出现电压负增值时，判断充电是否异常，如异常，直接跳转至第N区段，进入涓流充电状态；当任一区段的限值对应的电池电压小于该区段的阀值时，直接跳转至第N区段，进入涓流充电状态。采用本发明所述的方法和装置，在电池出现异常时，可快速进入充电保护态，达到安全充电的目的。
Description
技术领域
本发明涉及快速充电技术，尤其涉及一种镍氢、镍镉电池的充电方法。
背景技术
对镍氢、镍镉充电电池快速充电，会涉及到充电时间、是否过充、温度、电池寿命等一系列问题。
如图1-1、图1-2所示，在室温下，镍氢、镍镉电池充足电时，即，图示的充电至电池容量的100％时，电压均达到1.4v以上，而在充足电后继续充电，电池电压开始下降，电池的温度迅速上升。高温会缩短电池寿命，为了保证电池充足电又不至过充电造成电池高温，目前一般采用定时控制或电压控制等方法。
定时控制，采用1.25C充电速率时电池1h可充足，采用2.5C充电速率时30min可充足，因此，根据电池的容量和充电电流，很容易确定所需的充电时间，控制方法简单，但是由于电池的起始充电状态不完全相同，常出现有的电池充不足、有的电池过充电的情况。
电压控制，常用的电压控制法有：
最高电压控制，当电池电压达到设置的电池充足电的最高电压后，立即停止充电。这种控制方法的缺点是：电池充足电的最高电压随环境温度、充电速率而变，而且电池组中各单体电池的最高充电压也有差别，因此采用这种方法并不能非常准确地判断电池是否已足充电。
电压负增量控制，由于电池电压的负增量与电池组的绝对电压无关，而且不受环境温度和充电速率等因素影响，因此可以比较准确地判断电池是否已充足电。这种控制方法的缺点是：如图1-1单节镍氢、镍镉电池在室温25℃时的充电电压曲线所示，电池电压出现负增量后，电池已经过充电，因此电池的温度较高。尤其，镍氢电池充足电后，电池电压要经过较长时间，才出现负增量，过充电较严重。
上述方法，不能发现充电过程中的充电异常，并采取保护措施，例如定时控制，当环境温度很高导致了充电异常，电压上升缓慢，甚至出现负增长时，维持快速充电状态到设定时间，即停止充电，而设定时间为电池在正常充电时充足电所需的时间，这样，即使还未充足电时电池已停止充电；电压控制，则达到最高电压或出现负电压时，才停止充电，当环境温度很高导致充电异常，电压上升缓慢时，维持快速充电，这样，因电压上升缓慢，延长了达到最高电压或过充的时间，即延长了电池内部温度累积的时间，进而因电池内部温度太高，严重缩短电池寿命，甚至毁坏电池。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种镍氢、镍镉电池的充电方法，在电池出现异常时，可快速进入充电保护态，达到了安全充电的目的。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种镍氢、镍镉电池的充电方法，该方法将充电过程分为N个区段，各区段都设置有阈值、限值和计数器，并包括以下步骤：
A、充电开始，确定初始电池电压所属的区段，将该区段作为当前区段；
B、电池以所述当前区段的脉冲电流充电，同时，当前区段的计数器计数；
C、确定是否出现电压负增量，如果是，执行步骤D；否则，所述计数器正常工作，电池继续以所述当前区段的脉冲电流充电，直至计数至当前区段的限值时，执行步骤E；
D、加快所述计数器的计数速率，确定是否出现电压正增量，如果出现电压正增量时，计数器恢复正常工作，电池继续以所述当前区段的脉冲电流充电，直至计数至当前区段的限值时，执行步骤E；否则，计数器以加快后的速率计数至当前区段的限值后，跳转到第N区段，执行步骤F；
E、比较当前电池电压是否小于该区段的阈值，如果是，跳转到第N区段，执行步骤F；否则，将该当前区段的下一个区段作为当前区段，返回步骤B；
F、电池以第N区段对应的脉冲电流充电，直到当前电池电压值不小于第N区段的阈值时，停止充电。
进一步地，步骤A之前还包括：
确定各个区段的脉冲电流，使第i区段脉冲电流的有效电流值，小于第i-1区段脉冲电流的有效电流值，且第N区段采用涓流充电方式充电。
进一步地，步骤F后还包括：当自放电至电池电压等于该电池的容量时，返回步骤F。
进一步地，步骤A中，所述确定初始电池电压所属的区段具体包括：
采样初始电池电压；
比较初始电池电压与所述各区段的阈值，如果初始电池电压，大于第i-1区段的阈值，并且小于第i区段的阈值，则该电池电压属于第i区段。
进一步地，步骤C中，所述确定电池是否出现电压负增量具体包括：
以设定的频率对电池电压进行采样；
比较当前采样值与前一次采样值，当本次的电压采样值小于前一次的采样值时，则为出现电压负增量，否则为出现电压正增量。
本发明所提供的镍氢、镍镉电池的充电方法，具有以下的优点和特点：
1)在充电过程中，当出现电压负增值时，判断充电是否异常，如异常，进入涓流充电状态，以保护电池，且当任一区段的限值对应的电池电压小于该区段的阈值时，进入涓流充电状态，以保护电池，达到了安全充电的目的；
2)随着电池电位的升高，减小充电时间/停充时间的值，使电池在充电时间累积的温度会在停充时间得到释放，避免了随着电池电压的升高，电池内部温度急速升高的问题；
3)当前电池电压值不小于第N区段的阈值时，停止充电、及当自放电至电池电压等于该电池的容量时开始充电，使电池一直维持在高电位充饱状态，但不会发烫；
4)不需要检测温度，通过电池电压的增量判断温度是否异常，不需要设计电池温度采样电路，节省成本。
附图说明
图1-1为单节镍氢、镍镉电池在室温25℃时的充电电压曲线示意图；
图1-2为单节镍氢、镍镉电池在室温25℃时的充电温度曲线示意图；
图2为本发明实施例所述的镍氢、镍镉电池的充电方法的分区段及参数确定流程图；
图3为本发明实施例所述的镍氢、镍镉电池的充电方法的实现流程图。
具体实施方式
本发明方法的基本思想是：将电池的充电过程分为N个区段，并确定各区段的阈值、限值；在充电过程中，当出现电压负增值时，判断充电是否异常，如异常，直接跳转至第N区段，进入涓流充电状态，以保护电池，即负压保护；当任一区段的限值对应的当前电池电压小于该区段的阈值时，直接跳转至第N区段，进入涓流充电状态，以保护电池，即限时保护；负压保护与限时保护结合使用，防止了充电过程中出现电压负增量的情况损坏电池，及充电时在任一区段内，充电速度低于正常充电速度，进而延长电池温度累积的时间，损坏电池的情况。
本发明实施例所述的镍氢、镍镉电池的充电方法的分区段及参数确定流程如图2所示，包括以下步骤：
步骤201：将电池的充电过程分为1、2、...N，N个区段，并确定各个区段电池电压的阈值；阈值是电池正常充电时，各区段电池电压的最大值。
确定各区段阈值的具体步骤为：
将0V～1.05电池容量，分为N个区间，N可以设定，区间i表示为(Vi-1，Vi]，将Vi作为第i区段的阈值，Vi-1＜Vi＜Vi+1...＜1.05电池容量。
步骤202：确定各个区段的脉冲电流，使第i区段脉冲电流的有效电流值，小于第i-1区段脉冲电流的有效电流值；第N区段采用涓流充电方式充电。
为第一区段设定一个脉冲电流，其余各个区段的脉冲电流的幅值与第一区段的脉冲电流的幅值相同，但第i区段充电时间/停充时间，小于第i-1区段充电时间/停充时间，从而使第i区段脉冲电流的有效电流值，小于第i-1区段脉冲电流的有效电流值，而充电时间/停充时间的值的增大，使电池在充电时间累积的温度会在停充时间得到释放，进而避免了随着电池电压的升高，电池内部温度急速升高的问题。
步骤203：分别为每个区段设置一个计数器，并确定各区段的充电时间的限值；所述计数器用于控制各区段的充电时间；所述限值为电池正常充电时，由各区段的起始电池电压充电至阈值时，所用的充电时间。
本实施例中，各区段的限值、段脉冲电流的有效电流值根据公式：
充电时间＝容量*1.1/充电电流*60
计算。其中，充电时间的单位为分钟，充电时间作为第i区段的限值，容量为第i区段与第i-1区段的阈值之差，充电电流为第i区段的脉冲电流的有效值，单位为mA。
本发明实施例所述的镍氢、镍镉电池的充电方法的实现流程如图3所示，包括以下步骤：
步骤301：充电开始，确定该电池电压所属的区段，将该区段作为当前区段。
所述确定该电池电压所属的区段具体包括：
采样初始电池电压；
比较初始电池电压与所述各区段的阈值，如果初始电池电压，大于第i-1区段的阈值，并且小于第i区段的阈值，则该电池电压属于第i区段。
步骤302：电池以所述当前区段的脉冲电流充电，同时，当前区段的计数器计数。
步骤303：确定是否出现电压负增量，如果是，执行步骤304；否则，所述计数器正常工作，电池继续以所述当前区段的脉冲电流充电，直至计数至当前区段的限值时，执行步骤306。
所述确定电池是否出现电压负增量具体包括：
以设定的频率对电池电压进行采样；
比较当前采样值与前一次采样值，当本次的采样值小于前一次的采样值时，则为出现电压负增量，否则为出现电压正增量。
当电池处于过充或环境温度很高等时候，电池电压会不升反降，即出现电压负增量，此时，认为电池处于充电异常状态，如不能及时发现，并采取保护措施，可能会导致电池内部温度积累上升，进而毁坏电池；所述环境温度很高，一般指环境温度大于或等于55℃时。
步骤304：加快所述计数器的计数速率，使判断电压负增量是由充电异常造成或由采样时产生的偶然误差造成所用的时间、小于限值与电压负增量的时刻的差值，以减小电压负增量是由充电异常造成时、出现电压负增量至跳转至第N区段进入涓流充电状态的时间，以更好的保护电池。
步骤305：确定是否出现电压正增量，如果出现电压正增量时，认为上述电压负增量是由采样时产生的偶然误差造成的，电池充电正常，计数器恢复正常工作，电池继续以所述当前区段的脉冲电流充电，直至计数至当前区段的限值时，执行步骤306；否则，认为电池充电异常，计数器以加快后的速率计数至当前区段的限值后，跳转到第N区段，执行步骤307。
本步骤防止了将采样时产生的偶然误差，使充电过程中出现的电压负增量，判定为充电异常，而切入涓流充电状态的情况，更准确的判定充电异常，进而保护电池。
步骤306：比较当前区段的限值对应的电池电压是否小于自身的阈值，如果是，认为电池充电异常，跳转到第N区段，执行步骤307；否则，认为电池充电正常，将该当前区段的下一个区段作为当前区段，返回步骤302，直到所述当前区段的下一个区段为第N区段，执行步骤307。
步骤307：电池以第N区段对应的脉冲电流充电，直到当前电池电压值不小于第N区段的阈值时，停止充电；所述第N区段的阈值等于1.05电池容量。
本发明实施例在电池充足电后，还包括步骤308：当自放电至电池电压等于该电池的容量时，返回步骤307。
步骤307、308中，当前电池电压值不小于第N区段的阈值时，停止充电、及当自放电至电池电压等于该电池的容量时开始充电的理由为：以涓流方式充电时，电池已经处于高电位状态，长时间充电下去，电池依然存在发烫的可能，但是又不能对电池完全停止充电，因为即使不是电池供电，在不充电的情况下，电池也存在自放电的现象，可能导致在需要电池供电的时候，达不到要求的待机时间，因此，采用步骤307、308，使电池一直维持在高电位充饱状态，但电池也不会发烫。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种镍氢、镍镉电池的充电方法，其特征在于，该方法将充电过程分为N个区段，各区段都设置有阈值、限值和计数器，并包括以下步骤：
A、充电开始，确定初始电池电压所属的区段，将该区段作为当前区段；
B、电池以所述当前区段的脉冲电流充电，同时，当前区段的计数器计数；
C、确定是否出现电压负增量，如果是，执行步骤D；否则，所述计数器正常工作，电池继续以所述当前区段的脉冲电流充电，直至计数至当前区段的限值时，执行步骤E；
D、加快所述计数器的计数速率，确定是否出现电压正增量，如果出现电压正增量时，计数器恢复正常工作，电池继续以所述当前区段的脉冲电流充电，直至计数至当前区段的限值时，执行步骤E；否则，计数器以加快后的速率计数至当前区段的限值后，跳转到第N区段，执行步骤F；
E、比较当前电池电压是否小于该区段的阈值，如果是，跳转到第N区段，执行步骤F；否则，将该当前区段的下一个区段作为当前区段，返回步骤B；
F、电池以第N区段对应的脉冲电流充电，直到当前电池电压值不小于第N区段的阈值时，停止充电。
2.根据权利要求1所述的镍氢、镍镉电池的充电方法，其特征在于，步骤A之前还包括：
确定各个区段的脉冲电流，使第i区段脉冲电流的有效电流值，小于第i-1区段脉冲电流的有效电流值，且第N区段采用涓流充电方式充电。
3.根据权利要求1所述的镍氢、镍镉电池的充电方法，其特征在于，步骤F后还包括：当自放电至电池电压等于该电池的容量时，返回步骤F。
4.根据权利要求1所述的镍氢、镍镉电池的充电方法，其特征在于，步骤A中，所述确定初始电池电压所属的区段具体包括：
采样初始电池电压；
比较初始电池电压与所述各区段的阈值，如果初始电池电压，大于第i-1区段的阈值，并且小于第i区段的阈值，则该电池电压属于第i区段。
5.根据权利要求1所述的镍氢、镍镉电池的充电方法，其特征在于，步骤C中，所述确定电池是否出现电压负增量具体包括：
以设定的频率对电池电压进行采样；
比较当前采样值与前一次采样值，当本次的电压采样值小于前一次的采样值时，则为出现电压负增量，否则为出现电压正增量。
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