CN104769806B - 用于对电池进行充电的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对具有预定充电结束电压(ULS)的电池(10)特别是铅酸电池进行充电的方法和装置(1)。为了尽可能高效顺利地对电池(10)进行充电，并且为了增加电池(10)的使用寿命，根据本发明，在充电过程之前建立所述电池的电荷状态，并且在充电过程期间向所述电池(10)施加充电电流(IL)或充电电压(UL)，并且以如下方式调节所述充电电流(IL)或充电电压(UL)，即：在充电开始电压(ULA)和充电结束电压(ULS)之间在预定充电时间(t’充电)期间增加所述充电电压(UL)。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于对具有预定充电结束电压的电池特别是铅酸电池进行充电的方法和装置。
背景技术
原则上，这里所关注的发明适合于对各种各样的可充电的一次电池和二次电池进行充电，例如铅酸电池、锂电池、镍金属氢化物(NiMH)电池以及更多的电池。然而，在铅酸电池的情况下，例如用于电动车辆的电池，由于这种电池的内部电阻对电荷状态的高度依赖，因此根据本发明的充电过程和根据本发明的充电装置是特别有利的。
在电动操作的车辆或运输工具的情况下，诸如例如经常在轮班工作中使用的所谓的工业车辆(堆垛机、举高作业车等)，必须在操作或轮班时间之间对电池进行例行充电。通常，不管电池的电荷状态如何都对电池进行充电。由于在电池的电池单元中发生的化学过程，电池特别是铅酸电池的内部电阻在任何情况下都表现出对电荷状态的强烈依赖。特别是，当电池中存在较少的电荷时，内部电阻较高，当具有中间电荷状态时，内部电阻处于最小，并且然后根据电荷状态再次上升。另外，电池的内部电阻还严重依赖于电池的操作温度以及年龄。
常规的电池充电过程都没有考虑到在各种情况下的电池的电荷状态以及当前的内部电阻，这就是电池没有最佳的逐渐充电并且结果使得电池的使用寿命降低的原因。经常使用恒定的充电电流对电池进行充电。例如，EP 2 244 329 A1描述了一种利用不间断电源对电池进行充电的充电过程，其中针对电池的年龄，在温度变化期间中以对应的动态方式调节充电参数。
在以恒定的充电电流进行充电期间，当电池放电时，电池的内部电阻开始较高，这就是为什么电池加热更大的原因，结果导致电池老化。
当在充电过程期间考虑到电池的当前充电电压时能够实现改善。例如，WO 96/16460 A1或DE 10 2009 051 731 A1描述了这种类型的电池充电过程和装置。
具体地说，当对工业车辆的电池进行充电时，通常可有限定的充电时间用来在不同的轮班模式中在各个工作轮换之间对电池进行充电。然而，因为既没有考虑到电池的当前电荷状态，也没有考虑到老化，电池通常都会被过过加热，从而导致老化增加(阿雷尼厄斯定律(Arrhenius Law))。因此，并没有最佳地利用电池中的化学反应。
发明内容
因此，通过本发明解决的问题是创造出一种对电池特别是铅酸电池进行充电的方法和装置，通过所述方法和装置，增加了充电效率并因此增加了性能，并且能够延长电池的使用寿命。具体地说，通过足够的充电时间应该方便对电池进行最佳的充电。应该消除或至少减少已知充电系统的缺点。
根据本发明，根据以上参照的用于对电池进行充电的方法解决所述问题，其中在充电过程之前确定所述电池的电荷状态，并且在所述充电过程期间向所述电池施加充电电流或充电电压，以如下方式控制该充电电流或充电电压，即：在根据所述电池的电荷状态的充电开始电压和所述充电结束电压之间在预定充电时间上增加所述充电电压。因此，在实际充电过程之前确定所述电池的当前电荷状态，并且然后使所述充电电流或充电电压适合于所述电池的该电荷状态以及预设或预定充电时间。不是利用恒定的充电电流对所述电池进行充电而不管所述电池的电荷状态如何，根据本发明的方法考虑到了所述电池的实际电荷状态以及可能的充电时间，并且相应地使充电与这两个参数相适合。因为通过对所述充电电流或所述充电电压的相应控制进行在所述充电时间期间在所述电池的充电开始电压和充电结束电压之间所述充电电压的增加，间接地考虑到了所述电池的内部电阻。因而，逐渐地对电池进行充电，从而可以最佳地使用可用充电时间。因而，电池变热程度最小，因此老化程度也最小，这就是为什么能够增加电池使用寿命的原因。根据本发明的方法意味着能够实现在5％和15％之间的范围内的充电效率的增加。所述方法能够相对容易地实现。具体地说，通过简单的软件更新能够相应地基本转换具有用于控制充电过程和相应的控制精度的集成微处理器的现代电池充电器。在最简单的情况下，所述充电开始电压可以相当于电池的开路电压或者一旦电池进行充电过程之前的过程(例如去极化过程)电池所展现的电压。
有利的是，以如下方式控制所述充电电流或所述充电电压，即在所述充电开始电压和所述充电结束电压之间在所述充电时间期间线性地增加所述充电电压。这使得能够容易地实现所述充电过程，这是因为在所述预定充电时间期间在所述充电开始电压和所述充电结束电压之间产生了充电电压的斜坡。例如，如果所述电池在开始时不再充电并且因此表现出了相对较高的电压，则降低电压斜坡的梯度，然而基本利用完全充电时间。因为电压斜坡是通过所述充电电流或所述充电电压的相应控制实现的，因此在这种情况下也对电池的内部电阻进行自动调节。从所述充电电压的线性曲线图的偏离可以有利地用于一些应用，并且可能使得它们进一步增加效率。所述控制还可以设置成使得将电压斜坡分成具有不同梯度的多个部分斜坡，以便例如抵消在电池的最小内部电阻阶段的过高充电电流的出现。
如果以如下方式控制所述充电电流或所述充电电压，即在所述充电时间期间连续地增加所述充电电压，则实际上不需要进行所述电池的内部电阻的测量，仅仅需要通过所述充电电流或所述充电电压的对应控制在所述充电时间期间产生电压斜坡。在所述充电时间上所述充电电压的增加通常是恒定的，但是也可以以离散步骤进行。
不是连续地增加所述充电电压，而是还可以在所述充电时间期间递增地增加所述充电电流或所述充电电压，其中通过电流脉冲和电压脉冲来测量所述电池的内部电阻，并且针对所测量的内部电阻相应地调节所述充电电流或所述充电电压。通过这种不连续的充电过程，甚至可以更好地考虑所述电池的实际状态，并且可以以最佳效率进行充电。原则上，所述充电过程既可以通过所施加的电流脉冲又可以通过所施加的电压脉冲来进行，其中在根据所述电池的电荷状态的充电开始电压和所述充电结束电压之间在预定充电时间期间增加所得到的充电电压。在脉冲间隔期间测量所述电池的内部电阻。当施加电流脉冲时，这可以通过电压响应的测量来进行，当电流值被减小到预定值或零时得到该电压响应。
根据本发明的特征，当在所述充电时间期间实现所述充电电压所需的充电电流高于最大可能充电电流时，则显示消息。如果所述充电电流不足以用于所述预定充电时间，则不可能在该充电时间内将所述电池完全充电。所述消息使得用户知道这一点，从而用户能够相应地例如增加所述充电时间。
在这种情况下，有利的是，显示用于所述充电时间的对应的下阈值，在该下阈值内，能够以所述最大可能充电电流对所述电池进行充电，直到达到所述充电结束电压。通过显示所述下充电时间阈值，用户知道能够以完全充电状态使电池再次可用的最少时间。例如，在轮换操作中的电池的常规使用期间、在工业车辆中的使用期间这是特别相关的。
在最简单的情况下，可以通过测量当前开路电压来确定所述电池的电荷状态。然后可以使用该当前开路电压作为所述充电开始电压，或者使用如下方法(例如，去极化方法)，该方法将所述电池准备好用于所述充电过程，然后可以使用所得到的电池电压作为所述充电开始电压。不是测量所述当前开路电压来建立所述电池的电荷状态，这也可以通过酸密度确定、安培小时平衡或阻抗测量来进行。
当所述开路电压位于预定阈值之下时在所述充电过程之前对所述电池去极化，能够实现优点，并且以如下方式控制所述充电电流或所述充电电压，即在所述电池的开路电压和限定的去极化电压之间产生电压斜坡。通过这种类型的去极化作用，可以使电池的偏移电极电位恢复平衡。在去极化过程之后得到的电池电压因而相当于所述充电过程中的充电开始电压。
所述去极化电压斜坡可以重复至少一次。所述去极化过程的持续时间被选择为可用的总充电时间的一部分。例如，可以将若干小时的充电持续时间期间的去极化持续时间选择为位于几分钟的范围内。
一旦所述充电过程完成并且已经达到所述充电结束电压，则可以进行再充电。可以使用各种常规方法来对所述电池进行再充电或完全充电。
不是输入期望的充电时间，而是输入或指定所述电池应该被完全充电的期望时间，并且所述充电时间被确定为所述充电过程的该预定结束时间和当前时间之间的差。这使得充电器更容易操纵，这是因为用户不再需要计算可用的充电时间，而是仅仅需要指示用户何时需要将所述电池完全充电。在轮换工作的情况下这种设施是特别有利的。
所述预定充电时间能够被减少为所述预定充电时间的一部分，特别是所述预定充电时间的50％到90％，以便仍然具有足够的时间来进行任何去极化过程或其他程序。这种缩短规定的充电时间还使得即使在协议时间之前也可以确保电池被完全充电，并且在例如轮换开始之前及时地安装在工业车辆中。
如果将所述充电过程的开始延迟一时间段，则通过例如利用更廉价的非峰值电力可以实现经济上的好处。
在这种情况下，可以建议并显示用于延迟所述充电过程的最大可能的时间间隔。
这样，可以给用户提供例如利用廉价非峰值电力的可能性。然后，用户必须通过相应地启动电池充电装置来设定所述延迟。
根据本发明，所述问题还通过上述的电池充电装置来解决，其中设置了用于确定所述电池的电荷状态的装置，并且，能够在所述输入/输出装置处指定充电时间，并且用于控制所述充电电流或所述充电电压的所述控制装置被配置成在根据所述电池的电荷状态的充电开始电压和所述充电结束电压之间在所述电池的预定充电时间期间增加所述充电电压。能够容易且节约成本地实现这种电池充电装置。例如，通过所述控制装置的对应软件更新能够以给定控制精度实现这种电池充电装置。可以通过常规的输入/输出装置输入期望的充电时间。
为了进行最佳的输入和输出便利并且在每种情况下灵活地适应于要求，有利的是所述输入/输出装置由触摸屏形成。
对于用于执行上述电池充电过程的电池充电装置的其他特征和优点，参照以上对所述充电过程的描述以及如下示例性实施方式的描述。
附图说明
借助于附图的帮助更详细地说明本发明。在附图中：
图1示出了用于对电池进行充电的装置的框图；
图2示出了作为铅酸电池的电荷状态和年龄的函数的铅酸电池的内部电阻的惯常曲线图；
图3示出了根据本发明的充电过程的示意性时间图；
图4示出了对于涉及恒定电流的传统充电过程来说作为电荷状态的函数的电池的充电电流、充电电压和内部电阻的曲线图；
图5示出了在根据本发明的充电过程中作为电荷状态的函数的电池的充电电流、充电电压和内部电阻的曲线图；
图6示出了具有不同梯度的电压斜坡的充电过程的变型；
图7示出了在电池的不同老化状态的情况下作为电荷状态的函数的电池的充电电流、充电电压和内部电阻的曲线图；
图8示出了利用电流脉冲的充电过程的另选例；以及
图9示出了在根据本发明的充电过程的示例中电池的充电电流和充电电压的时间曲线图。
具体实施方式
图1示出了用于对电池10进行充电的装置1的框图。电池充电装置1包括用于连接至待充电的电池10的端子2和3。电池充电装置1通常连接至AC电压源4，并且来自该AC电压源4的AC电压在相应的转换器5中进行转换。电池10所需的充电电流IL和充电电压UL在充电电路6中产生，该充电电路6可以以不同的方式构造。例如，可以由微处理器形成的控制装置7承担充电电路6的控制。通过输入/输出装置8进行必要参数的输入和关于充电过程的信息的输出或显示，该输入/输出装置8可以采取例如触摸屏的形式。可以借助于连接至控制装置7的接口9将数据从电池充电装置1读出或加载到该电池充电装置1中。例如，所述接口9可以由USB(通用串行总线)接口形成，借助于该USB接口，还可以为控制装置7进行软件更新。接口9同样可以通过以太网(Ethernet)接口等实现，通过所述以太网接口，电池充电装置1可以连接至网络特别是因特网。
图2示出了作为铅酸电池的电荷状态和年龄的函数的铅酸电池的内部电阻Ri的惯常曲线图。曲线A示出了对于新的电池来说作为电荷状态的函数的铅酸电池的内部电阻Ri。在中等电荷状态(在这种情况下为大约40％)下，内部电阻Ri处于最小值。在相对较低的电荷状态和相对较高的电荷状态的情况下，由于电池中的不同化学反应，内部电阻Ri上升。如果像惯常那样不考虑在这种情况下的电池的内部电阻Ri而以恒定电流对电池进行充电，则在充电过程期间发生相对较高的损失，并且电池被更大程度地加热。电池的加热又导致电池腐蚀更大和电池使用寿命降低(阿雷尼厄斯定律)。曲线B示出了作为电荷状态的函数的较旧电池的内部电阻Ri的曲线图，由于内部电阻Ri随着电池的年龄而增加，所以该曲线B被布置在新的电池的曲线A上方。而且，在每种情况下在电池的内部电阻Ri和加热之间都存在强相关性。当温度上升时，电池的内部电阻Ri通常下降。
图3示出了根据本发明的电池充电过程的充电电流IL和充电电压UL的示意性时间图。该充电过程例如包括使用罗马数字表示的四个阶段。在阶段I中，通过确定例如开路电压ULL来确定电池的电荷状态。另外，在测试程序期间针对电池充电装置实际是否能够提供在预设或规定的充电时间t’充电内对电池进行充电所需的充电电流IL进行检查。这涉及到在开始充电阶段III之前施加电压斜坡。该电压斜坡的持续时间与预定充电时间t’充电存在着一定关系。电压斜坡可以重复一次或多次，并且在电压斜坡结束时测量电流。借助于所测量的电流，能够估计充电阶段III期间的最大充电电流IL。如果无法通过电池充电装置供应该充电电流IL，则必须相应地增加最终的充电时间t’充电。例如，这可以通过在电池充电装置上显示用于充电时间t充电,min的下阈值来指定。
在实际充电阶段III(主充电阶段)之前，可以根据阶段II进行电池的去极化。当电池的开路电压ULL低于给定阈值ULLG时，特别地执行该阶段。在该去极化阶段II的过程中，将电压斜坡施加至电池，结果可以使得电池的偏移的电极电位恢复到平衡。去极化阶段II的持续时间被选择为实际充电时间t’充电的一部分。在去极化阶段II结束时，开始实际充电阶段III。因而，去极化阶段II之后得到的电池电压是充电阶段III的充电开始电压ULA。如果不执行任何去极化阶段II，则将使用电池的开路电压ULL作为充电开始电压ULA。
根据本发明，在充电开始电压ULA和由电池确定的充电结束电压ULS之间在充电时间t’充电期间充电电压UL增加。充电结束电压ULS取决于所使用的电池技术、电池单元的数量以及还有电池温度。在所图示的示例中，在充电时间t’充电期间，充电电压UL在充电开始电压ULA和充电结束电压ULS之间连续地且线性地增加。为了实现这种用于充电电压UL的线性曲线图，必须相应地控制充电电流IL或充电电压UL，使得如图所示产生充电电压UL的期望曲线图。通过相应的控制，间接地考虑到了电池的内部电阻Ri，不过其并没有实际测量。通过在充电过程III期间考虑到变化的内部电阻RI，能够显著地降低充电损失并因此降低电池的加热。结果，能够相应地增加电池的使用寿命。主充电过程III的确定时间t’充电是可用的总充电时间t充电的一部分，例如为总充电时间的50％至80％。用于充电过程III的净时间表示为t’充电。
在阶段III中的主充电过程结束时，可以增加用于实现完全充电的再充电过程IV。在这种情况下，可以使用对电池进行再充电或完全充电的各种已知技术。
图4示出了在涉及恒定充电电流IL的传统充电过程的情况下作为电荷状态的函数的电池的充电电流IL、充电电压UL和内部电阻Ri的曲线图。在存在这种标准充电过程的情况下，利用恒定的充电电流IL对电池进行充电，这就是为什么得到了作为电池的复杂内部电阻Ri的函数的用于充电电压UL的对应曲线图。在充电阶段期间没有考虑到电池的变化的内部电阻Ri。一直到一定充电电压UL，充电电流IL保持恒定(电流恒定)或基本恒定(功率恒定)。因此，在充电期间，产生不同的充电损失，这导致不同的电池加热，特别是导致加热增加，这降低了电池的使用寿命。
与此相比，图5示出了在根据本发明的充电过程中，作为电荷状态的函数的电池的充电电流IL、充电电压UL和内部电阻Ri的曲线图。在测试程序和去极化过程之后，如果有一个的话，则充电电压UL从电池的充电开始电压ULA增加到充电结束电压ULS。为了实现这种类型的充电电压UL的曲线图，必须相应地控制充电电流IL，结果自动地考虑了变化的内部电阻Ri。因此，得到充电电流IL的曲线图，当存在基本中等电荷状态时(在这种情况下大约为30％～40％)，该曲线图处于最大。通过该充电过程能够降低充电期间的损失，因此还能够降低电池加热，这对电池的使用寿命具有正面影响。在充电过程期间没有测量电池的内部电阻Ri。然而，与充电电压UL连续上升不同，这也可以借助于电流脉冲或电压脉冲以及在电流脉冲或电压脉冲与适合于所测量的内部电阻Ri的下一个电流脉冲或电压脉冲之间测量或计算的电池的内部电阻Ri来增加。
图6示出了与根据图5的充电过程相关的变型，其中以如下方式进行充电电流IL或充电电压UL的控制，即：斜坡形状的充电电压UL表现出具有不同梯度的不同部分。在所示的示例性实施方式中，充电过程开始于充电电压UL中的更陡峭增加，然后其变化到具有较浅梯度的部分，并且以充电电压UL中的较陡峭增加的区段结束，直到充电结束电压ULS。通过充电电压UL中的斜坡的这种平坦化，能够降低最小内部电阻Ri时的最大充电电流IL。这意味着具有较低的最大充电电流IL的充电器就足够了。
图7示出了在电池的不同老化状态的情况下在根据本发明的充电过程中作为电荷状态的函数的电池的充电电流IL、充电电压UL和内部电阻Ri的曲线图。尽管在像新的一样好的电池中内部电阻Ri较低，但是随着电池老化其相应地增加。曲线R’i示出了老化电池的内部电阻Ri的曲线图。在根据本发明的充电过程期间，不管电池的年龄如何，都相应地施加充电电压UL并因此保持不变。另一方面，由于较高的内部电阻R’i，对于老化电池来说，相应地减小充电电流IL，该充电电流IL被相应地控制以实现充电电压UL的所需曲线图。这通过充电电流I’L的曲线图示出。
图8示出了在根据本发明的使用电流脉冲的充电过程中，作为电荷状态的函数的电池的充电电流IL、充电电压UL和内部电阻Ri的曲线图，该电流脉冲被相应地控制以实现充电电压UL的斜坡形状曲线图。在该示例中，仅仅示意性地描绘了充电电压UL的曲线图。事实上，该充电电压UL不会线性增加，而是将根据充电电流IL的脉冲呈现出变化。在两个电流脉冲之间的间隔中，测量内部电阻Ri并将该内部电阻Ri包含在充电电流IL的控制中，从而根据所测量的内部电阻Ri控制充电电流IL。为了测量内部电阻Ri，将电流下降到具体值就足够了。不必要将电流下降到零。为了检测电池的复杂内部电阻Ri，在给定时间上检测电压响应，并且由此计算内部电阻Ri。除了电流脉冲之外，还可以施加电压脉冲。然而，在控制方面该变型更为复杂。
最后，图9示出了在根据本发明的充电过程的一个示例中电池的充电电流IL和充电电压UL的时间曲线图。在充电阶段III期间，充电电流逐渐下降，由此能够降低充电期间的损失。
根据本发明的充电过程使得总体效率更高，并且由于由此产生的较低温度增加而增加了电池的使用寿命，因此，增加了例如在工业车辆中电池的可用性。因而，电池的水损失也较少。整个充电时间t充电或者净充电时间t’充电的最佳利用也意味着能够逐渐地对电池进行充电。能量较便宜(例如非峰值电力)时的利用时间可以还致使进一步的金融优点。例如，在开始充电阶段之前可以还延迟一个时间间隔△tv(没有示出)。
Claims (18)
1.一种用于对具有预定充电结束电压(ULS)的电池(10)进行充电的电池充电方法，其中在充电过程之前确定所述电池(10)的电荷状态，并且在所述充电过程期间在预定充电时间(t’充电)上向所述电池(10)施加充电电流(IL)或充电电压(UL)，其特征在于，以如下方式控制所述充电电流(IL)，即：在每种情况下，在所述预定充电时间(t’充电)上在根据所述电池(10)的电荷状态的充电开始电压(ULA)和预定充电结束电压(ULS)之间以具有不同梯度的多个部分斜坡线性地增加所述充电电压(UL)。
2.根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于，以如下方式控制所述充电电流(IL)，即：在所述预定充电时间(t’充电)期间连续地增加所述充电电压(UL)。
3.根据权利要求1或2所述的电池充电方法，其特征在于，当在所述预定充电时间(t’充电)期间实现所述充电电压(UL)所需的所述充电电流(IL)高于最大充电电流(IL，max)时，输出一消息。
4.根据权利要求1或2所述的电池充电方法，其特征在于，显示用于总充电时间的下阈值(t充电，min)，在该下阈值内，能够以最大充电电流(IL，max)对所述电池(10)进行充电，直到达到所述预定充电结束电压(ULS)。
5.根据权利要求1或2所述的电池充电方法，其特征在于，通过测量当前开路电压(ULL)来确定所述电池的电荷状态。
6.根据权利要求5所述的电池充电方法，其特征在于，当所述开路电压(ULL)位于预定阈值(ULLG)之下时在所述充电过程之前对所述电池(10)去极化，并且特征在于以如下方式控制所述充电电流(IL)，即在所述电池的开路电压(ULL)和限定的去极化电压(ULD)之间产生电压斜坡。
7.根据权利要求1或2所述的电池充电方法，其特征在于，所述预定充电时间(t’充电)被确定为所述充电过程的预定结束时间(tE)和当前时间(t当前)之间的差。
8.根据权利要求1或2所述的电池充电方法，其特征在于，所述预定充电时间(t’充电)能够被减少为总充电时间(t充电)的一部分。
9.根据权利要求1或2所述的电池充电方法，其特征在于，所述充电过程的开始被延迟一时间段(Δtv)。
10.根据权利要求8所述的电池充电方法，其特征在于，所述预定充电时间(t’充电)能够被减少为总充电时间(t充电)的50％到90％。
11.根据权利要求1所述的电池充电方法，其特征在于，所述电池(10)是铅酸电池。
12.一种用于对具有预定充电结束电压(ULS)的电池(10)进行充电的电池充电装置(1)，该装置(1)具有用于连接至所述电池(10)的端子(2，3)，还具有输入/输出装置(8)和控制装置(7)，其中设置了用于确定所述电池(10)的电荷状态的装置，并且能够在所述输入/输出装置(8)处指定预定充电时间(t’充电)，其特征在于，所述控制装置(7)被设计成控制充电电流(IL)，并且在根据所述电池的电荷状态的充电开始电压(ULA)和预定充电结束电压(ULS)之间在所述电池(10)的预定充电时间(t’充电)期间以具有不同梯度的多个部分斜坡线性地增加充电电压(UL)。
13.根据权利要求12所述的电池充电装置(1)，其特征在于，所述控制装置(7)被设计成控制所述充电电流(IL)，结果导致在所述充电开始电压(ULA)和所述预定充电结束电压(ULS)之间在所述预定充电时间(t’充电)上所述充电电压(UL)连续地增加。
14.根据权利要求12或13所述的电池充电装置(1)，其特征在于，所述输入/输出装置(8)被设计成当在总充电时间(t充电)期间实现所述充电电压(UL)所需的充电电流(IL)高于最大充电电流(IL,max)时输出消息。
15.根据权利要求12或13所述的电池充电装置(1)，其特征在于，所述输入/输出装置(8)被设计成显示用于总充电时间的下阈值(t充电,min)，在该下阈值内，能够以最大充电电流(IL,max)对所述电池(10)进行充电，直到达到所述预定充电结束电压(ULS)。
16.根据权利要求12或13所述的电池充电装置(1)，其特征在于，所述输入/输出装置(8)被设计成用于输入充电过程的预定结束时间(tE)，在该预定结束时间，所述电池(10)应该被完全充电，并且特征还在于，所述控制装置(7)被设计成将总充电时间(t充电)建立为所述充电过程的预定结束时间(tE)和当前时间(t当前)之间的差。
17.根据权利要求16所述的电池充电装置(1)，其特征在于，所述控制装置(7)被设计成将所述充电过程延迟时间间隔(△tV)。
18.根据权利要求12所述的电池充电装置，其特征在于，所述电池(10)是铅酸电池。
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| KR102285148B1 (ko) * | 2016-08-22 | 2021-08-04 | 삼성에스디아이 주식회사 | 배터리 충전 방법 및 이를 이용하는 배터리 충전 장치 |
| US10449615B2 (en) * | 2016-10-31 | 2019-10-22 | Illinois Tool Works Inc. | Hybrid welding modules |
| US11223220B2 (en) | 2016-10-31 | 2022-01-11 | Illinois Tool Works Inc. | Hybrid welding systems and portable hybrid welding modules |
| TWI625915B (zh) * | 2016-11-18 | 2018-06-01 | Industrial Technology Research Institute | 智慧型充電方法 |
| CN107394854A (zh) * | 2017-08-31 | 2017-11-24 | 江苏聚合新能源科技有限公司 | 一种蓄电池动态自然充电方法及系统 |
| DE102019218489A1 (de) | 2019-11-28 | 2021-06-02 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer Batterie für ein Fortbewegungsmittel |
| CN111525654B (zh) * | 2020-06-02 | 2023-08-22 | 西安稳先半导体科技有限责任公司 | 一种对电池组内各电池分时充电的电路及方法 |
| DE102022200867A1 (de) | 2022-01-26 | 2023-07-27 | Volkswagen Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer mehrzelligen Batterie |
| CN118070981A (zh) * | 2024-04-18 | 2024-05-24 | 国网安徽省电力有限公司合肥供电公司 | 基于电力大数据分析的充电桩智能选址分析方法和系统 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5589757A (en) * | 1994-01-26 | 1996-12-31 | Gnb Battery Technologies, Inc. | Apparatus and method for step-charging batteries to optimize charge acceptance |
| CN2377688Y (zh) * | 1999-05-07 | 2000-05-10 | 杨泰和 | 电池组充电的可线性调整限压电路装置 |
| CN1512619A (zh) * | 2002-12-31 | 2004-07-14 | 广达电脑股份有限公司 | 两段式充电装置 |
| CN101677144A (zh) * | 2008-09-16 | 2010-03-24 | 原子能委员会 | 包括超电容器的自治系统中电池的脉冲充电的方法 |
| CN202014109U (zh) * | 2011-03-02 | 2011-10-19 | 江苏嘉钰新能源技术有限公司 | 一种调整电池充电电压的电源 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5633576A (en) | 1993-01-19 | 1997-05-27 | Premier Engineered Products, Inc. | Battery charging method with stepped current profile with operating parameter compensation and associated charger |
| JP3554057B2 (ja) | 1995-02-06 | 2004-08-11 | 本田技研工業株式会社 | 電気自動車用蓄電池充電制御装置 |
| US6307352B1 (en) * | 1999-10-19 | 2001-10-23 | Enrev Corporation | High energy charge and depolarization pulse conditioner for an enhanced-reliability lead-acid battery charger |
| JP4292721B2 (ja) * | 2001-02-14 | 2009-07-08 | 株式会社日本自動車部品総合研究所 | ハイブリッド車の電池状態制御方法 |
| JP4523738B2 (ja) * | 2001-06-07 | 2010-08-11 | パナソニック株式会社 | 二次電池の残存容量制御方法および装置 |
| JP4855871B2 (ja) | 2006-08-31 | 2012-01-18 | 長野日本無線株式会社 | 充電装置 |
| JP4664319B2 (ja) * | 2007-01-30 | 2011-04-06 | 長野日本無線株式会社 | 充電装置 |
| US8217631B2 (en) * | 2008-01-22 | 2012-07-10 | Honda Motor Co., Ltd. | ACG output voltage control |
| US7808244B2 (en) * | 2008-03-31 | 2010-10-05 | Texas Instruments Incorporated | System and method for determining state of charge of a battery utilizing initial voltage and current measurement and a previous estimate of battery resistance |
| DE102009002496A1 (de) | 2009-04-20 | 2010-10-21 | Deutronic Elektronik Gmbh | Lade- und Diagnoseverfahren für Batterien |
| DE102009051731B4 (de) | 2009-11-03 | 2024-06-27 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren und Vorrichtung zum Laden einer Batterie |
| US20120098501A1 (en) * | 2010-10-26 | 2012-04-26 | Tesla Motors, Inc. | Efficient lead acid battery charging |
| DE102011013967A1 (de) * | 2011-03-15 | 2012-01-05 | Daimler Ag | Verfahren zum Bestimmen eines maximalen Stroms aus einer Batterie |
-
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-
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- 2013-09-09 EP EP16190154.1A patent/EP3136539A1/de not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5589757A (en) * | 1994-01-26 | 1996-12-31 | Gnb Battery Technologies, Inc. | Apparatus and method for step-charging batteries to optimize charge acceptance |
| CN2377688Y (zh) * | 1999-05-07 | 2000-05-10 | 杨泰和 | 电池组充电的可线性调整限压电路装置 |
| CN1512619A (zh) * | 2002-12-31 | 2004-07-14 | 广达电脑股份有限公司 | 两段式充电装置 |
| CN101677144A (zh) * | 2008-09-16 | 2010-03-24 | 原子能委员会 | 包括超电容器的自治系统中电池的脉冲充电的方法 |
| CN202014109U (zh) * | 2011-03-02 | 2011-10-19 | 江苏嘉钰新能源技术有限公司 | 一种调整电池充电电压的电源 |
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