CN103490111A - 一种分段式恒流恒压充电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段式恒流恒压充电方法，步骤包括：根据电池的最佳充电曲线，确定初始阶段充电电流I₀，ΔI；实时采集蓄电池的实际充电电流I_d，充电电压U_d；根据检测的实际充电电流I_d，判断I_d的范围；输出当前分段恒流充电阶段的充电电流I_t；判断当前充电电压U_d，充电电流I_d的大小；当前充电电压U_d等于充电上限电压U_设，且当前充电电流I_d等于最小充电电流I_min时，充电过程结束。本发明主要根据最佳充电曲线迫使充电电流呈分段式指数下降，达到缩短充电时间，减少蓄电池失水和析气量，延长蓄电池使用寿命的目的。

Description

一种分段式恒流恒压充电方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种分段式恒流恒压充电方法。 

背景技术

铅酸电池因其成本低和技术成熟成为二十一世纪最有发展前途和应用前景的新型绿色能源。但在充电过程中的充电电流大小以及充电方法等对蓄电池的使用寿命产生显著影响，尤其充电过程中电池失水严重和析气量增加是导致电池报废的主要原因。在蓄电池充电过程中，为了保持相等而微量析气量，最佳充电电流是一条指数曲线。在曲线之上，会导致电池失水和增加析气量；在曲线之下，会延长蓄电池充电时间。因此，需要进一步研究更高效的充电方法，缩短充电时间，减少蓄电池失水和析气量，延长蓄电池的使用寿命。 

为了减少蓄电池的失水率和析气量，专利申请号为201110122004.3的中国发明专利提供了“一种蓄电池充电方法”。该发明专利主要根据测量蓄电池温度计算限制电压，判断是否进入限制电压充电阶段，进入限制电压充电阶段，再根据积时功率和积时电流迫使充电限制电压呈梯度下降，迫使充电电流下降，一定程度上降低电池失水，控制电池充电热失控现象的发生。但该发明专利所记载的方法存在以下弊端：1.该方法在恒流充电阶段，没有考虑恒流充电后期充电电流过大导致电池失水率增加，蓄电池寿命降低；2.该方法主要为了在一定程度上降低充电过程中蓄电池的失水率，没有考虑电池充电时间，所以迫使充电后期电流下降，会延长充电时间。 

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种保证蓄电池充电充足的条件下缩短充电时间、减少蓄电池充电过程中的失水率和析气量及延长蓄电池的使用寿命的一种分段式恒流恒压充电方法，。为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种分段式恒流恒压充电方法,包括以下步骤： 

步骤201、充电系统控制器根据实际选定的电池的最佳充电曲线确定初始阶段充电电流I₀，充电上限电压U_设对应的充电电流I_设，将充电电流由I₀至I_设设定为分段恒流充电阶段，并将I₀至I_设采用二分法均分，对均分的充电阶段内充电电池的失水析气量L进行测量并比较，当均分成n段时充电电池的失水析气量L小于或者等于阈值时，即得到电流增长步长ΔI=(I₀-I_设)/n，其中I₀为t=0时刻最佳充电曲线的起始充电电流; 

步骤202、充电系统的检测单元实时采集蓄电池的实际充电电流I_d、充电电压U_d； 

步骤203、根据步骤202中检测的实际充电电流I_d，当I_d>I₀-nΔI或者I_d<I₀-(n+1)ΔI时，判断充电系统受到干扰，充电电流异常，则返回跳转至步骤202，重新检测充电电流I_d；当I_d的范围为I₀-(n+1)ΔI≤I_d≤I₀-nΔI时，充电电流正常，其中n为电流增长步长递增序号，初始n=1，执行下一步； 

步骤204：输出当前分段恒流阶段的充电电流I_t，充电电流I_t=I_t-nΔI； 

步骤205：判断当前充电电流I_d的范围，当实际充电电流I_d大于最小充电电流I_min时，返回步骤202继续检测当前充电电压U_d和当前充电电流I_d，其中U_设为时间为t₁、恒压充电阶段的第一个充电电压，即为充电上限电压； 

步骤206：当前充电电压U_d等于充电上限电压U_设，且当前充电电流I_d等于最小充电电流I_min，充电过程结束。 

进一步的，步骤201中的分段恒流充电阶段的电流增长步长ΔI采用二分法。 

进一步的，步骤203中，I_d的范围划分为I₀～I₀-ΔI、I₀-ΔI～I₀-2ΔI、……I_设+ΔI～I_设，其中I_设是t=t₁时恒压充电阶段的初始充电电流。 

本发明的优点及有益效果如下： 

在蓄电池循环寿命的初期，电池在恒流充电阶段，电池的充电电流根据最佳充电曲线呈分段式指数下降，在恒流充电阶段的初始充电电流和后期充电电流更接近电池的最佳充电电流。而且，本发明的充电方法，根据充电电流的划分迫使充电电流呈梯度下降，以达到缩短充电时间，减少蓄电池失水和析气量，延长蓄电池使用寿命的目的。 

附图说明

图1是本发明分段式恒流恒压充电曲线； 

图2是蓄电池最佳充电曲线示意图； 

图3是本发明分段式恒流方法流程图。 

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定性的实施例对本发明作进一步的阐述。 

在JosephA.Mas提出马斯定律以前，充电技术的研究主要依据1940国际公认的经验法则设计的，其中最著名的就是“安培小时定律：即充电电流的安培数不应超过蓄电池待充的安时数。但实际上，限制蓄电池充电时间的是充电过程中产生的热量及析气量。因此，在20世纪60年代中期，JosephA.Mas在以蓄电池充电过程的析气量为控制目标，提出著名的充电三定律，并以大量的实验证明：如果蓄电池在充电过程中保持相等而又微量的析气量，那么这个充电电流是一条指数曲线。参见图2最佳充电曲线 

充电过程中充电电流i为： 

$i=I_0{e}^{\mathrm{\&alpha;t}}---\left(2.1\right)$

式（2.1）中，I₀—起始最大电流值，α—接受率。 

充电过程中，充电电流在所示的电流之上时，多余的充电电流并不增加蓄电池电量，而是电解水，导致电池失水及增加析气量；充电电流在图2所示的电流之下时，则会增加蓄电池充电时间。 

优选的，参见图1-图3所示，本实施例中分段式恒流恒压充电方法包括以 下步骤：步骤201中，根据实际选定的电池，选择最佳充电曲线100，系统初始化，充电系统控制器根据最佳充电曲线确定第一阶段充电电流I_t=I₀，ΔI。其中I₀为t=0时刻的最佳充电曲线的起始充电电流，ΔI为分段恒流充电阶段的电流增长步长； 

步骤202：充电系统的检测单元实时采集蓄电池的实际充电电流I_d，充电电压U_d； 

步骤203：根据步骤202中检测的实际充电电流I_d，判断I_d的范围为I₀-(n+1)ΔI≤I_d≤I₀-nΔI时，充电电流正常，且随时间递增，电流减小，其中n为电流增长步长递增参数，初始n=1。在实施例中，充电电流I_d的范围划分为I₀～I₀-ΔI、I₀-ΔI～I₀-2ΔI、……I_设+ΔI～I_设，其中I_设是t=t₁,恒压充电阶段的初始充电电流，以方便判断充电电流I_d所在的范围。当检测到充电电流不在下一电流段的范围，判断系统受到干扰，充电电流异常，返回重新检测充电电流I_d，执行步骤202； 

步骤204：输出当前分段恒流阶段的充电电流I_t，并且电流增长步长递增参数相应加1。在实施例中，当前分段恒流阶段的充电电流为当前电流范围的上限，如I₀I₀-ΔI范围时，I_t的值为I₀； 

步骤205：判断当前充电电压U_d，实际充电电流I_d的范围，当前充电电压U_d大于设定的充电电压U_设，或实际充电电流I_d大于最小的充电电流I_min，其中U_设是恒压充电阶段的充电电压，返回步骤202继续检测当前充电电压U_d和充电电流I_d； 

步骤206：当前充电电压U_d等于设定的充电电压U_设，且实际的充电电流I_d等于最小的充电电流I_min，充电过程结束。 

本发明具体实施例ΔI的确定过程类似二分法，每个恒流阶段的的充电电流根据当前电池对电流的接受率而定。首先二分I₀到I_设，观察整个分段恒流充电阶段蓄电池的失水和析气量，然后再四分每段，采用气体传感器及液位传感器对蓄电池的失水和析气量进行测量。直到划分2ⁿ段，充电过程出现不稳定，然后在2^n-1与2ⁿ重复使用此方法，最终确定分段临界点N。最后根据充电系统控制器的处理速度与蓄电池要求的析气量（即接近最佳充电曲线），以及电池充电过程的温度变化，在2-N确定每个恒流阶段充电电流的大小和时间，从而确定分段恒流充电阶段的电流增长步长ΔI。 

本发明具体实施例中的选取的最佳充电曲线，据选取的蓄电池不同而有所差异，主要根据充电三定律来确定。本发明和普通的恒流恒压充电方式相比，在恒流充电阶段根据最佳充电曲线，采用分段恒流充电。在蓄电池循环寿命的初期，电池在恒流充电阶段，电池的充电电流根据最佳充电曲线呈分段式指数下降，在恒流充电阶段的初始充电电流和后期充电电流更接近电池的最佳充电电流。而且，本发明的充电方法，根据充电电流的划分迫使充电电流呈梯度下降，以达到缩短充电时间，减少蓄电池失水和析气量，延长蓄电池使用寿命的 目的。 

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。 

Claims (3)

1.一种分段式恒流恒压充电方法,其特征在于，包括以下步骤：

步骤201、充电系统控制器根据实际选定的电池的最佳充电曲线确定初始阶段充电电流I₀，充电上限电压U_设对应的充电电流I_设，将充电电流由I₀至I_设设定为分段恒流充电阶段，并将I₀至I_设采用二分法均分，对均分的充电阶段内充电电池的失水析气量L进行测量并比较，当均分成n段时充电电池的失水析气量L小于或者等于阈值时，即得到电流增长步长ΔI=(I₀-I_设)/n，其中I₀为t=0时刻最佳充电曲线的起始充电电流;

步骤202、充电系统的检测单元实时采集蓄电池的实际充电电流I_d、充电电压U_d；

步骤203、根据步骤202中检测的实际充电电流I_d，当I_d>I₀-nΔI或者I_d<I₀-(n+1)ΔI时，判断充电系统受到干扰，充电电流异常，则返回跳转至步骤202，重新检测充电电流I_d；当I_d的范围为I₀-(n+1)ΔI≤I_d≤I₀-nΔI时，充电电流正常，其中n为电流增长步长递增序号，初始n=1，执行下一步；

步骤204：输出当前分段恒流阶段的充电电流I_t，充电电流I_t=I_t-nΔI；

步骤205：判断当前充电电流I_d的范围，当实际充电电流I_d大于最小充电电流I_min时，返回步骤202继续检测当前充电电压U_d和当前充电电流I_d，其中U_设为时间为t₁、恒压充电阶段的第一个充电电压，即为充电上限电压；

步骤206：当前充电电压U_d等于充电上限电压U_设，且当前充电电流I_d等于最小充电电流I_min，充电过程结束。

2.根据权利要求1所述的分段式恒流恒压充电方法，其特征在于：步骤201中的分段恒流充电阶段的电流增长步长ΔI采用二分法。

3.根据权利要求1所述的分段式恒流恒压充电方法，其特征在于：步骤203中，I_d的范围划分为I₀～I₀-ΔI、I₀-ΔI～I₀-2ΔI、……I_设+ΔI～I_设，其中I_设是t=t₁时恒压充电阶段的初始充电电流。

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