CN102456931B - 铅酸电池配组方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铅酸电池配组方法和系统，其包括：测量构成铅酸电池模块的多个铅酸电池单格的特性参数；以及根据所述多个铅酸电池单格的特性参数的测量结果来划分所述铅酸电池模块的等级；通过本发明能够准确识别铅酸电池组中多个铅酸电池单格的状况，并根据所述多个铅酸电池单格的状况精确地设定铅酸电池模块等级，从而有助于延长铅酸电池组的使用寿命，并且能够提供多种质量等级的铅酸电池模块以适应不同层次的用户需求。

Description

铅酸电池配组方法和系统
技术领域
本发明涉及铅酸电池，更具体地，涉及一种铅酸电池配组方法和系统。
背景技术
铅酸电池具有100多年的历史，其广泛应用于电动自行车和电动汽车。通常，铅酸电池单格的额定电压值为2v，市场上12v或16v的铅酸电池模块分别是由6个或8个铅酸电池单格串联组成，并且电动自行车和电动汽车大部分使用通过将若干个12v或16v的铅酸电池模块串联而构成的36v、48v、60v甚至64v的铅酸电池组作为动力源。
目前，铅酸电池模块的使用寿命通常为一年至一年半，这对于电动自行车和电动汽车的应用来说太短了。另外，铅酸电池模块中的铅酸电池单格的过度放电而产生的压降(voltagedropping)最容易导致铅酸电池模块的寿命大大缩短，但现有的基于铅酸电池模块的配组技术并不能识别出这种铅酸电池单格过度放电而导致的压降，因此无法有效地延长铅酸电池模块的使用寿命。
如图1所示，以12V的铅酸电池模块为例，现有的铅酸电池配组流程大致为：生产商在电池生产阶段或出厂测试阶段对铅酸电池模块进行充放电循环，并由操作员采用如图所示的方式人工地测量铅酸电池模块的模块放电电压，再根据铅酸电池模块的模块放电电压的测量结果来筛选可用于配组的铅酸电池模块。由于这种人工测量的方式均是以铅酸电池模块为最小单位而执行，显然无法顾及到组成铅酸电池模块中的各个铅酸电池单格的状况。
更详细而言，生产商在电池生产阶段或出厂测试阶段对铅酸电池模块执行额定容量的放电并静置一段时间之后，再测量铅酸电池模块的模块放电电压。例如，如果需要配组48V的铅酸电池组，即需要筛选4个12V的铅酸电池模块，首先对多个额定容量为20Ah的满电量的铅酸电池模块进行20Ah的放电，在多个铅酸电池模块完成20Ah的放电后静置一段时间(例如，半小时或1小时)，再测量静置后的多个铅酸电池模块的模块放电电压，基于多个铅酸电池模块的模块放电电压的测量结果进一步筛选能够配组的铅酸电池模块。现有技术的铅酸电池模块应当同时满足如下的配组条件：
(1)每个铅酸电池模块的模块放电电压均高于预定的阈值，例如，10.5V；以及
(2)两个铅酸电池模块之间的模块放电电压的差值均在规定的限度内，例如，50mV。换言之，如果存在两个铅酸电池模块之间的模块放电电压的差值在规定的限度之外，则认为该铅酸电池模块不合格，需要将其排除。
结合图2所示，根据前述配组条件，由于铅酸电池模块M13的模块放电电压低于预定的阈值10.5V且铅酸电池模块M13和M14的模块放电电压的差值超出规定的限度50mV，则铅酸电池模块M11～M14将不被用来配置铅酸电池组。此外，由于铅酸电池模块Mn1～Mn4满足前述配组条件，因此可将它们相互串联组成1个48v的铅酸电池组。
上述铅酸电池配组方法的缺点在于：每个铅酸电池模块包含多个铅酸电池单格，而铅酸电池模块之间的模块放电电压的差值并不能准确地反映其中所包含的铅酸电池单格之间的单格放电电压的差值，因此采用现有的电池配组技术无法准确地识别出由铅酸电池单格过度放电而导致的压降，进而使得整个铅酸电池组的使用寿命可能因某个铅酸电池单格过度放电而导致的压降而大大缩短。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铅酸电池配组方法，其能够准确识别铅酸电池组中多个铅酸电池单格的状况，并根据所述多个铅酸电池单格的状况精确地设定铅酸电池模块等级，从而有助于延长铅酸电池组的使用寿命。
为了实现上述目的，本发明提供了一种铅酸电池配组方法，其包括：测量构成铅酸电池模块的多个铅酸电池单格的特性参数；以及根据所述多个铅酸电池单格的特性参数的测量结果来划分所述铅酸电池模块的等级。
相应的，本发明还提供了一种铅酸电池配组系统，其包括：检测装置，用于测量构成铅酸电池模块的多个铅酸电池单格的特性参数；以及控制器，用于根据所述多个铅酸电池单格的特性参数的测量结果来划分所述铅酸电池模块的等级。
通过本发明所提供的铅酸电池配组方法和系统，可以准确地识别构成铅酸电池模块的铅酸电池单格相互之间的特性参数的差值，从而能够有效避免因某些铅酸电池单格过度放电引起铅酸电池模块的使用寿命缩短，此外根据铅酸电池单格的特性参数能够建立多种质量等级的铅酸电池模块以适应不同层次的用户需求。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1所示为现有的人工测量铅酸电池模块的模块放电电压并实现配组的示意图；
图2所示为现有的铅酸电池配组技术中的配组条件的示意图；
图3所示为采用本发明的一个实施例的铅酸电池配组方法来配组一个48V的铅酸电池组Pm(即需要筛选4个12V的铅酸电池模块)的铅酸电池配组系统的示意图；
图4所示为根据本发明实施例的铅酸电池配组方法中的配组条件的示意图；以及
图5所示为采用本发明的一个实施例的铅酸电池配组方法来配组多个48V的铅酸电池组的铅酸电池配组系统的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。
如上所述，本发明旨在改进现有的基于铅酸电池模块的铅酸电池配组方法，其能够准确识别铅酸电池组中多个铅酸电池单格的状况，并根据所述多个铅酸电池单格的状况精确地设定铅酸电池模块等级，从而有助于延长铅酸电池组的使用寿命。
如图3所示为采用本发明的一个实施例的铅酸电池配组方法来配组一个48V的铅酸电池组Pm(即需要筛选4个12V的铅酸电池模块)的铅酸电池配组系统的示意图。如图所示，1个48V的铅酸电池组Pm包括4个串联的铅酸电池模块Mm 1～Mm4，每个铅酸电池模块进一步包含6个串联铅酸电池单格，且所有铅酸电池单格均连接到检测装置100。该检测装置100用于检测每一个铅酸电池单格的单格放电电压，并将检测得到的结果可通过内部总线传送给通信装置200，所述通信装置200进一步通过外部总线连接至外部控制器(未图示出)，由外部控制器根据接收到的单格放电电压的检测结果对铅酸电池单格进行诸如分级和配组条件匹配等的处理。
其中，需要说明的是：为了简化图示，图3仅示出了铅酸电池模块Mm1和Mm4内的铅酸电池单格串联结构，但本领域技术人员应能理解铅酸电池模块Mm2、Mm3具有相同的结构。此外，虽然图3所示以48V的铅酸电池组为例，对应的检测装置100支持同时对24个铅酸电池单格进行状态检测(即具有24个检测通道)，但本领域技术人员应能理解检测装置100的检测通道数量不限于此，而可以根据实际的应用环境和用户需求灵活调整，例如，需要筛选4个16V的铅酸电池模块(每个铅酸电池模块包括8个铅酸电池单格)串联组成64V的铅酸电池组，则检测装置100的检测通道数量对应地增加到32个。
此外，优选地，检测装置100还可在电池生产阶段监测铅酸电池模块的温度。例如，通过如图3所示对各铅酸电池模块Mm1～Mm4进行温度检测，以确保所有的铅酸电池模块处于相同的温度条件下，从而可以提高上述电压检测的准确度。
在经由检测装置100获得所有铅酸电池单格的单格放电电压的检测结果之后，基于所述检测结果进一步对铅酸电池单格进行诸如分级和配组条件匹配等的处理。
在满容量的铅酸电池模块完成额定容量(例如，20Ah)的放电并静置一段时间之后，经由检测装置100测量每个铅酸电池单格的单格放电电压。在一个实施例中，每个铅酸电池单格的单格放电电压均不低于预定的阈值(例如，1.75V)的情况下，如果构成铅酸电池模块的所有铅酸电池单格相互之间的单格放电电压的差值均小于或等于20mV，则将该铅酸电池模块划分为最优的第一等级；如果构成铅酸电池模块的所有铅酸电池单格相互之间的单格放电电压的最大差值在20mV～35mV的范围内，则将该铅酸电池模块划分为较优的第二等级；如果构成铅酸电池模块的所有铅酸电池单格相互之间的单格放电电压的最大差值在35mV～50mV的范围内，则将该铅酸电池模块划分为合格的第三等级；以及，如果构成铅酸电池模块的所有铅酸电池单格相互之间的单格放电电压的最大差值超出50mV，则将该铅酸电池模块划分为不合格的第四等级。
通过在电池生产阶段进行铅酸电池单格的单格放电电压测量，并基于测量结果进行分级，有助于提高电池生产商的产量，例如可通过调节被划分为不合格的第四等级的铅酸电池模块中的铅酸电池单格的酸注入量来提高成品合格率，也可通过调节被划分为较低等级的铅酸电池模块中的铅酸电池单格的酸注入量来提高铅酸电池模块的等级。更重要的是，本发明的铅酸电池配组方法和系统能够根据铅酸电池单格的状况进行分级，从而实现更加精确的配组。
换言之，本发明的铅酸电池配组方法应当满足如下的配组条件：
(1)每个铅酸电池单格的单格放电电压高于预定的阈值，例如，1.75V；
(2)如果构成一个铅酸电池模块的所有铅酸电池单格相互之间的单格放电电压的差值均在规定的第一限度(例如，不大于20mV)内，则将该铅酸电池模块划分为一等品；否则
(3)如果构成一个铅酸电池模块的所有铅酸电池单格相互之间的单格放电电压的差值的最大值大于上述第一限度但小于规定的第二限度(例如，在20mV～35mV的范围内)，则将该铅酸电池模块划分为二等品；否则
(4)如果构成一个铅酸电池模块的所有铅酸电池单格相互之间的单格放电电压的差值的最大值大于上述第二限度但小于规定的第三限度(例如，在35mV～50mV的范围内)，则将该铅酸电池模块划分为三等品；
(5)如果构成一个铅酸电池模块的所有铅酸电池单格相互之间的单格放电电压的差值的最大值超过上述第三限度(例如，大于50mV)，则认为该铅酸电池模块不合格。
结合图4所示，，根据上述配组条件，由于铅酸电池单格C13的单格放电电压低于阈值1.75v，且铅酸电池单格C13和C14之间的单格放电电压的差值大于50mV，因此认为由铅酸电池单格C11～C16组成的铅酸电池模块不合格，该铅酸电池模块将不适合用来配置铅酸电池组。并且，由于铅酸电池单格Cn1～Cn6的单格放电电压均不低于阈值1.75v，且最大的单格放电电压的差值即铅酸电池单格Cn2和Cn5之间的单格放电电压的差值大于上述第一限度但小于规定的第二限度(即在20mV～35mV的范围内)，因此认为铅酸电池单格Cn1～Cn6相互串联组成1个属于二等品的铅酸电池模块。
在一个实施例中，可以先计算单格放电电压大于阈值的多个铅酸电池单格的单格放电电压平均值，再以所述单格放电电压平均值为基准设立铅酸电池配组方法的配组条件，例如，构成一个铅酸电池模块的所有铅酸电池单格的单格放电电压均在所述单格放电电压平均值的±10mV以内，则将该铅酸电池模块划分为一等品；构成一个铅酸电池模块的所有铅酸电池单格的单格放电电压均在所述单格放电电压平均值的±17.5mV以内，则将该铅酸电池模块划分为二等品；以此类推，不复赘述。
综上所述，通过在电池生产阶段进行铅酸电池单格的状态测量，可以准确地识别用以构成铅酸电池(组)的铅酸电池单格的压降，从而能够有效避免因压降引起铅酸电池组的使用寿命缩短。并且，通过基于铅酸电池单格的测量结果应用与现有技术相比更准确的配组条件，可以提供多种质量等级的铅酸电池模块以适应不同层次的用户需求。
需要说明的是，尽管以测量铅酸电池单格在完成额定容量放电并静置一段时间后的放电电压为例对本发明的典型实施例进行了说明，但本发明不限于此。并且，本领域技术人员完全能够理解，测量铅酸电池单格的其它特性参数同样适用于本发明。例如，测量各铅酸电池单格在放电过程中的电压，此种情况下通常无需静置，并同样以铅酸电池单格相互之间的电压差作为判断依据；或者，测量各铅酸电池单格的内阻(即放电过程中电压除以电流所获得的值)，并以铅酸电池单格相互之间的内阻差作为判断依据。
此外，如图5所示为采用本发明的一个实施例的铅酸电池配组方法来配组多个48V的铅酸电池组的铅酸电池配组系统的示意图。该铅酸电池配组系统包括检测装置100、通信装置200以及控制器300。其中，检测装置100经由诸如I2C和SPI之类的内部总线将其检测到的铅酸电池单格的单格放电电压测量结果传输至通信装置200；而通信装置200经由诸如RS 485和CAN之类的外部总线将所述铅酸电池单格的单格放电电压测量结果传输至例如PC等的控制器300；控制器300根据所述铅酸电池单格的单格放电电压测量结果进行上述的分级和配组条件匹配等处理。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式仅旨在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (11)

1.一种铅酸电池配组方法，其特征在于，所述铅酸电池配组方法至少包括：
测量构成铅酸电池模块的多个铅酸电池单格的特性参数；以及
根据所述多个铅酸电池单格的特性参数的测量结果来划分所述铅酸电池模块的等级。
2.如权利要求1所述的铅酸电池配组方法，其特征在于，所述划分所述铅酸电池模块的等级步骤进一步包括：
根据所述多个铅酸电池单格的特性参数的测量结果计算所述铅酸电池单格相互之间的特性参数的差值；以及
根据所述铅酸电池单格相互之间的特性参数的差值，并参照规定的配组条件来划分所述铅酸电池模块的等级。
3.如权利要求2所述的铅酸电池配组方法，其特征在于，所述配组条件包括：
所述多个铅酸电池单格的特性参数的测量结果均不低于预定的阈值；
如果一个铅酸电池模块中的多个铅酸电池单格相互之间的特性参数的差值均小于或等于规定的第一限度，则将所述铅酸电池模块划分为一等品；
如果一个铅酸电池模块中的多个铅酸电池单格相互之间的特性参数的差值中的最大值大于所述第一限度且小于或等于规定的第二限度，则将所述铅酸电池模块划分为二等品；
如果一个铅酸电池模块中的多个铅酸电池单格相互之间的特性参数的差值中的最大值大于所述第二限度且小于或等于规定的第三限度，则将所述铅酸电池模块划分为三等品；以及
如果一个铅酸电池模块中的多个铅酸电池单格相互之间的特性参数的差值中的最大值大于所述第三限度，则将所述铅酸电池模块划分为不合格品。
4.如权利要求1所述的铅酸电池配组方法，其特征在于，所述特性参数为所述铅酸电池单格在满充电的铅酸电池模块完成额定容量放电并静置预定一段时间之后的单格放电电压。
5.如权利要求1所述的铅酸电池配组方法，其特征在于，所述铅酸电池配组方法还包括：
检测所述铅酸电池模块的温度，以确保在相同的温度条件下进行所述测量构成铅酸电池模块的多个铅酸电池单格的特性参数的步骤。
6.如权利要求1所述的铅酸电池配组方法，其特征在于，所述铅酸电池配组方法还包括：
根据所述铅酸电池模块的等级划分结果调整对应的铅酸电池模块的生产工艺。
7.如权利要求6所述的铅酸电池配组方法，其特征在于，所述调整对应的铅酸电池模块的生产工艺的步骤进一步包括调整所述铅酸电池模块的酸注入量。
8.一种铅酸电池配组系统，其特征在于，所述铅酸电池配组系统至少包括：
检测装置，用于测量构成铅酸电池模块的多个铅酸电池单格的特性参数；以及
控制器，用于根据所述多个铅酸电池单格的特性参数的测量结果来划分所述铅酸电池模块的等级。
9.如权利要求8所述的铅酸电池配组系统，其特征在于，所述控制器进一步包括：
计算单元，用于根据所述多个铅酸电池单格的特性参数的测量结果计算所述铅酸电池单格相互之间的特性参数的差值；以及
判断部件，用于根据所述铅酸电池单格之间的特性参数的差值，并参照规定的配组条件来划分所述铅酸电池模块的等级。
10.如权利要求8所述的铅酸电池配组系统，其特征在于，所述铅酸电池配组系统还包括：
通信装置，其连接在所述检测装置和所述控制器之间，用于将所述多个铅酸电池单格的特性参数的测量结果从所述检测装置传输至所述控制器。
11.如权利要求8所述的铅酸电池配组系统，其特征在于，所述检测装置还用于检测所述铅酸电池模块的温度，以确保在相同的温度条件下测量各个铅酸电池模块的多个铅酸电池单格的特性参数。
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