CN101702453B - 一种蓄电池充电管理方法及装置 - Google Patents

Abstract

为了能够根据温度合理调节蓄电池的充电电流，实现蓄电池快速、安全而可靠的充电，并有效延长蓄电池的使用寿命。本发明提供了一种蓄电池充电管理方法，包括以下步骤：监测蓄电池的放电容量，根据放电容量和蓄电池的总容量确定蓄电池的放电深度；将蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值相比较；以及当蓄电池的放电深度大于或等于预设的电池均充阈值容量时，启用温控充电模式，根据电池温度，调节充电电流，以对蓄电池进行充电。

Description

一种蓄电池充电管理方法及装置

技术领域

本发明涉及蓄电池领域，尤其涉及一种蓄电池充电管理方法及装置。

背景技术

随着近年来通信行业的迅速发展，相继建立干线光缆、微波无人站、移动基站等设施，这些设施中使用了大量的蓄电池组。蓄电池成本高，在投资中所占比例大，对蓄电池正确使用，合理养护才能避免出现达不到标称的电池容量、使用寿命和充放电次数，因此对蓄电池进行科学的充电管理至关重要。

通常，蓄电池在使用后需要对其重新充电，以使其恢复电池容量以备市电意外断电时提供电力。蓄电池的充电由开关电源实现，因此，开关电源充电管理的方法的优劣直接关系到蓄电池的电池容量和使用寿命。

开关电源对蓄电池进行充电的模式有两种，一种是浮充充电模式，这种充电模式的充电电压对于一些通信用蓄电池为每节电池2.23V～2.25V，是在完成充电的蓄电池上施加一个充电电压，使产生微小的充电电流，其功能主要是补偿蓄电池的自放电引起的电力消耗，使蓄电池能稳定的保持其电池容量。另一种充电模式是均衡充电模式，这种充电模式的充电电压对于一些通信用蓄电池为每节电池2.35V，是对放电后的蓄电池进行快速充电，使放电后的蓄电池能及时得到电力补充。为了不损害蓄电池的使用寿命，通常在以下几种情况下需要进行均衡充电，如新的蓄电池系统安装完毕，应采用均衡充电模式对蓄电池组进行充电；蓄电池在搁置停用一段时间后需进行均均衡充电；以浮充充电模式充电了一段时间的蓄电池需进行均衡充电；蓄电池深放电后需进行均衡充电。

目前，在对蓄电池的充电管理中，对蓄电池进行均衡充电的模式有多种，主要的有恒流充电法、二段充电法、恒压充电法。其中，恒流充电法是在对蓄电池充电的过程中保持充电电流为一恒定数值，其缺点在于，到了充电后期，该充电电流大多用于电解水，并产生出大量氢气和氧气，这些气体只有少部分能再化合成水，因此导致蓄电池内部气压增大，引起排气阀门开启，并造成电池失水。恒压充电法是在对蓄电池充电的过程中保持充电电压为一恒定数值，其缺点在于在充电初期充电电流很大，容易蓄电池极板上附着的硫酸铅脱落，形成不可逆转的硫化，从而大大影响蓄电池的电池容量及使用寿命，更严重的情况是，过大的充电电流容易使蓄电池的极板弯曲，进而造成电池报废。二阶段法是采用恒流充电法和恒压充电法相结合的快速充电方法，该方法先以恒定电流将蓄电池充电至预定的电压值，而后再用恒压充电法对蓄电池完成剩余的充电，这种方法的缺点在于，先采用的恒定电流也是比较大的，也容易造成蓄电池极板上硫酸铅脱落，形成不可逆转的硫化，影响使用寿命。另外，用这些方法进行充电的过程中，随着充电的进行，尤其是在大电流充电的情况下，蓄电池的温度逐渐升高，升高的温度会加剧蓄电池极板的腐蚀，并消耗蓄电池中的水，造成蓄电池使用寿命减少、电池容量下降甚至损坏的结果。

因此，如何快速、安全地实现对蓄电池的充电成为必须解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种蓄电池充电管理方法及装置，根据温度合理调节蓄电池的充电电流，实现蓄电池快速、安全而可靠的充电，并有效延长蓄电池的使用寿命。

下文将简要描述发明内容的主要步骤，各步骤的实现将在具体实施方式中详细阐述。

本发明提供了一种蓄电池充电管理方法，包括以下步骤：监测蓄电池的放电容量，根据放电容量和蓄电池的总容量确定蓄电池的放电深度；将蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值相比较；以及当蓄电池的放电深度大于或等于预设的电池均充阈值容量时，启用温控充电模式，根据电池温度，调节充电电流，以对蓄电池进行充电。

其中，在启用温控充电模式进行充电之前，方法进一步包括：启动恒流充电模式，根据放电深度自动调小充电电流，以对蓄电池充电。

其中，在根据电池温度，调节充电电流，以对蓄电池进行充电的步骤之后，方法进一步包括：当电池电压达到预设的均衡充电电压值时，启动恒压充电模式对蓄电池充电。

其中，启用温控充电模式进行充电包括：当电池温度小于或等于T时，充电电流的值为C*C_oef；当电池温度处于大于T而小于等于时，充电电流值为C*C_oef-C*(t_bat-T)*BatCoef；当电池温度大于等于时，充电电流值为0.5C_oef*C；其中，T为基准温度，t_bat为电池温度，C_oef为充电电流比率，C为蓄电池总容量，BatCoef为充电电流比率温补系数。

其中，根据放电深度自动调小充电电流包括：根据放电深度，从预先保存的放电深度与充电电流比率可调因子的对应关系中得到充电电流比率可调因子；自动调小后的充电电流为根据C*C_oef-C*ΔC_oef确定的值；其中，ΔC_oef为充电电流比率可调因子。

其中，在将蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值容量相比较之后，方法进一步包括：当蓄电池的放电深度小于预设的电池均充阈值容量时，启动浮充充电模式对蓄电池进行充电。

本发明还提供了一种蓄电池充电管理的装置，包括：

监测单元，用于监测蓄电池的放电容量，根据放电容量和蓄电池的总容量确定蓄电池的放电深度；比较单元，用于将监测单元确定的蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值相比较；以及调节单元，用于在蓄电池的放电深度大于或等于预设的电池均充阈值容量时，启用温控充电模式，根据电池温度，调节充电电流，以对蓄电池进行充电。

其中，调节单元在启用温控充电模式进行充电之前，进一步用于启动恒流充电模式，根据放电深度自动调小充电电流，以对蓄电池充电。

其中，调节单元在启用温控充电模式进行充电之后，进一步用于在电池电压达到预设的均衡充电电压值时，启动恒压充电模式对蓄电池充电。

其中，调节单元在将蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值容量相比较之后，进一步用于在蓄电池的放电深度小于预设的电池均充阈值容量时，启动浮充充电模式对蓄电池进行充电。

本发明所提供的一种蓄电池充电管理方法及装置，采用分段充电法，通过监测电池容量、电池温度等动态参量，及时调整充电电流，实现蓄电池快速、可靠充电；并能够在蓄电池已经出现硫化的情况下，尽可能通过开关电源的有效管理，延长了蓄电池的使用寿命，使蓄电池使用价值最大化，降低了用户的投资成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明的充电管理方法的流程图；

图2为本发明的充电管理方法的充电曲线示意图；

图3为本发明的充电管理方法的具体实施例的充电曲线的示意图；

图4为本发明的充电管理装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的蓄电池充电管理方法属于均衡充电法，可将其称为分段充电法，下面结合附图详细说明本发明的技术方案。

图1为本发明的充电管理方法的流程图；图2为本发明的充电管理方法的充电曲线示意图，分别为充电电流随时间的变化以及电池电压随时间的变化。参见图1，并结合图2中的充电电流和充电电压分别随时间的变化的曲线描述本发明的充电管理方法，即分段充电法的实现流程。

步骤101，根据用户输入对蓄电池的充电参数进行设置。参数包括充电电流比率、充电电流比率温补系数、基准温度、均衡充电电压、浮充充电电压、电池均充阈值容量、快速充电阈值、均充末期电流比率等。这些参数的范围通常是由蓄电池生产厂家提供，用户在其提供的参数范围内选择一个合适的值进行设定。

步骤102，市电停电后蓄电池开始放电，同步启动电池的放电状态监测，主要监测参量包括电池的放电容量、电池电压、电池电流以及电池温度，并根据记录的电池放电容量确定电池的放电深度。

所述放电深度根据放电容量、蓄电池总容量确定，放电深度是蓄电池放出电量占蓄电池总容量的比率。蓄电池的容量放电时，其容量直接体现在其电压上，因此通过蓄电池电压的变化也可知蓄电池容量的变化。

步骤103，在市电恢复后，负载的供电切换到由市电为负载提供电力，蓄电池停止放电并开始充电，补充消耗的电力。

将该蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值容量相比较，如果蓄电池的放电深度小于预设的电池均充阈值容量，则转到步骤107；否则启动分段充电法，对该蓄电池进行充电。

所述电池均充阈值容量的值可以设置在20％左右，当蓄电池的放电深度小于该电池均充阈值容量时，说明蓄电池在供电的过程中放出的电量较少，通过浮充充电模式就可以实现对其电力的补充。所述浮充充电模式充电电流小，适合于对放出电量少的非深度放电的情况，也适用于补偿蓄电池由于自放电引起的电力消耗。

步骤104，启动恒流充电模式，根据放电深度自动调小充电电流，对蓄电池慢速充电，直到电池容量达到预设的快速充电阈值。

根据放电深度自动调小充电电流的方法是：对蓄电池进行充电管理的装置中预先保存了放电深度与充电电流比率可调因子的对应关系，根据放电深度可以从该对应关系中可以得到与放电深度相对应的充电电流比率可调因子；也可以通过其他方式确定调小的充电电流，如该调小的充电电流值预先由用户设定。

该自动调小的充电电流值是将蓄电池的充电电流比率在预先设置的值的基础上根据放电深度自动调小一定量后所确定的电流值。可表述为根据预设的充电电流比率确定的充电电流与根据充电电流比率可调因子确定的电流调节量之间的差值。用公式可表示为：

I_小电流＝C*C_oef-C*ΔC_oef

其中，I_小电流表示自动调小的充电电流值、C表示蓄电池总容量、C_oef表示充电电流比率、ΔC_oef表示充电电流比率可调因子；C_oef*C即为根据预设的充电电流比率确定的充电电流，为蓄电池总容量与充电电流比率的乘积，也称为限流值，可表示为：I_限流值＝C*C_oef；C*ΔC_oef即为根据充电电流比率可调因子确定的电流调节量，为蓄电池总容量与充电电流比率可调因子的乘积，则该电流调节量可表示为：I_调节量＝C*ΔC_oef，因此自动调小的充电电流值还可表示为：

I_小电流＝I_限流值-I_调节量

该小电流恒流充电模式的作用体现在图2中为t0至t1时间段所对应的曲线，对蓄电池充电的电流为自动调小的充电电流值，这个值较小，随着充电过程的继续，蓄电池的电池电压逐渐升高，但升高得比较缓慢。

采取小电流恒流充电模式对蓄电池进行充电的作用主要是防止放电后电池极板上附着的硫酸铅脱落，形成不可逆转的硫化，影响电池的使用寿命，当电池容量达到预设的快速充电阈值，表明极板表面的硫酸铅已还原，此时可以采用较大电流充电，而不会对器件造成损害。

步骤105，启动根据电池温度调节充电电流的温控充电模式，采用较大的电流对蓄电池进行充电。当电池电压上升至设定的均衡充电电压值时，执行步骤106。

所述根据电池温度调节充电电流对所述蓄电池进行充电是这样实现的：首先将监测到的电池温度与预设的基准温度相比较，如果监测到的电池温度小于或等于预设的电池基准温度，则充电电流以限流值对所述蓄电池进行充电，表示为：

若t_bat≤T，则I＝I_限流值＝C*C_oef，

其中，t_bat为电池温度，I为充电电流。

当监测到的电池温度大于基准温度时，对所述蓄电池充电的充电电流由以下公式确定：

I＝C*NC_oef＝C*(C_oef-ΔC_oef)

其中，NC_oef为实际的充电电流比率，是预设的充电电流比率与大电流充电时的充电电流比率可调因子的差值；ΔC_oef为大电流充电时的充电电流比率可调因子。

所述大电流充电时的充电电流比率可调因子由以下公式确定：

ΔC_oef＝(t_bat-T)*BatCoef

其中，BatCoef为电池充电电流比率温补系数。当监测到的电池温度使得ΔC_oef＞0.5*C_oef，即 $t_{\mathrm{bat}}>\frac{C_{\mathrm{oef}}}{2\mathrm{BatCoef}}+T$ 时，则规定：

ΔC_oef＝0.5*C_oef

因此，当 $T<t_{\mathrm{bat}}\&le;\frac{C_{\mathrm{oef}}}{2\mathrm{BatCoef}}+T$ 时，充电电流为：

I＝C_oef*C-(t_bat-T)*BatCoef*C

而当 $t_{\mathrm{bat}}>\frac{C_{\mathrm{oef}}}{2\mathrm{BatCoef}}+T$ 时，充电电流为：

I＝I_min＝0.5C_oef*C

其中，I_min为限流值最小值。

也可以定义电流的调节量为f(t_bat)＝-ΔC_oef*C_oef，则I还可表示为：

I＝I_限流值+f(t_bat)

公式ΔC_oef＞0.5*C_oef中的系数0.5此处为一较佳值，该系数也可以设置成其他合适的值。

当电池温度低于预设的电池基准温度时，以恒定的限电流I_限流值对蓄电池充电；随着充电的进行，电池温度高于预设的电池基准温度时，随着温度的升高，充电电流变小，以避免温度上升的过快；当电池温度上升到一定值时，以限流值最小值I_min对蓄电池进行充电。在充电过程中也可能出现如下等情况：电池温度始终低于基准温度，则始终以充电电流I＝I_限流值对电池充电；或者电池温度仅上升T和

之间的一个值，则先以充电电流I＝I_限流值，再以充电电流I＝C_oef*C-(t_bat-T)*BatCoef*C进行充电；或者电池温度在基准温度附近保持一个动态平衡等等。该温控充电模式的作用体现在图2中为t1至t3时间段所对应的曲线，图中先以I＝I_限流值进行充电，t2时刻开始，再以I＝C_oef*C-(t_bat-T)*BatCoef*C进行充电。

在采用较大电流对蓄电池快速充电的过程中引入对温度的调节，可以避免大电流让电池温度升的很高，起到保护电池的作用。

步骤106，启动恒压充电模式对蓄电池充电，一段时间后，在充电电流小于均充末期维持电流，进入均充维持阶段，执行一段时间后，执行步骤107。

以恒压充电模式对蓄电池充电的阶段称为电池充电吸收阶段。随着充电的进行，电能的转化效率也随着递减，近似呈指数规律，当蓄电池接近充满，电池电压达到或超过浮充电压时如果再以大电流充电，只有少部分电能转换为化学能，其余的都被发热或电解水消耗，可能导致电池鼓肚甚至破裂。因此，转而使用恒压充电模式以均衡充电电压对蓄电池充电，此时蓄电池充电电流非常小，均衡充电状态再维持一段时间就自动结束均衡充电。所述维持周期的长度可根据蓄电池的性能设置。

均充末期维持电流根据预设的均充末期电流比率与蓄电池的总容量的乘积得到。用户可根据蓄电池的类型设定合适的均充末期电流比率来确定均充末期维持电流。

该温控充电模式的作用体现在图2中为t3至t4时间段所对应的曲线，如曲线所示，蓄电池的电池电压保持恒定，蓄电池的充电电流以近似指数规律下降。

步骤107，转入浮充充电模式，维持蓄电池的容量保持稳定。

蓄电池在结束均衡充电后，对其进行浮充充电，其作用是补偿蓄电池自放电引起的电力消耗，使蓄电池能稳定的保持其电池容量。

图3为本发明的充电管理方法的具体实施例的充电曲线的示意图，下面结合附图及具体实施例来说明。

以某通信基站为例，该站点负载为120A，配置500AH电池，配置50A整流模块6个。通过监控人工设定蓄电池充电电流比率为0.15/H，设定电池充电电流比率温补系数0.01/H℃，基准温度25℃，均衡充电电压56.4V，浮充充电电压53.5V，电池均充阈值容量20％、快速充电阈值35％、均充末期维持电流0.015C。具体的过程如下：

t0时刻市电供电中断，蓄电池开始放电，电池电压开始跌落，容量开始减少。

t1时刻市电供电恢复正常，切换到由市电为负载提供电力。由于蓄电池放电较多，其放电深度大于预设的电池均充阈值容量，因此先以充电电流自动调小的恒流充电模式对蓄电池充电，充电电流值为0.10C。

t2时刻，电池电压上升到快速充电阈值，进入快速充电阶段，此时的电池温度为20℃，未达到基准温度25℃，因此，充电电流调整为限流值0.15C对蓄电池进行快速充电，电池电压快速上升、电池容量也快速增加。

t3时刻，电池温度升高到25℃，实际的充电电流仍为设定的限流值0.15C；t3时刻之后，电池温度升高并超过了基准温度，如t4时刻，温度上升到26℃，这时，ΔC_oef＝(26-25)*0.01＝0.01且由于ΔC_oef≤0.5*C_oef＝0.075，充电电流I＝0.15C-(26-25)*0.01*C为0.14C；随充电的进行，蓄电池的温度继续升高，如升高到27℃，这时充电电流为0.13C。本实施例中，引入温度调节并不能使蓄电池的温度降低，但可以减慢其温度上升的速度。

t5时刻，蓄电池的温度升高到28℃，这时充电电流为0.12C，此时，电池电压上升至设定的均充电压值56.4V，启动恒压充电模式，电池电流越来越小，电池容量接近满容量，且上升缓慢。

t6时刻电池电流小于均充末期维持电流0.015C，此时进入均充维持阶段。

t7时刻电池均充维持结束自动转入浮充。

从上面的实施例可以看出，分段充电方法，安全、快速、有效地实现了蓄电池的自动充电并延长蓄电池的使用寿命，真正做到对电池的精细化维护及管理。

基于上述方法的本发明的充电管理装置的结构如图4所示，包括：

监测单元，用于监测蓄电池的放电容量，根据所述放电容量和所述蓄电池的总容量确定所述蓄电池的放电深度；比较单元，用于将所述监测单元确定的蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值容量相比较；调节单元，用于在所述蓄电池的放电深度大于或等于所述预设的电池均充阈值容量时，根据电池温度，调节充电电流，以对所述蓄电池进行充电。

另外，调节单元在根据电池温度，调节充电电流，以对所述蓄电池进行充电之前，进一步用于启动恒流充电模式，根据放电深度自动调小充电电流，以对所述蓄电池充电，直到电池容量达到预设的快速充电阈值。调节单元在根据电池温度，调节充电电流，以对所述蓄电池进行充电的步骤之后，进一步用于在所述电池电压达到预设的均衡充电电压值时，启动恒压充电模式对所述蓄电池充电。调节单元在将所述蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值容量相比较之后，进一步用于在所述蓄电池的放电深度小于所述预设的电池均充阈值容量时，启动浮充充电模式对所述蓄电池进行充电。

综上所述，在对蓄电池使用均衡充电模式进行充电的过程中，首先采用自动调小的恒流充电模式对蓄电池充电，避免了蓄电池在深度放电的情况下，大的充电电流造成电池极板上附着的硫酸铅脱落，形成不可逆转的硫化，影响电池的使用寿命；当充电一段时间后，即蓄电池容量达到预设的快速充电阈值，极板表面的硫酸铅已还原时再利用大电流快速充电。快速充电的过程中采用了根据电池温度调节充电电流的温控充电模式，引入对温度的调节，可以避免大电流让电池温度升的很高、造成极板的腐蚀加剧、消耗过多的水，从而起到保护蓄电池的作用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种蓄电池充电管理方法，其特征在于，包括以下步骤：

监测蓄电池的放电容量，根据所述放电容量和所述蓄电池的总容量确定所述蓄电池的放电深度；

将所述蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值容量相比较；以及

当所述蓄电池的放电深度大于或等于所述预设的电池均充阈值容量时，启用温控充电模式，根据电池温度调节充电电流，对所述蓄电池进行充电；

其中，所述启用温控充电模式进行充电包括：

当所述电池温度小于或等于T时，充电电流的值为C*C_oef；

当所述电池温度处于大于T而小于等于时，充电电流值为C*C_oef-C*(t_bat-T)*BatCoef；

当所述电池温度大于等于

时，充电电流值为0.5C_oef*C；

其中，T为基准温度，t_bat为电池温度，C_oef为充电电流比率，C为蓄电池总容量，BatCoef为充电电流比率温补系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在启用温控充电模式进行充电之前，进一步包括：

启动恒流充电模式，根据放电深度自动调小充电电流，以对所述蓄电池充电。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在启用温控充电模式进行充电之后，所述方法进一步包括：

当所述电池电压达到预设的均衡充电电压值时，启动恒压充电模式对所述蓄电池充电。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据放电深度自动调小充电电流包括：

根据放电深度，从预先保存的放电深度与充电电流比率可调因子的对应关系中得到充电电流比率可调因子；

自动调小后的充电电流为根据C*C_oef-C*ΔC_oef确定的值；

其中，C_oef为充电电流比率，C为蓄电池总容量，ΔC_oef为充电电流比率可调因子。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在将所述蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值容量相比较之后，所述方法进一步包括：

当所述蓄电池的放电深度小于所述预设的电池均充阈值容量时，启动浮充充电模式对所述蓄电池进行充电。

6.一种蓄电池充电管理装置，其特征在于，包括：

监测单元，用于监测蓄电池的放电容量，根据所述放电容量和所述蓄电池的总容量确定所述蓄电池的放电深度；

比较单元，用于将所述监测单元确定的蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值容量相比较；以及

调节单元，用于在所述蓄电池的放电深度大于或等于所述预设的电池均充阈值容量时，启用温控充电模式，根据电池温度调节充电电流，对所述蓄电池进行充电；

其中，所述启用温控充电模式进行充电包括：

当所述电池温度小于或等于T时，充电电流的值为C*C_oef；

当所述电池温度处于大于T而小于等于

时，充电电流值为C*C_oef-C*(t_bat-T)*BatCoef；

当所述电池温度大于等于

时，充电电流值为0.5C_oef*C；

其中，T为基准温度，t_bat为电池温度，C_oef为充电电流比率，C为蓄电池总容量，BatCoef为充电电流比率温补系数。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调节单元在启用温控充电模式进行充电之前，进一步用于启动恒流充电模式，根据放电深度自动调小充电电流，以对所述蓄电池充电。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述调节单元在启用温控充电模式进行充电之后，进一步用于在所述电池电压达到预设的均衡充电电压值时，启动恒压充电模式对所述蓄电池充电。

9.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述调节单元在将所述蓄电池的放电深度与预设的电池均充阈值容量相比较之后，进一步用于在所述蓄电池的放电深度小于所述预设的电池均充阈值容量时，启动浮充充电模式对所述蓄电池进行充电。

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