CN112087019A - 一种充电器及其充电方法 - Google Patents

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陈�胜
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Abstract

本发明涉及一种充电器，包括充电电路、控制器、电压检测电路、转灯电路，所述充电电路、电压检测电路、转灯电路与所述控制器电连接，其特征在于，还包括第一计时电路，所述控制器根据转灯电路的转灯信号，通过所述第一计时电路控制所述充电电路。本发明还保护一种电池的充电方法。本发明的充电方法和装置可以有效防止电池充电过程中的热失控，另外保证电池的寿命。

Description

一种充电器及其充电方法
技术领域
本发明涉及蓄电池领域。
背景技术
目前铅酸蓄电池充电的过程中，为了达到充电效果，有使用两段式冲电，即快充阶段、缓充阶段。也有使用三段式充电，即初始快充阶段、中间缓充阶段、后期浮充阶段。比如初始恒流或恒压快充阶段、中间恒压慢充阶段、后期恒压或恒流浮充阶段。初始使用低电压大电流，以缩短充电时间；电池电压上升到一定数值后，改用高电压小电流，以防止电池过充；蓄电池基本充满后改为相对较低电压到浮充水平，以减小对蓄电池的损害。一方面，在缓充阶段的过程中，电池会产生大量气体，导致失水增大，充电副反应加剧，电池放热增大，容易使电池出现热失控现象；另一方面，后期恒压或恒流浮充阶段，由于充电时间的不可控，也容易使电池出现热失控现象。市场上的传统充电制式在此阶段设置的跳转条件不合理，通常通过电流值进行控制，这样的设置存在的风险是电池一直处于高电压充电的阶段，而不能跳转到浮充阶段充电，很容易使得电池产生热失控现象，即使跳转在后期恒压或恒流浮充阶段，由于充电时间的不可控，也容易使电池出现热失控现象。也会导致电池寿命下降，严重时更会产生安全风险。因此需要一种安全的充电制式来避免蓄电池出现热失控并导致对蓄电池的破坏。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种充电器，包括充电电路、控制器、电压检测电路、转灯电路，所述充电电路、电压检测电路、转灯电路与所述控制器电连接，其特征在于，还包括第一计时电路，所述控制器根据转灯电路的转灯信号，通过所述第一计时电路控制所述充电电路。
进一步地，所述充电电路包括恒流充电电路或恒压充电电路，所述控制器根据所述转灯电路的转灯信号，控制所述恒流充电电路或所述恒压充电电路。
进一步地，所述转灯电路为电流检测电路或第二计时电路，所述控制器根据电压检测电路的电压信号，通过所述第二计时电路控制所述充电电路。
本发明还保护了一种电池的充电方法，包括下列步骤：步骤1：快速充电；步骤2：缓慢充电；步骤3：浮充充电，其特征在于，所述步骤3中浮充充电为限时浮充充电。
进一步地，所述步骤3中浮充充电时间值与充电电流值成反比。
进一步地，所述步骤3中浮充充电时间位于0.5-3小时之间。
进一步地，所述步骤3浮充充电电流位于0.005C～0.05C之间。
进一步地，所述步骤3浮充充电单格电压位于2.28V-2.67V之间。
进一步地，所述步骤2缓慢充电包括缓慢恒压限时充电。
进一步地，所述步骤1快速充电包括恒流或恒压充电至单格达到特定电压。
本发明的充电方法和装置可以有效防止电池充电过程中的热失控，另外保证电池的寿命，保证充电电池的均衡一致性。
附图说明
图1是本发明充电器的电路框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。
本发明提供了一种铅酸蓄电池6的充电器，包括开关电路1、充电电路2、电压检测电路3、转灯电路如第二计时电路4和电流检测电路7、控制器5、第一计时电路8。开关电路1用于完成对市电的交-直流转换，提供充电器中其他电路模块的工作电源，提供充电电流或充电电压；所述充电电路2用于接收开关电路1提供的充电电流或充电电压信号，将所述充电电流或充电电压信号提供给蓄电池6；所述电压电流检测电路3实现电池电压检测，并将检测结果送给控制器5；控制器5根据电压电流检测电路3检测的结果符合条件时，并控制充电电路2进入对应的充电模式，也可同时激活第二计时电路4，控制充电电路2进入限时充电模式。所述转灯电路满足电池转灯条件时，将转灯信号送给控制器5；控制器5根据转灯信号激活第一计时电路8并控制充电电路2进入对应的充电模式。转灯电路的转灯信号可以是第二计时电路4的转灯计时信号也可以是电流检测电路7的转灯电流信号，也可以是第二计时电路4和电流检测电路7首先满足转灯条件的的转灯计时信号或转灯电流信号。
电池开始进入充电时，将市电通过AC-DC(交流-直流)转换为可控的充电电压或充电电流信号，控制器控制充电电路，进入第一阶段，即快速充电阶段，如以较大的电流I1恒流充电，电流I1最好位于0.15C-2.0C之间，也可以恒压或恒功率快充。控制器打开电压检测电路对电池电压进行检测，如果检测电压值达到电池单格电压最好达到2.3V-2.4V，此时控制器根据电压检测电路的输入信号，控制器控制开关电路并使充电电路进入到第二阶段，以小电流充电如0.1C,在电压达到此阶段恒定电压时可以激活计时电路并控制充电电路进行恒压充电，充电的恒定单格电压最好位于2.40V-2.55V之间，当电流检测电路7的转灯电流到达时或第二计时电路4的预设的转灯时间到达时，控制器控制充电电路进入到第三阶段，即浮充阶段，并同时激活第一计时电路8，最好以位于0.005C-0.05C之间的电流恒流充电或采用以位于2.28V-2.67V之间的单格电压恒压充电一段时间，第一计时电路8设置的充电时间最好位于0.5-3小时之间，直至完成整个充电过程。
本发明铅酸蓄电池的充电方法如下：步骤1，初始快充阶段，如大电流恒流充电，充电电流0.15C～2.0C，限压2.3V/单格～2.40V/单格。此阶段电池荷电态较低，充电接受能力强，充电电压基本不产生气体，一般在负极完成充电至荷电态约90％，设置较大电流充电不仅能缩短充电时间，并且对蓄电池容量有激活和恢复的作用，试验证明，当电压充至2.3V/单格时，蓄电池开始析气；当电压充至2.3V～2.50V时，析气的速率明显开始升高。步骤2，中间缓充阶段，如恒压限时充电，经过步骤1负极充电基本完成，此阶段主要作用为使正极充电完全。此时电池充电接受能力差，设置过大电流或过高电压会产生大量气体，导致失水增大，易使电池出现热失控现象。因此参数设置如下：限压2.40V/单格～2.55V/单格，电压可以以小电流充电如0.1C,在电压达到此阶段的恒定电压时,开始计时，并限时1-3h，当设置的时间到达时，转灯到步骤3，通过限时可以避免电池温度升高而造成的热失控风险，也保证了电池寿命，该步骤中也可以通过设置电流进行转灯，即当电流低于0.015C～0.03C，转灯到步骤3，或者同时设置电流转灯和限时转灯。步骤3：后期浮充阶段，如小电流补强阶段。此时电池基本处理充满阶段，主要作用为平衡/补强各单体电池以及各单格落后者。通过对后期浮充阶段进行限时充电，保证控制热失控风险，通过对充电电流或充电电压的合理设置，保证充电电池的均衡一致以及寿命。参数：采用充电电流0.005C～0.05C，充电时间0.5小时～3.0小时。或采用以位于2.28V-2.67V之间的单格电压恒压充电。从而能消除蓄电池消除硫酸盐化及提高腐蚀层铅氧化物的化学计量系数，从而使每格电池达到均衡充电的效果，其中C为电池两小时率容量。
下面选取容量、压差相近的6-DZF-20型号八组电池(每组四只串联，每只12V)进行常温循环寿命实验。验证后期浮充阶段，对电池热失控、寿命以及一致性的影响。验证结果去尾平均数进行数据处理。
实施例1
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：恒流0.005C，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例2
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：恒流0.015C，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例3
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：恒流0.02C，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例4
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：恒流0.025C，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例5
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：恒流0.03C，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例6
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：恒流0.035C，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例7
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：恒流0.04C，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例8
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：恒流0.05C，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
表1热失控验证结果
Figure BDA0002615240830000091
表2循环寿命验证结果
Figure BDA0002615240830000092
Figure BDA0002615240830000101
表3蓄电池组间的压差验证结果
Figure BDA0002615240830000102
通过上述试验验证，得出以下结论：如表1，步骤3中，随着充电时间的增加，热失控的风险增加，同时步骤3的随着充电电流的增大也会导致热失控的风险增加，为更好的避免热失控，最好充电电流值与充电时间值成反比；如表2，步骤3中，随着充电时间的增加，电池寿命增加，但充电时间超过3小时，寿命降低，且随着电流的增加，这种情况更明显；如表3，步骤3中，充电时间越长、充电电流越大，电池的一致性越好，充电电流值与充电时间值成正比有利于一致性。因此，未保证避免热失控以及电池寿命，充电时间最好在3小时以下，为保证一致性，最好充电时间大于0.5小时，根据需要可以根据设置的不会导致热失控的具体时间进一步调整匹配的电流，从而达到更好的寿命。当然步骤3也可以通过预先设置合适的电压，进行充电，如2.28V-2.67V之间的单格电压恒压充电，同理，可以根据设置的不会导致热失控的具体时间进一步调整匹配的电压，从而达到更好的寿命，为了达到更好的均衡效果，充电单格电压最好设置在2.35V-2.67V之间。
下面步骤3中以2.28V-2.67V之间的单格电压恒压充电，选取容量、压差相近的6-DZF-20型号六组电池(每组四只串联，每只12V)进行常温循环寿命实验。验证后期浮充阶段，对电池热失控、寿命以及一致性的影响。验证结果去尾平均数进行数据处理。
实施例9-14
实施例9
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：以1A电流，恒压2.28V/单格，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例10
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：以1A电流，恒压2.33V/单格，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例11
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：以1A电流，恒压2.42V/单格，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例12
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：以1A电流，恒压2.50V/单格，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例13
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：以1A电流，恒压2.58V/单格，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
实施例14
步骤1：恒流0.125C，充电至电压为2.46V/单格跳转步骤2；
步骤2：恒压2.46V/单格，限流0.125C，充电至电流降至0.025C跳转步骤3；
步骤3：以1A电流，恒压2.67V/单格，充电0.5小时/1小时/2小时/3小时/4小时，充电结束。
表4热失控验证结果
Figure BDA0002615240830000131
Figure BDA0002615240830000141
表5循环寿命验证结果
Figure BDA0002615240830000142
Figure BDA0002615240830000151
表6蓄电池组间的压差验证结果
Figure BDA0002615240830000152
通过上述试验验证，得出以下结论：如表4，步骤3中，随着充电时间的增加，热失控的风险增加，同时步骤3的随着充电电压的增大也会导致热失控的风险增加，为更好的避免热失控，最好充电电压值与充电时间值成反比；如表5，步骤3中，随着充电时间的增加，电池寿命增加，但充电时间超过3小时，寿命降低，且随着电压的增加，这种情况更明显；如表6，步骤3中，充电电压2.28V基本上达不到均衡效果，随着充电电压越大，电池的一致性越好，充电电压值与充电时间值成正比有利于一致性。因此，未保证电池均衡需要较大的电压进行充电；另外避免热失控以及电池寿命，充电时间最好在3小时以下，为保证一致性，最好充电时间大于0.5小时，电压值最好设置在单格2.33V-2.67V之间，根据需要可以根据设置的不会导致热失控的具体时间，从而达到更好的电池均衡、寿命和一致性的效果。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种充电器，包括充电电路、控制器、电压检测电路、转灯电路，所述充电电路、电压检测电路、转灯电路与所述控制器电连接，其特征在于，还包括第一计时电路，所述控制器根据转灯电路的转灯信号，通过所述第一计时电路控制所述充电电路。
2.如权利要求1所述的充电器，其特征在于，所述充电电路包括恒流充电电路或恒压充电电路，所述控制器根据所述转灯电路的转灯信号，控制所述恒流充电电路或所述恒压充电电路。
3.如权利要求2所述的充电器，其特征在于，所述转灯电路为电流检测电路或第二计时电路，所述控制器根据电压检测电路的电压信号，通过所述第二计时电路控制所述充电电路。
4.一种电池的充电方法，包括下列步骤：步骤1：快速充电；步骤2：缓慢充电；步骤3：浮充充电，其特征在于，所述步骤3中浮充充电为限时浮充充电。
5.如权利要求4所述的充电方法，其特征在于，所述步骤3中浮充充电时间值与充电电流值成反比。
6.如权利要求5所述的充电方法，其特征在于，所述步骤3中浮充充电时间位于0.5-3小时之间。
7.如权利要求5所述的充电方法，其特征在于，所述步骤3浮充充电电流位于0.005C～0.05C之间。
8.如权利要求4所述的充电方法，其特征在于，所述步骤3浮充充电单格电压位于2.28V-2.67V之间。
9.如权利要求4-8任意一项所述的充电方法，其特征在于，所述步骤2缓慢充电包括缓慢恒压限时充电。
10.如权利要求9所述的充电方法，其特征在于，所述步骤1快速充电包括恒流或恒压充电至单格达到特定电压。
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