CN101651240A - 一种镍氢电池组恒压充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种镍氢电池组恒压充电方法，所述的充电方法在恒压充电条件下当满足4种判别模式中任何一种状态参数时停止充电，在镍氢电池组设定恒压充电电压数值门槛、最大充电电流选择2C倍率及以下时，以下情况下通过判别模式可以使通过串联方式镍氢蓄电池组在整个充电过程中充到最大容量并且安全可靠，其判定模式：1)蓄电池组的充电电压呈逐渐上升逼近充电恒压设定值而充电电流呈连续下降趋势其电流与时间的变化率dI/dt的绝对值小于等于0.25－0.01。2)充电电流出现+ΔI，即充电电流出现不减反增时必须立刻停止充电过程，+ΔI取值范围0.01－0.10C。3)电池荷电量SOC估值大于93％。4)单次充电持续时间大于1小时。本发明所述的恒压充电的最大电流不大于2C，适用于对蓄电池组中含有0压单体蓄电池进行恒压充电，也适用对蓄电池组中不含有0压单体蓄电池进行恒压充电，适用在－30～55℃下对蓄电池组进行恒压充电。
Description
所属领域
本发明涉及一种在镍氢电池组上进行恒压充电的方法
背景技术
随着电动车用动力电源系统和各种大型储能电网装置的应用，镍氢电池组采用恒流充电方法和上述充电截止控制条件与产品整体设计配置不适应，镍氢电池组通常采用恒流充电方法为，其充电截止控制条件为充电时间(t)、电池温度(dT/dt、ΔT)、电池电压变化-ΔV等。
而传统的恒压充电转浮充方法直接应用于镍氢电池组充电和充电截止条件控制存在如下缺陷：
1)、高温时，镍氢电池组容易被过充电使得电池内压升高，可能造成电解液外泄而导致绝缘下降和破坏，严重时甚至会发生起弧，从而限制使用和性能衰减。
2)、低温时，镍氢电池组欠充电有效储电能量少影响正常使用。
3)、当镍氢电池组有若干个低/零电压时，会诱发热失控，影响蓄电池的使用安全。
发明内容
针对以上缺陷，本发明的主要目的是在于提供一种适用于电动车、电网、机车用的其充电方式采用非线性恒压充电方式。本发明的另外目的在于串联式的镍氢蓄电池组中出现有若干个低/零电压时，采用非线性恒压充电方式可避免热失控，确保蓄电池使用安全。
本发明的目的是这样实现的：一种镍氢电池组恒压充电方法，所述的充电方法在恒压充电条件下当满足4种判别模式中任何一种状态参数时停止充电，可以使通过串联方式镍氢蓄电池组在整个充电过程中充到最大容量并且安全可靠，其判定模式：
1)、蓄电池组的充电电压呈逐渐上升逼近充电恒压设定值而充电电流呈连续下降趋势其电流与时间的变化率dI/dt的绝对值小于等于0.25-0.01。
2)、充电电流出现+ΔI，即充电电流出现不减反增时必须立刻停止充电过程，+ΔI取值范围0.01-0.10C。
3)、电池荷电量SOC估值大于93％。
4)、单次充电持续时间大于1小时。
本发明所述的恒压充电的最大电流不大于2C，适用于对蓄电池组中含有0压单体蓄电池进行恒压充电，也适用对蓄电池组中不含有0压单体蓄电池进行恒压充电，适用在-30～55℃下对蓄电池组进行恒压充电。
采用以上技术方案后，本发明通过研究安全和效率相结合的电池组控制策略，从技术和控制层面上提出一种可行的镍氢蓄电池组恒压充电策略及控制方法，提高镍氢蓄电池组的使用安全裕度，从而达到保证车辆电源系统和储能电网系统在试验中稳定性和可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为非线性恒压充电方式电压与温度的关系。
具体实施方式
根据图1、图2所示，一种镍氢电池组恒压充电方法，所述的充电方法在恒压充电条件下当满足4种判别模式中任何一种状态参数时停止充电，在镍氢电池组设定恒压充电电压数值门槛、最大充电电流选择2C倍率及以下时，以下情况下通过判别模式可以使通过串联方式镍氢蓄电池组在整个充电过程中充到最大容量并且安全可靠，其判定模式：
1)、蓄电池组的充电电压呈逐渐上升逼近充电恒压设定值而充电电流呈连续下降趋势其电流与时间的变化率dI/dt的绝对值小于等于0.25-0.01。
2)、充电电流出现+ΔI，即充电电流出现不减反增时必须立刻停止充电过程，+ΔI取值范围0.01-0.10C。
3)、电池荷电量SOC估值大于93％。
4)、单次充电持续时间大于1小时。
本发明所述的恒压充电的最大电流不大于2C，适用于对蓄电池组中含有0压单体蓄电池进行恒压充电，也适用对蓄电池组中不含有0压单体蓄电池进行恒压充电，适用在-30～55℃下对蓄电池组进行恒压充电。
与以往恒压充电方式的对比详细阐述：
1.以往采用充电电压与环境温度线性的恒压充电控制的缺点：实际情况为镍氢电池的容量和电化学反应速率与温度的关系并非完全呈线性，而是在低温时变化率更大些，以往采用线性关系进行恒压充电就会出现不是高温就是低温即总有一端难以达到希望的安全和效率相结合的充电储电量。
非线性恒压充电控制数学方程式如下
Vcha＝V0+(A×10-5)×T2 B×T
V0一蓄电池组在常温条件(0℃)的设置充电电压值(V)。
A取值6-3
B取值0.01-0.001。
2、以往采用不限制最大充电电流存在的缺点：
实际情况下镍氢电池组的荷电量、电池的容量、充电时间、温度是限制最大充电电流，如果不限制最大充电电流就会增加出现超出电池内部氧复合反应能力的风险，电池安全阀频繁开启；而采用适当的充电倍率及既可以实现快充又将减少出现超出电池内部氧复合反应能力的风险，防止电池安全阀开启。本发明限制最大充电电流选择2C倍率左右以1C为宜。
3、以往不采用恒压充电截止判别控制存在的缺点
1)、在整个充电过程中蓄电池组中没有0压蓄电池时，充电电压呈逐渐上升逼近充电恒压设定值而充电电流呈连续下降趋势，当不控制dI/dt或SOC或时间时，蓄电池就会过充电，导致负反应热量大量的积累，对蓄电池的寿命产生坏影响。
2)、在整个充电过程中蓄电池组中有0压蓄电池时，充电电流即使出现+ΔI即充电电流出现不减反增情况，当不控制+ΔI仍然继续充电，蓄电池就会过充电，导致负反应热量大量的积累，热失控就会发生，蓄电池提前报废。
实施例一：以下通过实验方法测定在蓄电池组中所有蓄电池都正常情况下进行恒压充电试验：
1、采用传统的线性恒压充电方式进行充电：
1.1、采用Digatron(400A600V)电池组综合测试仪进行试验，蓄电池的标称电压336V，额定容量60Ah，在环境温度25±5℃下，先将蓄电池组中每个单体的电压放电到1.0V，然后，在420V下恒压充电，当电流达到9A时，停止充电；搁置30min，用18A放电到30V，试验结果见表一。
1.2、在环境-25±5℃下，先将蓄电池组中每个单体的电压放电到1.0V，然后，在420V下恒压充电，当电流达到9A时，停止充电；搁置30min，用18A放电到30V，检测蓄电池的放电容量和转化效率。试验结果见表一。
1.3在环境50±5℃下，先将蓄电池组中每个单体的电压放电到1.0V，然后，在420V下恒压充电，当电流达到9A时，停止充电；搁置30min，用18A放电到30V，检测蓄电池的放电容量和转化效率。试验结果见表一。
2、采用本发明的非线性恒压充电方式进行充电
2.1、采用Digatron(400A600V)电池组综合测试仪进行试验，蓄电池的标称电压336V，额定容量60Ah，在环境温度25±5℃下，先将蓄电池组中每个单体的电压放电到1.0V，然后，在采用本发明的非线性恒压充电方式进行充电，充电电流限制在60A，当满足本发明的非线性恒压充电终止条件时停止充电；搁置30min，用18A放电到30V，试验结果见表一。
2.2、在环境-25±5℃下，先将蓄电池组中每个单体的电压放电到1.0V，然后，在采用本发明的非线性恒压充电方式进行充电，充电电流限制在60A，当满足本发明的非线性恒压充电终止条件时停止充电；搁置30min，用18A放电到30V，试验结果见表一。
2.3、在环境50±5℃下，先将蓄电池组中每个单体的电压放电到1.0V，然后，在采用本发明的非线性恒压充电方式进行充电，充电电流限制在60A，当满足本发明的非线性恒压充电终止条件时停止充电；搁置30min，用18A放电到30V。试验结果见表一。
实施例二：以下通过实验方法测定在蓄电池组中所有蓄电池中存在3个0压蓄电池情况下进行恒压充电试验：
1.1、采用Digatron(400A600V)电池组综合测试仪进行试验，蓄电池的标称电压336V，额定容量60Ah，在环境温度25±5℃下，先将蓄电池组中278个单体的电压分别放电到1.0V，然后，在420V下恒压充电，当电流达到9A时，停止充电；搁置30min，用18A放电到30V，试验结果见表一。
1.2、在环境-25±5℃下，先将蓄电池组中278个单体的电压分别放电到1.0V，，然后，在420V下恒压充电，当电流达到9A时，停止充电；搁置30min，用18A放电到30V，检测蓄电池的放电容量和转化效率。试验结果见表一。
1.3在环境50±5℃下，先将蓄电池组中278个单体的电压分别放电到1.0V，然后，在420V下恒压充电，当电流达到9A时，停止充电；搁置30mi n，用18A放电到30V，检测蓄电池的放电容量和转化效率。试验结果见表一。
表一
| 比较例1.1 | 比较例1.2 | 比较例1.3 | 发明例2.1 | 发明例2.2 | 发明例2.3 | |
| 放电容量％ | 90 | 70 | 75 | 93 | 90 | 86 |
| 安全阀是否开启 | / | / | 开启 | / | / | / |
| 电池的温升 | 正常 | 正常 | 电池温度超过65℃ | 正常 | 正常 | 正常 |
2、采用本发明的非线性恒压充电方式进行充电
2.1、采用Digatron(400A600V)电池组综合测试仪进行试验，蓄电池的标称电压336V，额定容量60Ah，在环境温度25±5℃下，先将蓄电池组中278个单体的电压分别放电到1.0V，，然后，在采用本发明的非线性恒压充电方式进行充电，充电电流限制在60A，当满足本发明的非线性恒压充电终止条件时停止充电，停止充电；搁置30min，用18A放电到30V，试验结果见表二。
2.2、在环境-25±5℃下，先将蓄电池组中278个单体的电压分别放电到1.0V，然后，在采用本发明的非线性恒压充电方式进行充电，充电电流限制在60A，当满足本发明的非线性恒压充电终止条件时停止充电；搁置30min，用18A放电到30V，试验结果见表二。
2.3、在环境50±5℃下，先将蓄电池组中278个单体的电压分别放电到1.0V，然后，在采用本发明的非线性恒压充电方式进行充电，充电电流限制在60A，当满足本发明的非线性恒压充电终止条件时停止充电；搁置30min，用18A放电到30V。试验结果见表二。
表二
| 比较例1.1 | 比较例1.2 | 比较例1.3 | 发明例2.1 | 发明例2.2 | 发明例2.3 | |
| 放电容量％ | 94 | 81 | / | 95 | 93 | 87 |
| 安全阀是否开启 | / | / | 开启 | / | / | / |
| 电池的温升 | 正常 | 正常 | 电池温度超过65℃热失控 | 正常 | 正常 | 正常 |
Claims (5)
1、一种镍氢电池组恒压充电方法，其特征是所述的充电方法在恒压充电条件下当满足4种判别模式中任何一种状态参数时停止充电，可以使通过串联方式镍氢蓄电池组在整个充电过程中充到最大容量并且安全可靠，其判定模式：
1)、蓄电池组的充电电压呈逐渐上升逼近充电恒压设定值而充电电流呈连续下降趋势其电流与时间的变化率dI/dt的绝对值小于等于0.25-0.01。
2)、充电电流出现+ΔI，即充电电流出现不减反增时必须立刻停止充电过程，+ΔI取值范围0.01-0.10C。
3)、电池荷电量SOC估值大于93％。
4)、单次充电持续时间大于1小时。
2、根据权利要求1所述的恒压充电方法，其特征是恒压充电的最大电流不大于2C。
3、根据权利要求1或2所述的恒压充电方法，其特征是适用于对蓄电池组中含有0压单体蓄电池进行恒压充电。
4、根据权利要求1或2所述的恒压充电方法，其特征是适用于对蓄电池组中不含有0压单体蓄电池进行恒压充电。
5、根据权利要求1或2或3或4中所述的恒压充电方法，其特征是适用在-30～55℃下对蓄电池组进行恒压充电。
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