CZ59495A3 - Process and apparatus for battery charging - Google Patents

Description

o σ

o

ΙΛ· a-zařízeni na vynález týká šetrně nabít

Výnález se týká způsobu nabíjení bater-iínabíjení baterií a člínků, zejména se tento bateriového nabíječe schopného velmi rychle a baterie bez případného přebití a přebití způsobuj ícího přehřátí baterie nebo zkrácení životnosti baterie. Vynález se rovněž týká zařízení pro nabíjení baterií schopného automaticky určovat referenční napětí a řídit nabíjecí cykl bez nbezpeči přebití.

Dosavadní stav techniky

Nabíjení se reguluje tak, že se v pravidelných intervalech přeruší nabíjecí proud a po přerušení proudu se v pevně stanovených intervalech zjistí napětí Vq baterie při nulovém odporu a toto napětí při nulovém odporu se srovná s referenčním napětím Vref* které je typickým znakem začínajících zpětných vazeb přebití. Nabíjecí proud se pak podle potřeby sníží na takovou hodnotu, aby napětí při nulovém odporu nebylo větší než referenční napětí.

Referenční napětí jako charakteristický znak začínajících zpětných vazeb přebití se zjistí během konstantní současné periody nabíjení určením bezodporového napětí Vq v určitých charakteristických datových bodech. Tyto charakteristické datové body je možno najít na nabíjecí křivce, která vyjadřuje poměr bezodporového napětí Vq vzhledem k času t. Podle Obr. 2 existují tyto charakteristické body :

1) první inflexní bod I (1) nabíjecí křivky VqÍí), kde dosahuje první derivace dVQ/dt minima,

2) bod K maximálního zakřivení nabíjecí křivky, který je též možno identifikovat jako inflexní bod na první derivační křivce (dVQ/dt), kde dosahuje druhá derivační křivka d^VQ/dt^ maxima,

3) druhý inflexní bod 1(2) nabíjecí křivky, kde dosahuje první derivace dVQ/dt maxima.

Jako funkci pro kteroukoli z nich vybereme vhodnou VjygF» nebo statistický průměr dvou nebo několika charakteristických bodů uvedených výše. Například Vref J^{e mo}^^no vypočítat tak, že se hodnoty Vj^-q o určitý počet procent zvýší, nebo že se hodnoty Vpz nebo V

1(2) o určité procento sníží.

Předkládaný vynález se týká dobíjení baterií a článků, používajících nikl-kadmium (NiCd), hydrid niklu-kovu (NiMeH), olovo a jiné chemikálie. Mají široké pole využití, například se používají pro malé přístroje jako jsou holicí strojky, elektrické nářadí bez elektrického kabelu, přenosné telefony, počítače, hračky a podobně; dále pak jako trakční baterie pro automobily s nakládací rukou, golfová vozidla a elektrická vozidla.

Jelikož dá předpokládat, že používání elektrických vozidel bude stoupat, je rychlé a inteligentní nabíjení těchto vozidel velice důležité, protože je občas třeba omezenou kapacitu baterie dobít přímo na silnici u elektrické pumpy. Ale i v případě pomalejšího dobíjení elektrického vozidla domácím nabíječem je velice důležité, aby nedošlo k přebití, které zkracuje životnost baterie a je bohužel pro současné metody nabíjení tak typické. Vždyť baterie elektrického vozidla představuje nemalou investici a je tedy základním požadavkem ekonomičnosti provozu, aby se její životnost používáním inteligentního nabíječe prodloužila. Termínem inteligentní nabíječ označujeme schopnost nabíjecího zařízení automaticky zjistit kapacitu jakékoliv baterie, u které je možné dobití, a řídit nabíjecí cyklus tak, aby se baterie dobila na maximum a zároveň nedošlo k podstatnějšímu přebití;

Při nabíjení baterie protéká baterií elektrický proud a většinou dochází k určité regulaci proudu (například konstantní proud) a často i k určité regulaci napětí (například maximální I když je nutné regulovat proces samotného nabíjení, se provádí hlavně proto, aby se po nabití baterie nabíjení zastavilo. V tomto momentě má další nabíjení za následek nežádoucí a zbytečné zpětné vazby přebití. Zpětné vazby přébití u článků s odvzdušňovacími otvory mají za následek elektrolýzu a ztrátu vody, která se pak musí doplňovat. Přebitím uzavřených článků zase dochází k vytváření tlaku a tepla, jelikož napět!). regulace

rekombinační reakce plynů vznikajících ze zpětných vazeb přebití jsou exotermické.

Teoreticky je předpokladem zpětných vazeb přebití vyšší napětí a dá se jim tedy zabránit omezením nabíjecího napětí na určitou hodnotu. Bohužel však tento jednoduchý postup funguje pouze u určitých typů článků, například olovnatých článků, niklokadmiových článků s otvory a uzavřených lithioiontových článků.

Uzavřené články, které mohou rekombinovat výsledky reakce přebití (například niklokadmiové články) obvykle snesou určitou míru přebití tehdy, je-li tlak plynů vznikajících jako vedlejší produkt nízký a teplo se uvolňuje tak pomalu, že se snadno rozptyluje a ztrácí. Potřeba zastavit nabíjení po nabití baterie není tak akutní, pokud se tím neztrácí žádná složka elektrolytu. Avšak trvalé přebíjení, byt jen i v malé míře, vede často ke zkrácení životnosti baterií.

Avšak rychlé nabíjeni, to znamená nabíjení probíhající méně než jednu hodinu, je pro otevřené i uzavřené baterie zátěží mnohem větší. První problém vzniká tím, že dochází k nedostatečnému rozložení nebo vyvážení náboj e uvnitř elektrodových plátů, takže některé části aktivní hmoty, k nimž je elektrochemicky lepší přístup, se nabijí na maximum a dojde u nich k reakcím přebití, zatímco jiné části aktivní hmoty se vůbec nedobijí. Křivka obecně vyjadřující přijetí náboje na Obr. 1 ukazuje, že tento problém při zvýšení proudu narůstá. To znamená, že čím je intenzita nabíjení vyšší, tím nižší je stupeň nabití, při němž se projevují reakce přebití. V oblasti, kde dojde k přebití, současně účinnost nabíjení klesá a většina coulombické energie se promrhá na zpětné účinky přebití. Aby se za těchto podmínek nabíjení dokončilo, je třeba do jisté míry a po dostatečně dlouhou dobu reakce přebití tolerovat, což se stává v praxi poměrně často. Důsledkem toho je, že se rychlonabíječí niklokadmiové články více katalyzují, aby se nadměrnému tvoření tlaku během doby přebíjení zabránilo. Tento postup využívající omezenou dobu přebití je rozšířený, jelikož dovoluje využít jednoduchou nabíjecí technologii vyvinutou pro střední nabíjecí dobu (1 až 6 hodin). Avšak rychlému zahřívání baterie během vysokého přebití se vyhnout nelze. Mezi další problémy patří možnost překročení dovoleného tlaku a větraní článků, obzvláště při nízkých teplotách, katalyzátor takovou účinnost.

kdy nemá rekombinační

Metody používané k ukončení rychlého procesu nabití/přejbití ve vhodnou dobu je možno dobře pochopit pomocí křivek nabíjecího napětí na Obr. 2. Redukované a okysličené formy aktivní hmoty NI(OH)2 a NiO(OH) jsou označeny jako M_rej, respektive Μ_θχ.

První část A napěťové křivky Vq/ϊ představuje počáteční rychlý vzestup napětí značně vybitého článku, způsobený nejprve vznikem M„_v a posléze vyrovnáním napěťového profilu během hlavní ox nabíjecí doby, kdy je dostatek aktivní hmoty jak ve formě red tak i Μ_θχ. Druhá část křivky B začíná prvním inflexním bodem 1(1) a zachycuje zvýšené napětí, které vzniká tím, že začne á pak postupně stoupá první reakce stavu přebití. Část C začíná inflexním bodem 1(2), kdy začíná zpětná vazba přebití převládat. Křivka je oddělena v bodě maximálního zakřivení K, aby bylo na části C dobře vidět rozdíl mezi články C_v s otvory a uzavřeným články C_s. U ventilovaných článků se napěťová křivka nakonec v části C_y srovná na hodnotu odpovídající první reakci přehltí. U uzavřených článků s rekombinací má reakce přebití za následek značné zvýšení teploty, které vzniká v prvním inflexním bodě a je velice dobře patrné za druhým inflexním bodem 1(2). Má-li napětí článku záporný teplotní koeficient (například u niklokadmiových bate rií), bude mít rychlé zvýšení teploty v této části nabíjecí křivky C_s za následek nikoli rovinu, ale ostrý vrchol.

Další rozšířený řídící systém nabíjeni uzavřených niklokadmiových baterií je založen na tom, že se nabíjecí proud po zjištění napěťového vrcholu zastaví. Aby bylo možno rozlišit mezi skutečným vrcholem a šumem údajů napětí, je potřeba určitého hodnotového překročení, například lOmV. Metoda záporné delta V dobře funguje, jedná-li se o nabíjecí dobu jedné hodiny. Samozřejmě není možno se u této metody určitému přebití vyhnout, protože je závislá právě na přehřátí, které je přebitím způsobeno.

Složitější metody pro zastavení nabíjení používají druhého inflexního bodu 1(2). Tato metoda dovoluje snížit nabíjecí čas na 15 minut. Je zde též potřeba jistého překročení inflexního bodu, a ani zde se přebití nelze úplně vyhnout.

Pomocí obou těchto metod se ukončí nabíjení o vysoké čára nabitx/přebití na Obr. 1 škodlivému přehřátí baterie, vybití vlivem termodynamických intenzitě tak, že se překročí a dochází tak ke zbytečnému a Protože se většina baterií během a nevratných tepelných účinků zahřeje, další zahřátí při nabíjení způsobí u baterie, které se často používá, rychlé přehřátí.

Mnohem logičtější metodou u rychlého nabíjení je snížení nabíjecí intenzity v bodě, kdy se začínají objevovat reakce přebití, což v zásadě vyžaduje sledovat hraniční čáru mezi nabitím a přebitím, jak ukazuje Obr. 1. Tímto způsobem lze zabránit reakcím přebití, tlak vzrůstá velmi málo a článek se vlivem rekombinačního mechanismu reakce přebiti nezahřeje. Niklokadmiové články s nízkým vnitřním odporem se dokonce mohou vlivem endotermičnosti nabíjecí reakce ochladit.

Praktická metoda, kterou lze zjistit, kdy reakce přebití začínají, se zakládá na tom, že se často na krátkou dobu nabíjecí proud přeruší a změří se napětí při nulovém odporu (otevřený obvod) a srovná se s vnějším, předem zvoleným referenčním napětím, které je pro začátek reakce přebití typické. Když napětí stanovené při nulovém odporu této zvolené hodnoty (dosazené místo teploty) dosáhne, proud se postupně snižuje, takže se referenční napětí nikdy nepřekročí.

Tato metoda, jež je.popsána v přihlášce evropského patentu č. 311, 460, se dá stručně charakterizovat jako metoda nabíjení článků a baterií využívající derivační funkce napětí/čas tak, že se články a baterie nabíjejí proudem, periodickým přerušováním nabíjecího proudu se získá určitý konstantní interval bez proudu, z napětí měřeného během intervalu při vypnutém proudu se vezme vzorek napětí Vq při nulovém odporu, zvolí se referenční napětí VrEF’ které je typické pro začátek reakce přebití a nabíjecí proud se upraví tak, aby Vq nepřekročilo Vpgp do té doby, než se

články a baterie dostatečně nabijí.

Tato metoda zeslabování proudu založená na hodnotách napětí při nulovém odporu funguje velice dobře u určitých ventilovaných a uzavřených baterií. Uzavřené niklokadmiové baterie s nízkým odporem je možno nabít i za pět minut, aniž by zvýšení teploty dosáhlo více než 10’ , nebo za 15 minut při snížení teploty. Běžné olovnaté baterie se mohou nabít za 20 minut a ventilované niklokadmiové baterie používané pro startování letadel se dají dobít za 15 minut.

Avšak ve srovnání s metodou napěfové křivky, která byla vyložena výše, má tato metoda přece jenom značné nevýhody. Zejména referenční napětí, které se používá při regulaci nabíjecího procesu podle čáry nabití/přebití na Obr. 1, závisí na počtu článků v baterii, teplotě a do jisté článků.

míry i na konstrukci

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky jsou do značné míry odstraněny inteligentním nabíječem podle tohoto vynálezu, který může pracovat nezávisle na individuálních vlastnostech elektrických článků nabo na teplotě. Způsob podle tohoto vynálezu se vyznačuje následujícím: a) shrnutí hodnot Vq v závislosti na čase t, b) vypočtení alespoň první derivace křivky dV_o/dt z V_Q a poté určení charakteristických bodů první derivace, c) selekce přílišného nabití příslušného napětí jako funkce charakterističkých bodů alespoň první derivace.

Vj^_e£ získané tímto způsobem bude automaticky rozli; počet článků, teplotu a složení, což umožňuje nabíječi i různé druhy baterií bez předchozí znalosti jejich individuái parametrů. Výhodné provedení pbsahuje mikroprocesor koordinaci a plnění všech požadovaných funkcí.

i ovát labít nich pro

Ί

Přehled obrázků na výkresech

Na Obr. 1 je znázorněn graf zobrazující změnu schopnosti dobíjení baterií za rychlých dobíječích podmínek.

Na Obr. 2 je znázorněn graf zobrazující teplotní a nabíjecí křivku v závislosti na délce nabíjecího času t.

Na Obr. 3A je znázorněn graf zobrazující teplotu a stálost napětí V_Q v závislosti na čase t, měřeného po 15 msec a 495 msec během intervalu výstupního proudu, pro článek značky X, nabíjený proudem 5A s poměrem 8C z počáteční okolní pokojové teploty článku.

Na Obr. 3B je znázorněn graf křivek první a druhé derivace křivky při 15 msec V_Q(t) z Obr. 3A.

Na Obr. 3C je znázorněn třírozměrný graf křivek V_Q(t) pro hodnoty V_Q měřené v různých časech t_Q během intervalů výstupního proudu, za podmínek z Obr. 3A.

Na Obr. 4 je znázorněn graf shodný s grafem z Obr. 3A kromě toho, že nabíjecí proud je 2,5 A a nabíjecí poměr je 4C.

Na Obr. 5 je znázorněn graf shodný s grafem z Obr. 3A kromě toho, že počáteční teplota článku je okolo 53°C a nabíjecí prod je 10 A.

Na Obr. 6 je znázorněn graf shodný s grafem z Obr. 3A kromě toho, že byl užit článek značky Y.

Na Obr. 7 je znázorněn graf shodný s grafem z Obr. 4 kromě toho, že byl užit článek značky Y a nabíjecí poměr je 4C.

Na Obr. 8 je znázorněn graf shodný s grafem z Obr. 5 kromě toho, že byl užit článek značky Y a počáteční teplota článku je přibližně 49°C.

Na Obr. 9A je znázorněn graf shodný s grafem z Obr. 3A kromě toho, že byl užit článek značky V.

Na Obr. 9B je znázorněn graf zobrazující křivky první a druhé derivace křivky V_Q(t) z Obr. 9A.

Na Obr.10 je znázorněno schéma zapojení jednoho možného řešení podle vynálezu.

Na Obr.11 je znázorněn graf zobrazující výsledky získané nabíječem podle vynálezu u jednoho typu článků při okolní teplotě.

Na Obr. 12 je znázorněn graf shodný s grafem z Obr. 11 kromě toho, že teplota je stoupající.

Na Obr.13 je znázorněn graf zobrazující výsledky získané nabíječem podle vynálezu u dalšího typu článků při okolní teplotě.

Příklady provedení byla získána při užiti komerčně dostupných Obr.

Všechna data článků, označených pro jednoduchost jako články X, Y a V.

3A a Obr. 4 znázorňují nabíjecí data získaná u dvou zakoupených NiCd článků typu AA a s hladinou kapacity 600 mAh označených baterie X, nabíjených proudem 5 A (poměr 8C) a proudem 2,5 A (poměr 4C) . Obr. 5 znázorňuje stejný článek X nabíjený při vyšší teplotě okolo 53°C proudem 10A (poměr 8C) . Obr. 6 až 8 znázorňují paralelně nabíjecí data získaná u článků jiné výřoby, označených Y. Články X a Y byly vybrány jako reprezentační extrémní vzorek z množství průmyslových článků.

Obr. 3C, využívající podmínky z Obr. 3A, znázorňuje kompletně jednotlivá napětí rozpadové křivky (hodnoty V_Q) dané periodami výstupního proudu nad 500 msec opakovanými každých 10 sec. Během period výstupního proudu je napětí rozpadových křivek zkoušeno v ΐ_θ každých 10 msec stejně pořádně během následujících 100 msec. Na Obr. 3A, 4 až 8 a 9A jsou vzorky napětí odebírány 15 a 495 msec po přerušení proudu a jsou zaznamenány jako ί dvě separátní rezistentní napěťové profilové křivky, dohromady s teplotním profilem. Křivka teplotního termoelektrickým dotykovým článkem mimo znázorňuje obsahující strmost přepětí, termoelektrického článku se odečítá vzhledem k náběhu reakcí přepětí.

Během profilu (měřeno povrchu článku) vnějšího sestavení teplotní křivka relativně

Po porovnání 15 msec křivek napětí V_Q článku X z Obr. 3A a Obr. 4 je zřejmé, že první inflexni bod odpovídá v podstatě stejnému napětí 1,49 až 1,50 V, což ukazuje, že je nezávislé na nabíjecím poměru. Stejný výsledek může být získán při využití dat pro článek Y z Obr. 6 a Obr. 7, až na to, že ^VI(1) J^{e nižší} 46 až 1,47 V. Je možné vidět, že celý profil napěťové křivky je vyšší pro článek X a, že separace začíná být zřetelnější po prvním inflexním bodu. Rozdíl mezi hodnotou pro články X a Y v rozsahu 30 mV je v souladu se zkušenostmi s těmito články užitými při nabíjecím způsobu podle řešení uvedeného v Evropské patentové přihlášce číslo 311 460.

Data pro Obr. 5 a Obr. 8 byla získána s články X a Y předehřátými na teplotu přibližně 50°C před nabíjením proudem 10 A. Relativně shodný obrázek vznikne jak u článku X majícím opět inflexní bod na 15 msec křivce s vyšším napětím než u článku Y. Ačkoli mají oba ohřáté články nyní inflexní bod napětí ^I(l) 50 až 100 mV nižší, vzhledem k teplotnímu koeficientu NiCd článků. Toto opět koresponduje s výsledky získanými se stejnými typy článků při užití dříve popsané známé technologie.

Z těchto dat je zřejmé, že hodnota resistenčního napětí v prvním inflexním bodě může být užita jako referenční napětí VrEF P^ro část kontrolního proudu nabíjecí křivky a neí dále nutné znát napětí baterie, teplotu a konstrukci při dalším určení nej lepši hodnoty pro V_REp. Jedním způsobem pro snadné určení pozice prvního inflexniho bodu 1(1) je minimum první derivace napětí vzhledem k času. K eliminaci nejistých případů malou fluktuací napěťových příkladů je obvykle nutné užít elektrický nebo matematický filtr (pohyblivý průměr) a následně jistý přeběh inflexniho bodu (zafixovaný nad minimem první derivace křivky).

Je rovněž možné určit hodnotu V_REp v jisté relaci k naměřené hodnotě inflekčního bodu tak, že požadovaná řídící síla nabíjecího procesu může být měněna podle potřeb. Jednou možností je určení V_REp větší o pevné procento než je napětí zjištěné z prvního inflexniho bodu.

Další možností je kontinuální nabíjení dokud není dosažen další charakteristický bod na nabíjecí křivce, kterým je bod maximální křivosti K. Bod může být určen lokalizací * inflexniho bodu na křivce první derivace, kde má křivka druhé derivace d V/dt maximum. V_REF může být poté akvivalentí resistenčnímu volnému napětí Vj, nebo jeho jisté relaci, například jako 98% z hodnoty Vj^

Rovněž je možné plynule nabíjet nad bod maximální křivosti K dokud není dosažen druhý inflexni bod 1(2), ve kterém zaujímá přenabití vždy místo. VreF může být takto stanoven o jisté procento nižší než (^to J^{est z} ^1(2))· Tento bod být lokalizován jako maximum první derivace dV_Q/dt křivky.

muže

Rovněž je možné zjistit hodnotu V

REF jako funkci ýšech těchto charakteristik resistančních volných napětí V a Vj(2) například jako jistý celkový průměr těchto hodnot.

1(1)

Výše uvedené příklady využívají napěťový profil křivky daný vzorkem napětí 15 msec po každém proudovém přerušeni. Je možné užít vzorky napětí dané jinými pevnými časy během periody bez proudu. Obr. 3C znázorňuje křivku napěťového profilu vytvořenou plynule pro různé časy během periody bez proudu. Dále, každý vzorek napětí získaný bez nebo před přerušení proudu může být využit. Rovněž přítomnost resistence napětí bude řídit nabíjecí proces mnohem méně přesně.

Funkce indenifikující a potvrzující umístění charakteristických bodů na resistenční křivce nabíjecího napětí, určující charakteristické napětí těchto bodů, udávající základní hodnotu Vref naměřených hodnot resistenčního volného napětí těchto bodů a řídící proud zajišťující, že resistenční volné napětí V_o se nemění nebo je nižší než hodnota VreF 3^e mhohem snadněji proveditelná při využití mikroprocesoru. Užití mikroprocesoru rovněž umožňuje zajistit různé bezpečnostní zpětné funkce, kontrolu proudu a vypínací podmínky. Tyto jsou důležité v případech, kdy je inflexni bod nejasný vzhledem k nedokonalému nevhodnému spojení článků a baterií do svazku, nebo když je příliš mnoho článků v bateriovém svazku (například u električkých baterií automobilu). Tyto problémy se projevují při užití menších skupin článků v bateriovém svazku a řízení základního nabíjecího proudu na oslabené linii, to jest skupině článků poprvé realizujících náběh přebití.

Náhodné přebití se často vyskytuje v případech kdy je první inflexní bod nejasný. Takovéto případy, jak je znázorněno na Obr. 9A vzhledem na článek typu V, mohou být předem předvídané na základě zjištění, že takovéto články mají málo rozvinuté sedlo, jinými slovy nemají jasné minimum nebo maximum první derivace křivky dV_Q/dt, jak je vidět na Obr. 9B. Přebití může být samozřejmě zabráněno upozorněním, že takovéto články mají inflexní bod na křivce v bodu maximální křivosti K, který může být zjištěn jako maximum druhé derivace křivky d V_Q/dt jak je vidět na Obr. 9B. Pozice tohoto bodu opět koresponduje s prvním počátkem přebití. Obecně, články s vysokou vnitřní resistencí, to jest takové, které se příliš ohřívají během rychlého nabíjení, mají méně vyvinutý sedlový tvar. Rovněž NiMeH články mají méně vyvinutý sedlový tvar než NiCd články, olověné články a další. Je rovněž možné využít Vj^ jako další pojistné kritérium pro získání Vppp pokud jsou inflexní body na nabíjecí křivce nejasné vzhledem k tvaru křivky.

Samozřejmě je mnoho dalších kontrolnch kritérií která mohou být užita pro prevenci před nepředvídaným přebitím. Tato mohou být založena na přírůstků teploty, přírůstků V_Q, zvýšení nebo snížení druhého inflexního bodu o určité procento, nebo porovnáním naměřených hodnot mezi různými částmi baterie.

Pro výše uvedený popis byly využity zakoupené NiCd články, stejný postup může být využit i u dalších nabíjených článků vykazujících sedlový tvar nabíjecí křivky.

Na Obr. 10 je znázorněn schematicky obvod výhodného provedení podle nárokovaného vynálezu. Znovunabíjený článek nebo baterie je pevně připojen a přemostěn bočníkem resistoru pro měření proudu, relátkem pro přerušení proudu a snímačem teploty. Vyčíslená data nabíjení a releový kontrolní systém, to jest mikroprocesor je užit k činnosti a monitorování operací obvodu.

Dva testy byly provedeny s pomocnými prostředky mikroprocesoru podle obvodového diagramu z Obr. 10. Na místě jednoduchého proudového zdroje, vynálezci připouštěli proud přes ’Έ'Μ známý bateriový nabíječ, v tomto případě 5 A Minit-Charger bateriový nabíječ vyvinutý firmou Norvik Technologies, Tne. z Missassauga, Ontario, Kanada. Resistančni volné napětí V_Q článku bylo měřeno 10 msec po každém otevření relátka. Relátko bylo nastaveno na spínání obvodu každých 10 sec po 500 msec periodách. Hodnoty V_Q byly monitorovány během nab íj ení mikroprocesorem, který využíval tato data pro řízení nabíjecího procesu. Graf znázorňující výsledky testu při užití znovunabíjeného- článku značky Y -typu AA jsou znázorněny pro stálou okolní teplotu na Obr. 11 a pro stoupající teplotu na Obr. 12. Obr. 13 znázorňuje výsledky stejného testu jako na Obr. 11 při užití znovunabíjeného článku značky X typu AA.

Na začátku nabíjecí činnosti, bylo cvičné počáteční referenční napětí VreF(í) záměrně vyšší vzhledem k počáteční nabíjecí činnosti dávající plnou kapacitu. Během počátečního nabíjení, mikroprocesor monitoroval hodnoty pro V_Q jak je popsáno výše a zpracovával data k určení minimálního bodu 1(1) na křivce první derivace V_Q vzhledem k času t uběhnutému od zahájení popsáno pomocí Obr. 3A.

K zaj ištění bylo nabíjení, jak je obecně určení minima na křivce dV_o/dt, přesažení 0,04 mV/s polvoleno před spuštěním změny Vj^p. Vref hylo vyčísleno jako 102% z V_Q bodu spouštěcího (bod Z). Mikroprocesor poté stanovil hodnotu pro přizpůsobení referenčního napětí VREF(a) J^a^° hodnotu pro V_Q v bodu 1(1) a oznámil hodnotu pro VREF(a) áo P^r°^udového řídícího systému zabudovaného v Mínit-Charger^ nabíječi baterií.

Jak je patrné z Obr. 11 až 13 hodnot byla hodnota VREF(a) pro obě značky baterií dána bodem Z na grafu. Nabíjecí obvod podle tohoto vynálezu automaticky stanovuje VREF(a) ^v závislosti na druhu jednotlivých článků. V tomto případě o něco vyšší pro baterie značky X okolo 30 mV při zkoušce za stejné teploty (Obr. 11 a Obr. 13), což odpovídá známým hodnotám pro tyto značky. Rovněž nabíjecí obvod podle tohoto vynálezu stanovil VREF(a) přibližně o 50 mV nižší pro ohřáté články značky Y (Obr. 12), což opět odpovídá známým teplotním závislostem Vpgp u NiCd článků. Jestliže VjjEp(_a) bylo umístěno v bodu Z, nabíjecí obvod soustavně monitoroval V_Q jako výše a řídil nabíjecí křivku tak, že V_Q nikdy nepřekročí VREp(_a)· ^v bodě Z přizpůsobený proud vykazuje velký úbytek, který snižuje citlivost instrukcí z mikroprocesoru. Výsledkem je to, že články jsou rychle, ale mírně nabíjeny do nasycení bez závažného přebití, jak je vidět z nabíjecí křivky na Obr. 11 až 13. Rovněž je patrné ustanovení správné kontroly teploty, které je obvykle vážným problémem pokud nabíjené články těchto typů využívají stávající technologie.

Vzhledem k tomu že různé typy článků a baterií mají různé hodnoty teplotního koeficientu pro VreF’ schopnost nárokovaného nabíjecího obvodu korektně nabít články při různých teplotách bez znalosti stanovení těchto parametrů je základní výhodou v této oblasti techniky. Například nárokované zařízení bude nabíjet kovový hydrid nebo NiCd článek srovnatelně dobře, bez znalosti popisu nebo vlastností různých článků.

Průmyslová využitelnost

Způsob nabíjení článků a baterií a zařízení k tomuto způsobu nalezne uplatnění především v elektrotechnickém průmyslu, v domácnostech, v automobilovém průmyslu a podobně.

Claims (10)

1. Způsob γnabij eni(článkj napětí/čas, bateriía^vvyužívající funkce derivace článků a baterií s nabíjecí křivkou, pro nabíjeni periodicky přerušovaným nabíjecím proudem k zajištění vypnutí proudu s pevnou dobou trvání, vzorkování volného resistenčního napětí V_Q složeného z napětí měřeného během intervalu vypnutí proudu,, selekci přebijecího referenčního napětí Vref Typického pro náběh znovunabíjeci reakce a modulujícího nabíjecí proud tak, že ν_θ nemůže překročit Vref během uskutečňování nabíjení článků a baterií, vyznačující se tím, že

a) se kompilují hodnoty V_Q v závislosti na čase

b) určuje se alespoň první derivace křivky dV_Q/dt z V_Q a určují se na ni charakteristické body první derivace a

c) selektuje se přebijeci referenční napětí Vref jako fúnkce alespoň charakteristických bodů první derivace.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačuj ící se

2 2 se určuje druhá derivace křivky d V_o/dt charakteristický bod maxima druhé derivace.

t í ni, že se nalézá z Υ_θ a dále

3. Způsob podle nároku 2, vyznačuj í že charakteristické body první derivace vybírají z následujících podmínek:

a) první inflexní bod 1(1) derivace křivky dV_Q/dt, bod maximální křivosti K a druhé derivace se

b)

c)

d) derivace křivky d^V_o/dt^, určí jako minimum první se určí jako maximum druhé se určí jako maximum první se druhý inflexní bod 1(2) derivace křivky dV_Q/dt, a z funkcí alespoň dvou výše popsaných bodů.

4. Nabíjecí zařízení obsahující prvky pro přenášení nabíjecího proudu do článků a baterií, prvky pro stanovení odvozené funkce napětí/čas článků a baterií, prvky pro periodické vypínáni nabíjecího proudu k provádění proudového přerušení pevné délky, prvky pro zjišfování volného resistenčního napětí Υθ složeného z napětí měřeného během bezproudového intervalu, prvky pro selekci přebijecího referenčního napětí Vref typického při počátku přebijecí reakce a prvky pro modulaci nabíjecího proudu tak, že V_Q nepřekračuje VreF dokud nejsou články a baterie dostatečně nabity, vyznačující se tím, že je tvořen:

a) prvky pro kompilaci hodnot V_Q v závislosti na čase

b) prvky pro určení alespoň první derivace křivky dV_o/dt z V_Q a detekci charakteristických bodů první derivace na ni,

c) prvky pro selekci přebijecího referenčního napětí VreF jako funkce alespoň charakteristických bodů první derivace.

5. Nabíjecí zařízení podle nároku 4,vyznačuj ící se tím, že obsahuje prvky pro určení druhé derivace křivky d V_Q/dt z V_o a detekci charakteristického bodu maxima druhé derivace.

6. Nabíjecí zařízení podle nároku 5,vyznačuj ící se tím, že obsahuje prvky pro stanovení prvního inflexního bodu 1(1) určeného jako minimum první derivace křivky dV_Q/dt,

7. Nabíjecí zařízení podle nároku 5,vyznačuj ící se tím, že obsahuje prvky pro stanovení bodu maximální křivosti 9 9

K určeného jako maximum druhé derivace křivky d V_Q/dt ,

8. Nabíjecí zařízení podle nároku 5,vyznačuj ící se tím, že obsahuje prvky pro stanovení druhého inflexního bodu 1(2) určeného jako maximum první derivace křivky dV_Q/dt.

9. Nabíjecí zařízení podle nároku 5,vyznačuj ící se tím, že obsahuje prvky pro stanovení prvního inflexního bodu 1(1) určeného jako minimum první derivace křivky dV_Q/dt, prvky pro stanovení bodu maximální křivosti K určeného jako maximum druhé derivace křivky d νθ/dt , prvky pro stanovení druhého inflexního bodu 1(2) určeného jako maximum první derivace křivky dV_Q/dt a prvky pro získání funkce alespoň dvou výše popsaných

bodů pro vytvoření Vppp.

10. Nabíjecí zařízení podle nároku 9, vyznačuj ící se tím, že obsahuje mikroprocesor pro výpočet Vpgp.