CN1145536A - 一种确定蓄电池均充电压的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定蓄电池均充电压的方法，其具体步骤是：1、当电池电压值大于设定的浮充电压值时转入步骤2、依次比较连续检测到的三个电压值和相应的时间值，如果满足电池电压上升率在增加转入步骤3、依次比较连续检测到的三个电压值和相应的时间值，如果满足电池电压上升率在减小，则第一次满足该条件的电压值为均充电压。本发明的特点是用该方法确定的均充电压作为恒压充电的控制基准，能够防止过充或欠充，使电池充电达到最佳效果。

Description

一种确定蓄电池均充电压的方法

本发明涉及一种在蓄电池充电过程中确定均充电压的方法。

一般蓄电池如镉镍电池、铅酸电池的充电过程分为两个阶段，先是恒流充电，当电压上升到设定的均充电压值时，再转入恒压充电，由于蓄电池的充电特性是随着环境温度和充电电流的变化而变化的，因而当环境温度和充电电流变化较大时，所设定的均充电压值往往不再符合实际情况，如果再以其作为控制基准，则难免造成蓄电池的过充或欠充。

中国发明专利公开了一种申请号为92104349.X，名称为一种电池充电装置与充电控制方法，该方法是将电池充电时的最高电压值予以记忆并产生一个适当比例的分压，将所述比例分压电压与电池停止充电时的电压值相比较，如果电池停止充电的电压值小于比例分压电压，则令电源停止对电池进行充电。该发明是通过上述方法及相应的充电装置来实现对电池作最适度的充电。

本发明的目的在于提供一种不同环境温度和充电电流的条件下，仍能准确地确定均充电压值，从而使蓄电池达到最佳充电效果的方法。

本发明的解决方案是：确定蓄电池均充电压的方法是在对电池充电过程中时时地对电池电压上升率进行检测比较，找出电池电压上升率由增加转为减小时的电压值，该电压值即为均充电压。具体步骤是：1、将检测到的电池电压值与设定的浮充电压值比较，当电池电压值大于浮充电压值时，则转入步骤2、比较按先后次序连续检测到的三个电压值V和相对应的三个时间值t是否满足 $\frac{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}{-}_1}{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}{-}_1}>\frac{\mathrm{Vj}{-}_1-\mathrm{Vj}{-}_2}{\mathrm{tj}{-}_1-\mathrm{tj}{-}_2}$ 或者 $\frac{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}{-}_1}{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}{-}_1}<\frac{\mathrm{tj}{-}_1-\mathrm{tj}{-}_2}{\mathrm{Vj}{-}_1-\mathrm{Vj}{-}_2}$ 即充电电池电压上升率是否在增加，如果电压上升率增加，则转入步骤3、比较按先后次序连续检测到的三个电压值V和相对应的三个时间值t是否满足 $\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}<\frac{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}$ 或者 $\frac{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}>\frac{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}$ 即充电电池电压上升率是否在减小，如果电压上升率减小，则第一次满足 $\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}<\frac{{\mathrm{vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}$ 或者 $\frac{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}{-}_1}>\frac{{\mathrm{tj}-}_1-\mathrm{tj}{-}_2}{{\mathrm{Vj}-}_1-\mathrm{Vj}{-}_2}$ 条件时的电压值Vj或Vj-₁或Vj_-2为均充电压。

上述方法的步骤2中，需要2～4次依次比较按先后次序连续检测到的三个电压值和相对应的三个时间值，如果2～4次比较结果均满足 $\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}{-}_1}>\frac{{\mathrm{Vj}-}_1-\mathrm{Vj}{-}_2}{\mathrm{tj}{-}_1-\mathrm{tj}{-}_2}$ 或者 $\frac{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}{-}_1}<\frac{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}$ 即电压上升率在连续增加，方可转入步骤3。

上述方法的步骤3中，需要2～4次依次比较按先后次序连续检测到的三个电压值和相对应的三个时间值，如果2～4次比较结果均满足 $\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}<\frac{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}$ 或者 $\frac{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}{-}_1}>\frac{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}$ 即电压上升率在连续减小，则确定第一次满足上述条件并且是在2Δt时间以前的电压值Vj-₂为均充电压。这里电压上升率为 $\frac{\mathrm{\&Delta;V}}{\mathrm{\&Delta;t}}=\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}$ 或 $\frac{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}$ 式中Vj为时刻tj的电压当前值，Vj-₁为上一时刻tj-₁的电压值，Vj-₂为再上一时刻tj-₂的电压值。比较电压上升率增大或减小的方法可以是：保持Δt一定，测ΔV，ΔV大者，电压上升率大，反之亦然；或者保持ΔV一定，测Δt，Δt小者，电压上升率大，反之亦然。

从充电特性曲线中可以看出，见图1，尽管充电特性曲线随环境温度变化，但在一定环境温度范围内，各条曲线的均充电压值，即图中的A₁、A₂、A₃点附近的变化规律是类似的，即电压上升率先是增大，然后减小，均充电压值表现为曲线上的一个转折点。根据这一变化规律，对恒流充电过程的电池电压进行检测、比较、判断，从而找出任何温度下充电特性曲线上的这种转折点，亦即找到了该温度下的均充电压值。由于这种均充电压值不是人为设定，而是通过随机检测、比较、判断确定的，因而可控制电池充电达到最佳效果，不会因环境温度和充电电流变化造成过充和欠充。

图1为在各种温度下电池的充电特性曲线图。

图2为本发明的计算机程序流程图。

图3为本发明另一方案的计算机程序流程图。

图4为20AH镉镍开口电池的充电特性曲线图。

图5为20AH镉镍开口电池的充电特性曲线图。

下面结合附图作进一步详述：

按照本发明的方法，利用计算机实现对电池充电过程进行检测比较，确定均充电压的步骤是：

1、首先向计算机输入充电电压的上、下限设定值Vvp、VLo，其中VLo值为浮充电压值，该值的设置是为了避开初始充电阶段存在的电压快速上升并转入缓慢上升的那个区段，Vvp值应保证大于所考虑温度范围内的均充电压值，使均充电压落在检测的范围内。

2、当检测到的电压值Vj上升到下限设定值VLo时，调用PTSEK1子程序，见流程图2，计算机每隔一定时间Δt(如5分钟)采样一次充电电压当前值Vj，将其依次存入RAM的一个先进先出表中，如Vj-₂、Vj-₁、Vj，它只存三个数值，当检测到第4个数值送入先进先出表时，最先检测到的数值Vj-₂移出表外，其它2个数值随之上移，该表在初始化时应清0，然后执行下列操作：

A、如果电压采样值Vj大于或等于上限设定值Vvp，则看上一次电压采样值Vj-₁是否大于或等于上限值，FVP是否置1，如果不是，则将FVP置1；如果是，即连续两次的电压采样值都大于或等于上限设定值Vvp，则将Vvp送入充电过程控制中的给定值单元Up，为转入以Vvp为给定值的恒压充电做好准备。图2中FU为找到均充电压点或连续两次判出电压高于Vvp的标志。FUST为由恒流充电转入恒压充电的开始标志。按步骤1对Uvp值的选取，这种情况一般不会出现。

B、如果电压采样值没有大于上限设定值Uvp，则检查电压上升率增大标志FINC2是否建立。该标志为连续两次判出电压上升率在增加。I、如果未建立，FINC2＝0，则根据最近三次电压采样值Vj、Vj-₁、Vj-₂比较判断电压上升率是否在增大，即判断ΔVj＞ΔVj-₁，其中ΔVj＝Vj-VJ-₁，ΔVj-₁＝Vj-₁-Vj-₂，按每隔5分钟检测一次电压采样值的次序排列为Vj-₂、Vj-₁、Vj。如果ΔVj设有大于ΔVj-₁，则清0；如果ΔVj大于ΔVj-₁则看上一次判出电压上升率在增加标志是否建立，FINC＝1？，如果FINC＝1则建立两次电压上升率均增加的标志FINC2＝1；如果FINC1，则建立一次电压上升率增加标志FINC＝1。

II、当连续两次断出电压上升率在增加，FINC2＝1，则判断电压上升率是否在减小，根据最近三次采样值Vj、Vj-₁、Vj-₂比较判断，如果连续二次比较结果即ΔVj＜ΔVj-₁并且FDED＝1均表明电压上升率在减小，则建立找到均充电压标志FV，为转入第一次满足ΔVj＜ΔVj-₁条件并在2Δt时间以前的电压采样值Vj-₂即均充电压值作为给定值VR的恒压充电做准备；如果ΔVj没有小于ΔVj-₁，则清“0”；如果ΔVj＜ΔVJ-₁而上一次比较结果没有满足ΔVj＜ΔVj-₁，则建立一次满足前述条件的标志FDEC＝1。

上述比较电压上升率的方法是：Δt保持一定，测ΔV，下面将给出的另一种比较方法是：保持ΔV一定，测Δt，该方法由子程序2来实现，见图3，该程序中的Vjj为电压当前值，ΔV为计算电压上升率用的电压增量设定值，ΔVjj为电压增量当前值，Δtjj为时间增量当前值，Δtt为予先设定的时间值，每隔Δtt时间调用一次本子程序，Δtj＝tj-tj-₁，Δtj-₁＝tj-₁-tj-₂，其它符号与子程序1相同。

根据本发明的方法，对20AH镉镍电池组(10节串联)的充电过程进行人工随机检测，并绘出该电池在充电电流为4A，环境温度为20±2℃条件下的充电特性曲线图，见图4。当电池充电5个小时时，检测到充电电压值为14.15伏，已大于设定的浮充电压值14伏时，每隔一定的时间对电池的充电电压进行一次检测，得出下列对应数值：充电时间(小时)                           电池电压(伏)t₁       6                              V₁    14.3t₂       6.5                            V₂    14.6t₃       7                              V₃    15t₄       7.15                           V₄    16.1t₃       7.25                           V₅    16.5t₆       7.35                           V₆    16.55t₇       7.5                            V₇    16.6

将按先后次序连续测得的数据代入

公式中，并依次进行比较： $\frac{V_2-V_1}{t_2-t_1}=\frac{0.32}{0.5}=0.64$ $\frac{V_3-V_2}{t_3-t_2}=\frac{0.38}{0.5}=0.74$ $\frac{V_4-V_3}{t_4-t_3}=\frac{1.1}{0.15}=7.33$ $\frac{V_5-V_4}{t_5-t_4}=\frac{0.4}{0.1}=4$ $\frac{V_6-V_5}{t_6-t_5}=\frac{0.05}{0.1}=0.5$ $\frac{V_7-V_6}{t_7-t_6}=\frac{0.06}{0.15}=0.4$

从上述结果可以看出，在t₁-t₄期间，电压上升率在不断增加，在t₄-t₇期间，电压上升率在不断减小，t₄时刻为电压上升率由增加变为减小的转折点，故对应于t₄时刻的电压值V₄为均充电压。

同理，将上述数据代入 公式中，从依次比较结果中亦可得出在t₁-t₄期间电压上升率在不断增加，在t₄-t₇期间，电压上升率在不断减小，t₄时刻仍为电压上升率由增加变为减小的转折点，对应于t₄时刻的电压值V₄为均充电压。 $\frac{t_2-t_1}{V_2-V_1}=\frac{0.15}{0.32}=1.56$ $\frac{t_3-t_2}{V_3-V_2}=\frac{0.5}{0.38}=1.32$ $\frac{t_4-t_3}{V_4-V_3}=\frac{0.15}{1.1}=0.136$ $\frac{t_5-t_4}{V_5-V_4}=\frac{0.1}{0.4}=0.25$ $\frac{t_6-t_5}{V_6-V_5}=\frac{0.1}{0.05}=2$ $\frac{t_7-t_6}{V_7-V_6}=\frac{0.15}{0.06}=2.5$

本发明与现有技术相比有如下优点：本方法是根据电池充电特性，对整个充电过程进行检测、比较、判断，从而确定在相应环境温度和充电电流条件下的均充电压，用该方法确定的均充电压作为恒压充电控制基准，就会避免高温过充、低温欠充，大电流充电易欠充、小电流充电易过充等问题，使电池充电达到最佳效果，延长电池使用寿命。

Claims (3)

1、一种确定蓄电池均充电压的方法，其特征在于在对电池充电过程中时时地对电池电压上升率进行检测比较，找出电池电压上升率由增加转为减小时的电压值，该电压值即为均充电压，具体步骤是：1、将检测到的电池电压值与设定的浮充电压值比较，当电池电压值大于浮充电压值时，则转入步骤2、比较按先后次序连续检测到的三个电压值V和相对应的三个时间值t是否满足 $\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}{-}_1}>\frac{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}$ 或者 $\frac{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}{-}_1}<\frac{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}$ 即充电电池电压上升率是否在增加，如果电压上升率增加，则转入步骤3、比较按先后次序连续检测到的三个电压值V和相对应的三个时间值t是否满足 $\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}{-}_1}<\frac{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}$ 或者 $\frac{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}>\frac{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}$ 即充电电池电压上升率是否在减小，如果电压上升率减小，则第一次满足 $\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}<\frac{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}$ 或者 $\frac{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}>\frac{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}$ 条件时的电压值Vj或Vj-₁或Vj-₂为均充电压。

2、根据权利要求1所述的一种确定蓄电池均充电压的方法，其特征在于上述方法的步骤2中，需要2～4次依次比较按先后次序连续检测到的三个电压值和相对应的三个时间值，如果2～4次比较结果均满足 $\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}{-}_1}>\frac{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}$ 或者 $\frac{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}<\frac{{\mathrm{tj}-}_1-\mathrm{tj}{-}_2}{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}$ 即电压上升率在连续增加，方可转入步骤3。

3、根据权利要求1所述的一种确定蓄电池均充电压的方法，其特征在于上述方法的步骤3中，需要2～4次依次比较按先后次序连续检测到的三个电压值和相对应的三个时间值，如果2～4次比较结果均满足 $\frac{{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}-}_1}{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}{-}_1}<\frac{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}$ 或者 $\frac{{\mathrm{tj}-\mathrm{tj}-}_1}{\mathrm{Vj}-\mathrm{Vj}{-}_1}>\frac{{\mathrm{tj}-}_1{-\mathrm{tj}-}_2}{{\mathrm{Vj}-}_1{-\mathrm{Vj}-}_2}$ 即电压上升率在连续减小，则确定第一次满足上述条件并且是在2Δt时间以前的电压值Vj-₂为均充电压。

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