CN103531858B - 电池步进式充电控制方法以及电池步进式充电装置 - Google Patents

电池步进式充电控制方法以及电池步进式充电装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电池步进式充电控制方法以及电池步进式充电装置。本发明的电池步进式充电控制方法包括下述步骤：以阶梯状电压对电池进行充电的预充电步骤；测量在所述预充电步骤中以阶梯状电压进行充电时各个电压值对应的电流值的电流测量步骤；根据所述预充电步骤中的阶梯状电压的电压值和所述电流测量步骤中测量得的对应的电流值计算电池内阻的内阻计算步骤；根据所述内阻计算步骤计算得到的电池内阻预测最大充电电压的充电电压预测步骤；以及以所述预测步骤预测到的最大充电电压对电池进行充电的主充电步骤。利用本发明的充电控制方法及其装置，不仅能够防止过充电，而且能够达到快速充电的目的。

Description

电池步进式充电控制方法以及电池步进式充电装置
技术领域
本发明涉及蓄电池的充电管理方法，特别是涉及基于蓄电池的内阻来对蓄电池进行充电的电池步进式充电控制方法以及电池步进式充电装置。
背景技术
随着电动交通工具和便携式电子产品的大量普及，作为它们动力能源的蓄电池也成为关注的对象。由于这些电子产品或者电动交通工具使用的连续性需要，电池的高效、快速充电显得越来越重要。所谓快速充电就是要寻找一种能使在最短的时间内，迅速恢复电池所能存储的电量，且不会对电池的循环使用寿命造成负面影响的方法。目前在混合动力车或纯动力车的领域中，对于其蓄电池采用三段式充电方方法。
三段式充电方主要包括恒流、恒压和浮充这三个阶段。恒流充电阶段中，当充电器接上蓄电池时，输出电压因接上负载而下降，充电电流经充电器正极流向蓄电池并回到充电器负极，保持一个动态的恒流充电状态。在恒流充电阶段之后，充电电压逐渐上升，当到规定时间时保持一个动态恒压充电的过程。在恒压充电阶之后，充电电流流逐渐减小，进入浮充阶段。
利用上述三段式充电法虽然能够达到一定程度的快速充电，但是当部分使用时间较长的电池在内阻偏大时，一旦采用大电流快速充电，则会产生较大的过充电流，导致充电失败。
另一方面，如果是车用的蓄电池，由于车辆发电机的电压高，开始充电时的充电电流会很大，例如充电电流会超过必须要的30～50A左右，这样会导致过充电而损害蓄电池。而且，由于不清楚电池的状态而直接用大电流进行充电，不仅对蓄电池会造成损害，也是对能源的一种无形浪费。
发明内容
本发明鉴于上述问题，旨在提出一种能够基于电池内阻来控制电池充电以防止过充的电池步进式充电控制方法以及电池步进式充电装置。
本发明的电池步进式充电控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
以阶梯状电压对电池进行充电的预充电步骤；
测量在所述预充电步骤中以阶梯状电压进行充电时各个电压值对应的电流值的电流测量步骤；
根据所述预充电步骤中的阶梯状电压的电压值和所述电流测量步骤中测量得的对应的电流值计算电池内阻的内阻计算步骤；
根据所述内阻计算步骤计算得到的电池内阻预测最大充电电压的充电电压预测步骤；以及
以所述预测步骤预测到的最大充电电压对电池进行充电的主充电步骤。
优选地，所述阶梯状电压为上升状的阶梯状电压。
优选地，所述阶梯状的电压的起始电压值为等于大于开路电压的电压值。
优选地，在所述主充电步骤之后还包括：
检测电池的SOC并且在SOC达到规定值后以涓流充电方式进行充电的涓流充电步骤。
本发明的电池步进式充电控制装置，其特征在于，包括下述模块：
以阶梯状电压对电池进行充电的预充电模块；
测量在所述预充电步骤中以阶梯状电压进行充电时各个电压值对应的电流值的电流测量模块；
根据所述预充电步骤中的阶梯状电压的电压值和所述电流测量步骤中测量得的对应的电流值计算电池内阻的内阻计算模块；
根据所述内阻计算步骤计算得到的电池内阻预测最大充电电压的充电电压预测模块；以及
以所述预测步骤预测到的最大充电电压对电池进行充电的主充电模块。
优选地，所述阶梯状电压为上升状的阶梯状电压。
优选地，所述阶梯状的电压的起始电压值为等于大于开路电压的电压值。
优选地，还包括：检测电池的SOC并且在SOC达到规定值后以涓流充电方式进行充电的涓流充电模块。
基于上述本发明的步进式充电控制方法和步进式充电控制装置，通过先以小电压为起始点的浅阶梯状电压对电池充电，测量其电流，由此得到电池内阻的近似值，根据该电池内阻的近似值，计算最大充电电压，然后以最大充电电压对电池进行充电，具有能够有效防止充电并且能够进行快速充电的优异效果。
附图说明
图1是直流充电时的电压和电流的波形示意图。
图2是表示本发明第一实施方式电池步进式充电控制方法的流程示意图。
图3是表示本发明第二实施方式电池步进式充电控制方法的流程示意图。
图4是表示本发明的电池步进式充电控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。
在对本发明的电池步进式充电控制方法以及电池步进式充电装置进行说明之前，先对电池内阻进行简单介绍。
电池内阻是指电流通过电池时所受到的阻力包括欧姆内阻和极化电阻。欧姆内阻由电机材料、电解液、隔膜的电阻以及各部分零件的接触电阻组成。极化电阻是指正极与负极在进行电化学反应时极化所引起的内阻，是电话学极化和浓差极化所引起的电阻之后。时间效应几秒到几百毫秒的延迟。
电池内阻是是电池寿命的反映，也是电池状态全面反映。例如，在作为车用蓄电池常用的阀控密封铅酸蓄电池中，如果出现早期容量损失、板栅腐蚀和膨胀、水水干涸，硫酸盐化等都会导致电池内阻增大。因此，对电池内阻的测量可以反映电池的故障或失效信息。因此，通过测量电阻能够全面把握电池状态。因此，为了掌握电池性能，很重要的手段是对电池内阻进行测定。
为了对电池内阻进行测量，本发明的发明人经过锐意的研究提出了以下直流充电测量法。
图1是直流充电时的电压和电流的波形示意图。
在该直流充电测量法中，以恒定电流I充电过程中，瞬间叠加一充电电流ΔI，这一叠加的电流在电池的内阻上必将产生一个电压增量ΔU。如图1所示，由下述公式（1）可以近似地计算出电流的直流内阻R内：
R内＝（U2-U1）/(I+ΔI-I)=ΔU/ΔI…（1）
根据上述公式（1）可知，如果所叠加的增量充电电流ΔI恒定，则电池上产生的电压增量ΔU与电池的直流内阻R内成正比。根据这一特性，假设用固定的增量电流I叠加到充电电流上，测量电池上瞬间产生的电压增量U，由于该U的变化趋势与蓄电池内阻R内的变化趋势一致，因此，我们将U等效看作蓄电池内阻R内。因此，不必精确计算出电池内阻的值，而只要根据其近似值就能够确定之后要施加的充电电流或充电电压。这里的蓄电池内阻R内内并不是真正的电池内阻，仅是近似值，我们也可以把这里的蓄电池内阻R内称作为“可充电接受性”，由于其线性度非常好，符合电阻特性，因此可以将其看作为电池内阻。
第一实施方式
以下对本发明第一实施方式的电池步进式充电控制方法进行说明。
图2是表示本发明第一实施方式电池步进式充电控制方法的流程示意图。
如图2所示，本发明的电池步进式充电控制方法主要包括预充电步骤S100、电流测量步骤S200、内阻计算步骤S300、充电电压预测步骤S400、以及主充电步骤S500。
首先，在预充电步骤S100中，在开始充电时，预先给一个小电压，以浅阶梯状的电压对电池进行充电。例如，以开路电压为起始点，假设开路电压为12.8V，我们可以以12.8或者12.9V的电压作为起始点U1进行充电，然后，给予一个大于该U1的电压U2，电压U2比电压U1略大，这里我们将该阶梯状的电压称作为浅阶梯状上升的电压。该阶梯状的电压的压差U1-U2记为ΔU。
然后，在电流测量步骤S200中，测量上述阶梯状的电压U1、U2进行充电时的对应的电流I1、I2，
接着，在内阻计算步骤S300中，根据下述公式（2）可以求得电池内阻R内也就是上面所提到的“可充电接受性”。
R内＝（ΔU/）/(I1-I2)…（2）
接着，在充电电压预测步骤S400中，根据上述求得的电池内阻R内以及最大充电电流Imax（最大充电电流Imax是已知的），利用下述公式（3）求得最大充电电压Umax。
Umax=R内×Imax…（3）
然后，在主充电步骤S500中，以所述电压预测步骤S400中预测到的最大充电电压Umax对电池进行充电。
利用上述本发明的步进式充电控制方法，通过先以小电压为起始点的浅阶梯状电压对电池充电，测量其电流，由此得到电池内阻的近似值，根据该电池内阻的近似值，计算最大充电电压，然后以最大充电电压对电池进行充电。本发明并没有采用本领域通常测电池内阻的直流放电法，而是采用了直流充电的方式来对电池电阻进行测量，能够节省能源。并且，通过先以小电压进行预充，然后根据小电压预充时的得到的电流获得电池内阻，根据电池内阻得到最大充电电压，再按照最大充电电压进行充电，能够有效地防止过充电的情况发生。而且，由于能够根据电池内阻迅速得知最大充电电压，在浅阶梯状的充电电压之后立即施加最大充电电压，因此，还能够达到快速充电的目的。
第二实施方式
以下对于本发明的步进式充电控制方法的第二实施方式进行说明。第二实施方式是在上述第一实施方式的基础上，在上述主充电步骤S500之后增加了一涓流充电步骤S600。
在涓流充电步骤S600中，检测电池的SOC并且在SOC达到规定值后进行涓流充电。
涓流充电是为了补偿自放电，使电池保持在近似完全充电状态的连续小电流充电。是用来弥补电池在充满电后由于自放电而造成的容量损失。一般采用脉冲电流充电来实现涓流充电。
上面对本发明的电池步进式充电控制方法进行了说明。以下对本发明的电池步进式充电控制装置进行简单说明。
图4是表示本发明的电池步进式充电控制装置的结构示意图。如图4所示，本发明的充电控制装置100用于电池200进行充电，该充电控制装置100包括：以阶梯状电压对电池200进行充电的预充电模块101；测量由所述预充电模块101以阶梯状电压进行充电时各个电压值对应的电流值的电流测量模块102；根据所述阶梯状电压的电压值和由所述电流测量模块102测得与各个电压值对应的电流值计算电池内阻的内阻计算模块103；根据所述内阻计算模块103计算得到的电池内阻预测最大充电电压的电压预测模块104；以及以所述电压预测模块104预测到的最大充电电压对电池200进行充电的主充电模块105。
在本实施方式中，作为梯状电压采用上升状的阶梯状电压。该阶梯状的电压的起始电压值为等于大于开路电压的电压值。
利用上述本发明的步进式充电控制装置，通过先以小电压进行预充，然后根据小电压预充时的得到的电流获得电池内阻，根据电池内阻得到最大充电电压，再按照最大充电电压进行充电，能够有效地防止过充电的情况发生。而且，由于能够根据电池内阻迅速得知最大充电电压，在浅阶梯状的充电电压之后立即施加最大充电电压，因此，还能够达到快速充电的目的。
以上例子主要说明了本发明的电池步进式充电控制方法和电池步进式充电控制装置。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (8)

1.一种电池步进式充电控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
以阶梯状电压对电池进行充电的预充电步骤；
测量在所述预充电步骤中以阶梯状电压进行充电时各个电压值对应的电流值的电流测量步骤；
根据所述预充电步骤中的阶梯状电压的电压值和所述电流测量步骤中测量得的对应的电流值计算电池内阻的内阻计算步骤，其中，设所述预充电步骤中的阶梯状电压的电压增量为ΔU、所述电流测量步骤中测量得的对应的电流值为I1、I2，则根据R内＝ΔU/(I1-I2)求得电池内阻R内；
根据所述内阻计算步骤计算得到的电池内阻预测最大充电电压的充电电压预测步骤；以及
以所述预测步骤预测到的最大充电电压对电池进行充电的主充电步骤。
2.如权利要求1所述的电池步进式充电控制方法，其特征在于，
所述阶梯状电压为上升状的阶梯状电压。
3.如权利要求2所述的电池步进式充电控制方法，其特征在于，
所述阶梯状的电压的起始电压值为等于大于开路电压的电压值。
4.如权利要求3所述的电池步进式充电控制方法，其特征在于，
在所述主充电步骤之后还包括：
检测电池的荷电状态SOC并且在荷电状态SOC达到规定值后以涓流充电方式进行充电的涓流充电步骤。
5.一种电池步进式充电控制装置，其特征在于，包括下述模块：
以阶梯状电压对电池进行充电的预充电模块；
测量在预充电步骤中以阶梯状电压进行充电时各个电压值对应的电流值的电流测量模块；
根据预充电步骤中的阶梯状电压的电压值和电流测量步骤中测量得的对应的电流值计算电池内阻的内阻计算模块，其中，设所述阶梯状电压的电压增量为ΔU、所述电流测量模块测量得的对应的电流值为I1、I2，则根据R内＝ΔU/(I1-I2)求得电池内阻R内；
根据内阻计算步骤计算得到的电池内阻预测最大充电电压的充电电压预测模块；以及
以预测步骤预测到的最大充电电压对电池进行充电的主充电模块。
6.如权利要求5所述的电池步进式充电控制装置，其特征在于，
所述阶梯状电压为上升状的阶梯状电压。
7.如权利要求6所述的电池步进式充电控制装置，其特征在于，
所述阶梯状的电压的起始电压值为等于大于开路电压的电压值。
8.如权利要求7所述的电池步进式充电控制装置，其特征在于，还包括：
检测电池的荷电状态SOC并且在荷电状态SOC达到规定值后以涓流充电方式进行充电的涓流充电模块。
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