CN105186053B - 蓄电池变电流充电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蓄电池变电流充电方法，包括恒流充电阶段、脉冲快速充电阶段和补充充电阶段；在恒流充电阶段中，采用第一充电电流对蓄电池进行恒流充电，直到蓄电池的电压值达到第一预设电压值；在脉冲快速充电阶段中，根据预设的正脉冲充电时间和负脉冲放电时间，采用正脉冲充电与负脉冲放电交替的方式对蓄电池进行循环脉冲快速充电，当一个循环脉冲快速充电周期结束时，减小正脉冲和负脉冲电流值，并同时充放电时间，进行下一个循环脉冲快速充电周期，直到正脉冲电流值达到第二充电电流值；在补充充电阶段中，采用恒压充电方式对蓄电池进行补充充电。通过本发明能够实现对大容量蓄电池进行快速高效充电，消除极化现象，降低对蓄电池的损害。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池充电技术领域，更为具体地，涉及一种蓄电池变电流充电方法。
背景技术
大容量蓄电池是船舶电气设备的重要组成部分之一，其在船舶上不仅作为柴油机的起动电源，而且还需要为船舶通讯、导航等设备以及应急照明提供电能。目前采用恒流充电方法对船舶大容量蓄电池进行充电。恒流充电是指电流维持在恒定值的充电，恒流充电方法是通过调整充电器的输出电压、或者改变与蓄电池串联的电阻来保持充电电流的恒定。
然而，所谓恒流充电仅仅只能够在充电的初始阶段和中间阶段保持恒流，而充电后期的充电电流则十分小，根本不能达到整个充电过程的恒流。如此便会造成充电效率低、能耗高，且蓄电池的极化现象严重(所谓极化是指当电池有电流通过时，电极偏离了平衡电位的现象，分为电化学极化、浓度极化和欧姆极化)，明显缩短蓄电池的使用寿命。
蓄电池的充电过程其实是一个电化学反应的过程，而极化现象是阻碍电化学反应正常进行的主要因素，其影响着蓄电池的充电接受能力。充电电流越大，蓄电池的极化现象越严重。因此，控制和消除极化现象是实现对蓄电池进行快速和高效充电的关键。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种蓄电池变电流充电方法，以解决现有的恒流充电方法造成的充电效率低、能耗高，且电池极化现象严重的问题。
本发明提供的蓄电池变电流充电方法，包括：恒流充电阶段、脉冲快速充电阶段和补充充电阶段；其中，
在恒流充电阶段中，采用第一充电电流对蓄电池进行恒流充电，直到蓄电池的电压值达到第一预设电压值时，进入脉冲快速充电阶段；其中，第一充电电流值根据蓄电池的额定容量进行设定，第一预设电压值根据蓄电池的额定电压值进行设定；
在脉冲快速充电阶段中，根据预设的正脉冲充电时间和负脉冲放电时间，采用正脉冲充电与负脉冲放电交替的方式对蓄电池进行循环脉冲快速充电，当一个循环脉冲快速充电周期结束时，减小正脉冲电流值和负脉冲电流值，并同时减少正脉冲充电时间和负脉冲放电时间，然后进行下一个循环脉冲快速充电周期，直到正脉冲电流值达到第二充电电流值时，进入补充充电阶段；其中，第二充电电流值根据第一充电电流值进行设定；并且，在采用正脉冲充电与负脉冲放电交替的方式对蓄电池进行循环脉冲快速充电的过程中，当蓄电池的电压值达到第一预设电压值时，一个循环脉冲快速充电周期结束，第一个循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值根据第一充电电流值进行设定，其他循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值根据前一次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值进行设定、正脉冲充电时间和负脉冲放电时间根据前一次循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲充电时间和负脉冲充电时间进行设定，负脉冲电流值均根据本次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值进行设定；
在补充充电阶段中，采用恒压充电方式对蓄电池进行补充充电；其中，补充充电的电压值根据蓄电池的额定电压值进行设定。
此外，优选的方式为：还包括浮充充电阶段；其中，当补充充电阶段中的补充充电电流值减少到第三充电电流值时，进入浮充充电阶段，第三充电电流值根据第一充电电流值进行设定；以及，在浮充充电阶段中，采用恒压充电方式对蓄电池进行浮充充电，浮充充电的电压值根据蓄电池的额定电压值进行设定。
此外，优选的方式为：在进行恒流充电的过程中，当蓄电池的电压值达到第一预设电压值时，停止恒流充电，进入第一间歇期，经过第一间歇期的间歇后进入脉冲快速充电阶段。
利用上述根据本发明的蓄电池变电流充电方法，根据蓄电池电压实时控制充电电流，使充电电流接近蓄电池可接受的充电电流曲线，充电过程中采用负脉冲放电，使蓄电池流过一个较大的负脉冲电流，消除充电过程中的极化现象，从而在实现对蓄电池进行快速高效充电的同时，降低对蓄电池的损害。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的蓄电池变电流充电方法的流程示意图；
图2为根据本发明实施例的脉冲快速充电阶段的脉冲电流和蓄电池电压曲线。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
针对前述现有的蓄电池充电方式存在充电效率低、能耗高、极化现象严重的问题，本发明采用变电流充电方式，将蓄电池的充电过程分为恒流充电、脉冲快速充电、补充充电和浮充充电四个阶段，并且每个阶段所采用的充电电流值都不相同，从而能够实现对大容量蓄电池进行快速高效充电的同时，降低对蓄电池的损害。
为了说明本发明提供的蓄电池变电流充电方法，图1示出了根据本发明实施例的蓄电池变电流充电方法的流程。
如图1所示，本发明提供的蓄电池变电流充电方法包括：
S110：恒流充电阶段：采用第一充电电流对蓄电池进行恒流充电，直到蓄电池的电压值达到第一预设电压值时，进入步骤S120；其中，第一充电电流值根据蓄电池的额定容量进行设定，第一预设电压值根据蓄电池的额定电压值进行设定。
其中，第一充电电流值为蓄电池额定容量的0.8～1.2倍，第一预设电压值为蓄电池的额定电压值的1.1～1.5倍。具体地，当第一充电电流值为蓄电池额定容量的1倍，第一预设电压值为蓄电池的额定电压值的1.25倍时，效果最佳。例如，蓄电池的额定容量为100Ah时，第一充电电流值则为100A；蓄电池的额定电压值为12V时，第一预设电压值为15V。在进行恒流充电的过程中，当蓄电池的电压值达到第一预设电压值时，停止恒流充电，然后进入一个间歇期(即第一间歇期)，经过该间歇期(第一间歇期的间歇时间为30秒～40秒)的间歇后再进入脉冲快速充电阶段。具体地，在恒流充电的过程中，当蓄电池的电压值上升到15V时，停止恒流充电，并间歇30秒，30秒后进入脉冲快速充电阶段。
然而，需要说明的是，上述步骤S110中所使用的第一充电电流对于蓄电池来说属于大电流恒流充电。而上述大电流恒流充电仅适合经常使用的蓄电池，如果某个蓄电池长期不用或者是新电池，那么首次充电采用大电流充电则会影响蓄电池的寿命，此时则需要对蓄电池进行小电流充电。小电流充电的电流值可以选取蓄电池额定容量的0.1倍，即当蓄电池的额定容量为100Ah时，小电流充电的电流值为10A，当蓄电池的电压上升到蓄电池额定电压的1.25倍时，进入30秒间歇期后进入步骤S120。
S120：脉冲快速充电阶段：根据预设的正脉冲充电时间和负脉冲放电时间，采用正脉冲充电与负脉冲放电交替的方式对蓄电池进行循环脉冲快速充电，当一个循环脉冲快速充电周期结束时，减小正脉冲电流值和负脉冲电流值，并同时减少正脉冲充电时间和负脉冲放电时间，然后进行下一个循环脉冲快速充电周期，直到正脉冲电流值达到第二充电电流值时，进入步骤S130。
其中，在步骤S120中，第二充电电流值根据第一充电电流值进行设定，两次正脉冲充电与一次负脉冲放电为一个交替周期，由若干交替周期构成一个循环脉冲快速充电周期，当蓄电池的电压值达到第一预设电压值时，一个循环脉冲快速充电周期结束(即在经过若干交替周期后，蓄电池的电压值达到第一预设电压值，此时，一次循环脉冲快速充电结束)；第一个循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值根据第一充电电流值进行设定，负脉冲电流值根据本次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值进行设定，第一个循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲充电时间和负脉冲放电时间为预设的正脉冲充电时间和负脉冲放电时间；其他循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值则根据前一次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值进行设定、负脉冲电流值仍根据本次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值进行设定，其他循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲充电时间和负脉冲放电时间根据前一次循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲充电时间和负脉冲充电时间进行设定。
其中，交替周期的交替过程为：正脉冲充电-进入第二间歇期-正脉冲充电-进入第三间歇期-负脉冲放电-进入第四间歇期，第二间歇期、第三间歇期和第四间歇期的间歇时间为100～130毫秒(其中，间歇时间为100毫秒时效果最好)，预设的正脉冲充电时间为50秒～90秒(其中，充电时间为60秒时效果最好)，预设的负脉冲放电时间为230毫秒～280毫秒(放电时间为250毫秒时效果最好)。
此外，第一个循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值为第一充电电流值的70％～85％(其中，75％为最优比例)，第一个循环脉冲快速充电周期所使用的负脉冲电流值为本次循环所使用的正脉冲电流值的1.5～3倍(其中，2倍为最优方式)；其他循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值为前一次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值70％～85％(其中，75％为最优比例)，其他循环脉冲快速充电周期所使用的负脉冲电流值为本次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值的1.5～3倍(其中，2倍为最优方式)；其他循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲充电时间和负脉冲放电时间为前一次循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲充电时间和负脉冲充电时间的70％～90％(其中，80％为最优比例)。
也就是说，在上述步骤S120中，采用正脉冲充电与负脉冲放电交替的方式对蓄电池进行循环脉冲快速充电的过程为：首先采用第一充电电流值的75％对蓄电池进行正脉冲充电，时间为60秒，60秒后停止充电，进入100毫秒间歇期，100毫秒之后继续采用第一充电电流值的75％对蓄电池进行正脉冲充电，时间60秒，再次进入100毫秒间歇期，接着对蓄电池进行负脉冲放电，消除极化现象，负脉冲放电时间为250毫秒，负脉冲放电电流值为正脉冲充电电流值的2倍。重复进行上述充放电操作(即两次正脉冲充电和一次负脉冲放电)，直到蓄电池的电压上升到蓄电池的额定电压的1.25倍时，将正脉冲充电电流减小为之前正脉冲充电电流的75％，继续进行正脉冲充电，时间为60秒，然后进入100毫秒间歇期，然后再次进行正脉冲充电，时间60秒，然后进入100毫秒间歇期，接着对蓄电池进行负脉冲放电，消除极化，负脉冲时间同样为250毫秒，负脉冲放电电流值为本次正脉冲充电电流值的2倍。每当蓄电池电压上升到其额定电压的1.25倍时，正脉冲电流都减小为前一正脉冲充电电流的75％，同时正脉冲充电时间和负脉冲放电时间分别减小为前一正脉冲充电时间和负脉冲放电时间的80％，但负脉冲放电电流始终为本次正脉冲充电电流的2倍，如此循环，直到正脉冲充电电流减小到第一充电电流的10％，进入步骤S130。
S130：补充充电阶段：采用恒压充电方式对蓄电池进行补充充电；其中，补充充电的电压值根据蓄电池的额定电压值进行设定。
为了保证蓄电池的电量达到100％，此阶段对蓄电池采用恒压充电方式，以使蓄电池电量充满，充电电压为蓄电池额定电压的1～1.3倍(其中，1.15倍为最优比例)，而充电电流会随着蓄电池电量的充满而自动减小。
进一步地，为了补偿对蓄电池自放电的损耗，使蓄电池电量始终处于充足状态，本发明还包括浮充充电阶段。其中，当补充充电阶段中的补充充电电流值减少到第三充电电流值时，进入浮充充电阶段；第三充电电流值根据第一充电电流值进行设定；在浮充充电阶段中，同样采用恒压充电方式对蓄电池进行浮充充电，浮充充电的电压值根据蓄电池的额定电压值进行设定。
其中，当充电电流逐渐减小到第一充电电流值的3％～8％(其中，5％为最优比例)时，进入浮充充电阶段，浮充充电阶段的浮充充电电压为蓄电池的额定电压的1～1.5倍(其中，1.1倍为最优比例)。
为了进一步对脉冲快速充电阶段进行说明，图2示出了根据本发明实施例的脉冲快速充电阶段的脉冲电流和蓄电池电压曲线。为了便于表述，下述将恒流充电阶段表示为阶段一、脉冲快速充电阶段表示为阶段二、补充充电阶段表示为阶段三、浮充充电阶段表示为阶段四，第一充电电流表示为充电电流1。
如图2所示，第一个正脉冲2，脉冲电流的大小为阶段一充电电流1的75％，时间为60秒，然后充电器停止充电，进入间歇期3，间歇时间为100毫秒，接着开始第二个正脉冲4，脉冲电流的大小为阶段一充电电流的75％，时间为60秒，然后进入间歇期5，间歇时间为100毫秒，接着开始负脉冲放电6，负脉冲电流为正脉冲2电流的2倍，时间为250毫秒，然后停止放电，进入间歇期7，间歇时间为100毫秒，接着开始第三个正脉冲8，脉冲电流的大小为阶段一充电电流1的75％，时间为60秒，然后充电器停止充电，进入间歇期9，间歇时间为100毫秒，接着开始第四个正脉冲10，脉冲电流的大小为阶段一充电电流1的75％，时间为60秒，然后进入间歇期11，间歇时间为100毫秒，接着开始脉冲放电12，此后重复进行充电-间歇-充电-间歇-放电-间歇。每当蓄电池电压达到蓄电池额定电压时，即t1和t2时刻，脉冲充电电流值大小开始调整，每次调整时，脉冲充电电流值减小为前一个脉冲充电电流值的75％，即脉冲充电电流13为脉冲充电2的75％，脉冲充电电流15为脉冲充电13的75％，同时脉冲充电和脉冲放电的时间减小为前一脉冲充电时间的80％，即脉冲充电13的时间为脉冲充电1的80％，脉冲充电15的时间为脉冲充电13的80％，脉冲放电14的脉宽为脉冲放电12的80％，脉冲放电16的时间为脉冲放电14的80％。如此循环，直至蓄电池脉冲充电电流小于充电电流1的10％时，转入阶段三补充充电阶段，被充充电阶段完毕后转入阶段四进行浮充充电。
下面以12V/100Ah铅酸蓄电池的充电过程为示例，对本发提供的蓄电池变电流充电方法进行更为详细的说明。
12V/100Ah铅酸蓄电池的充电过程如下：
阶段一：大电流充电，采用100A大电流恒流充电，当蓄电池的电压大于15V时停止充电，间歇30秒后转入阶段二。
阶段二：脉冲快速充电，首先进行75A正脉冲充电60秒，间歇100毫秒，再进行75A正脉冲充电60秒，间歇100毫秒，然后进行150A负脉冲放电250毫秒，间歇100毫秒，然后重复进行两次75A正脉冲充电60秒，间歇100毫秒，再进行250毫秒150A负脉冲放电，间歇100毫秒，如此循环。
当电压大于15V时，正脉冲减小为56A，然后进行两次56A正脉冲充电48秒，间歇100毫秒，接着进行112A负脉冲放电200毫秒，间歇100毫秒，此后重复进行两次56A正脉冲充电45秒，间歇100毫秒，再进行112A负脉冲放电200毫秒，间歇100毫秒，如此循环。
当电压再次大于15V时，减小充电脉冲为42A，然后进行两次42A正脉冲充电38秒，间歇100毫秒，接着进行84A负脉冲放电160毫秒，间歇100毫秒，此后重复进行两次42A正脉冲充电38秒，间歇100毫秒，再进行84A负脉冲放电160毫秒，间歇100毫秒，如此循环，直至蓄电池充电脉冲电流小于10A时，转入阶段三补充充电阶段。
阶段三：补充充电，采用13.8V恒压充电，当充电电流小于5A后转入阶段四浮充阶段。
阶段四：浮充充电，采用12.2V恒压充电，充电电流值设定为5A。此阶段主要用来补充蓄电池自放电所消耗的能量，只要在电池接在充电器上并且充电器接通电源，充电器就会给电池不断补充电荷，这样可使电池总处于电量充足状态。
通过上述可知，本发明提供的蓄电池变电流充电方法根据蓄电池电压实时控制充电电流，使充电电流接近蓄电池可接受的充电电流曲线，充电过程中采用负脉冲放电，使蓄电池流过一个较大的负脉冲电流，消除极化，从而在实现对大容量蓄电池进行快速高效充电的同时，降低对蓄电池的损害。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明的蓄电池变电流充电方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的蓄电池变电流充电方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (8)
1.一种蓄电池变电流充电方法，包括：恒流充电阶段、脉冲快速充电阶段和补充充电阶段；其中，
在所述恒流充电阶段中，采用第一充电电流对蓄电池进行恒流充电，直到所述蓄电池的电压值达到第一预设电压值时，进入脉冲快速充电阶段；其中，当所述蓄电池的电压值达到第一预设电压值时，停止恒流充电，进入第一间歇期，经过所述第一间歇期的间歇后进入脉冲快速充电阶段，所述第一充电电流值为所述蓄电池额定容量的0.8～1.2倍，所述第一预设电压值为所述蓄电池的额定电压值的1.1～1.5倍，所述第一间歇期的间歇时间为30～40秒；
在所述脉冲快速充电阶段中，根据预设的正脉冲充电时间和负脉冲放电时间，采用正脉冲充电与负脉冲放电交替的方式对所述蓄电池进行循环脉冲快速充电，当一个循环脉冲快速充电周期结束时，减小正脉冲电流值和负脉冲电流值，并同时减少所述正脉冲充电时间和负脉冲放电时间，然后进行下一个循环脉冲快速充电周期，直到所述正脉冲电流值达到第二充电电流值时，进入补充充电阶段；其中，所述第二充电电流值根据所述第一充电电流值进行设定；并且，
在采用正脉冲充电与负脉冲放电交替方式对所述蓄电池进行循环脉冲快速充电的过程中，当所述蓄电池的电压值达到所述第一预设电压值时，一个循环脉冲快速充电周期结束，第一个循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值根据所述第一充电电流值进行设定，其他循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值根据前一次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值进行设定、正脉冲充电时间和负脉冲放电时间根据前一次循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲充电时间和负脉冲充电时间进行设定，负脉冲电流值均根据本次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值进行设定；
在所述补充充电阶段中，采用恒压充电方式对所述蓄电池进行补充充电；其中，补充充电的电压值根据所述蓄电池的额定电压值进行设定。
2.如权利要求1所述的蓄电池变电流充电方法，还包括浮充充电阶段；其中，
当所述补充充电阶段中的补充充电电流值减少到第三充电电流值时，进入所述浮充充电阶段，所述第三充电电流值根据所述第一充电电流值进行设定；以及，
在所述浮充充电阶段中，采用恒压充电方式对所述蓄电池进行浮充充电，浮充充电的电压值根据所述蓄电池的额定电压值进行设定。
3.如权利要求2所述的蓄电池变电流充电方法，其中，所述补充充电的电压值为蓄电池的额定电压值的1～1.3倍，所述第三充电电流值为所述第一充电电流值的3％～8％，所述浮充充电的电压值为所述蓄电池的额定电压值的1～1.5倍。
4.如权利要求1所述的蓄电池变电流充电方法，其中，两次正脉冲充电与一次负脉冲放电为一个交替周期，所述交替周期的交替过程为：正脉冲充电-进入第二间歇期-正脉冲充电-进入第三间歇期-负脉冲放电-进入第四间歇期。
5.如权利要求4所述的蓄电池变电流充电方法，其中，所述第二间歇期、第三间歇期和第四间歇期的间歇时间均为100～130毫秒。
6.如权利要求1所述的蓄电池变电流充电方法，其中，所述预设的正脉冲充电时间为50秒～90秒，所述预设的负脉冲放电时间为230毫秒～280毫秒。
7.如权利要求1所述的蓄电池变电流充电方法，其中，所述第一个循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值为所述第一充电电流值的70％～85％，所述第一个循环脉冲快速充电周期所使用的负脉冲电流值为本次循环所使用的正脉冲电流值的1.5～3倍。
8.如权利要求1所述的蓄电池变电流充电方法，其中，其他循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲电流值为前一次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值70％～85％，其他循环脉冲快速充电周期所使用的负脉冲电流值为本次循环快速充电周期所使用的正脉冲电流值的1.5～3倍；
其他循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲充电时间和负脉冲放电时间为前一次循环脉冲快速充电周期所使用的正脉冲充电时间和负脉冲充电时间的70％～90％。
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