專(zhuān)利名稱(chēng)：電池充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過(guò)矩形電流脈沖來(lái)對(duì)于電池充電的方法，所述矩形電流脈沖交替地在第一時(shí)段期間取第一幅度，而在第二時(shí)段期間取與第一幅度不同的第二幅度。這種方法包括從在每個(gè)第一時(shí)段期間的所述電壓的連續(xù)測(cè)量確定第一斜率值，所述第一斜率值表示在電池的端子上的電壓對(duì)時(shí)間的變化。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，在充電調(diào)節(jié)器的控制下執(zhí)行對(duì)電池的充電或再充電。當(dāng)前使用的管理電池充電的不同方式基于在電池端子上的電壓的測(cè)量或電池充電電流的測(cè)量。
第一種公知的管理模式是連接/斷開(kāi)連接(通/斷)類(lèi)型的，它基于當(dāng)電壓達(dá)到高門(mén)限值時(shí)中斷充電，并且當(dāng)電壓達(dá)到重新連接電壓門(mén)限值時(shí)恢復(fù)充電，在容易實(shí)現(xiàn)的這種管理模式中，經(jīng)常不良地調(diào)整電壓門(mén)限值，并且難于充分地將電池充電。
另一種公知的管理模式在于將電池電壓保持不變，這使得能夠在到達(dá)所需要的電壓時(shí)有可能使用充電電流的脈沖寬度調(diào)制(PWM)來(lái)降低當(dāng)前值。但是，需要大的功耗，并且經(jīng)常不良地調(diào)整電壓門(mén)限值。
基于電壓測(cè)量的上述兩種管理模式未最佳地考慮不同的電池技術(shù)和要使用電池的不同應(yīng)用。
基于當(dāng)前測(cè)量的一種管理模式使用輸入到電池和從電池輸出的安培小時(shí)的計(jì)數(shù)。這種管理模式相當(dāng)少地被使用，因?yàn)樗跁r(shí)間上不準(zhǔn)確，并且不考慮正確除氣(degassing)，特別是在具有液體電解質(zhì)的開(kāi)式鉛酸蓄電池(openlead-acid battery)的情況下。
被特別開(kāi)發(fā)用于配備電子汽車(chē)的電池的另一種管理模式使用脈沖充電電流，這特別使得能夠減少電池的再充電時(shí)間，但是經(jīng)常不良地調(diào)整電流參數(shù)。
專(zhuān)利US 6154011建議按照平均過(guò)電壓來(lái)修正電池的平均充電電流，以便保持可接受的水解水平(hydrolysis)。可以通過(guò)下述方式來(lái)適配平均電流充電部件通過(guò)減小電流脈沖的幅度，通過(guò)增加在兩個(gè)電流脈沖之間的間隔(斷開(kāi)時(shí)間)和/或通過(guò)減少充電電流脈沖的持續(xù)時(shí)間(接通時(shí)間)。
專(zhuān)利US 5412306建議以預(yù)定因子來(lái)減小電流脈沖的幅度，諸如將其除以2，以便當(dāng)電壓斜率對(duì)時(shí)間在達(dá)到特定值(例如2.5V/s)后達(dá)到0時(shí)構(gòu)成逐步降低的脈沖。因此不通過(guò)脈沖電流來(lái)執(zhí)行結(jié)束電池的充電，而是通過(guò)其中每個(gè)具有降低的幅度步長(zhǎng)的一系列逐步降低的脈沖來(lái)執(zhí)行結(jié)束電池的充電。
文件EP-A-1341286描述了一種電池充電方法，包括升壓充電階段、均衡充電階段和保持充電階段。當(dāng)電壓提供相反符號(hào)的兩個(gè)拐點(diǎn)時(shí)，完成升壓充電階段。在所述均衡和保持充電階段期間，充電電流可以是脈沖電流。
在按照專(zhuān)利US 5710506的電池充電方法中，當(dāng)在電池端子上的電壓或電壓梯度超過(guò)門(mén)限值時(shí)完成充電。在保持階段期間，電流可以是0，直到電壓降回電壓門(mén)限值之下，并且電流可以取預(yù)定的最大值，直到電壓或電壓梯度達(dá)到預(yù)定門(mén)限值。
對(duì)應(yīng)市售的不同類(lèi)型的電池，所述不同的公知脈沖電流充電方法不是最佳的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已知充電方法的缺陷，并且更具體而言使得能夠確定任何類(lèi)型的電池和任何類(lèi)型的應(yīng)用的所述一組脈沖電流充電參數(shù)。
按照本發(fā)明，通過(guò)按照所附的權(quán)利要求的充電方法來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，并且更具體而言，通過(guò)預(yù)先確定第一幅度和第一時(shí)段的持續(xù)時(shí)間的事實(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，所述方法包括作為所述第一斜率值的函數(shù)的在隨后的第一時(shí)段期間的電流參數(shù)的至少一個(gè)的伺服控制，所述第一斜率值在每個(gè)第一時(shí)段的結(jié)尾被計(jì)算，并且與第一預(yù)定范圍相比較，如果第一斜率值超過(guò)第一范圍，則修正所述第一電流幅度和/或第一時(shí)段的持續(xù)時(shí)間。


通過(guò)下面對(duì)本發(fā)明特定實(shí)施例的說(shuō)明，其他優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更清楚，其中所述特定實(shí)施例僅僅作為非限制性示例給出、并且被表示在附圖中，其中圖1示意地圖解了通過(guò)按照本發(fā)明的方法而充電的電池的充電電流I相對(duì)于時(shí)間的變化以及電壓U的相應(yīng)變化。
圖2圖解了在由根據(jù)本發(fā)明的方法充電的電池端子上的電壓U相對(duì)于時(shí)間的變化。
圖3-6圖解了分別當(dāng)?shù)谝粫r(shí)段t1的持續(xù)時(shí)間不適合(圖3和4)時(shí)或當(dāng)?shù)诙r(shí)段t2的持續(xù)時(shí)間不適合(圖5和6)時(shí)、在電池端子上的電壓U的變化與時(shí)間的關(guān)系。
圖7-10表示按照本發(fā)明的所述方法的第一實(shí)施例的流程圖。
圖11-14表示按照本發(fā)明的所述方法的第二實(shí)施例的流程圖。
圖15和16表示按照本發(fā)明的所述方法的兩個(gè)其他實(shí)施例的流程圖。
圖17和18更詳細(xì)地圖解了根據(jù)本發(fā)明的、當(dāng)分別在調(diào)整電流脈沖的時(shí)間參數(shù)之前和之后對(duì)電池充電(以不變幅度的脈沖充電)時(shí)測(cè)量的電壓的變化。
圖19和20更詳細(xì)地圖解了根據(jù)本發(fā)明的、當(dāng)分別在調(diào)整電流脈沖參數(shù)之前和之后對(duì)電池充電(以不變的平均幅度的脈沖電流充電)時(shí)測(cè)量的電壓的變化。
具體實(shí)施例方式
在圖1中，電池的充電電流I是在施加不變幅度的電流直到時(shí)間A后在時(shí)間A和B之間的脈沖電流。但是，為了相對(duì)于在電池內(nèi)的晶體增長(zhǎng)而增加晶核化點(diǎn)(germination site)的數(shù)量，優(yōu)選的是，從充電或再充電的一開(kāi)始就向電池施加脈沖電流。
脈沖電流通常由矩形電流脈沖構(gòu)成，所述矩形電流脈沖交替地在第一時(shí)段t1期間取第一幅度I1，而在第二時(shí)段t2期間取低于所述第一幅度I1的第二幅度I2。
如圖2中所示，至少在第一時(shí)段t1的尾部計(jì)算第一值，即在要充電的電池的端子上測(cè)量的電壓U的斜率P1。在第一時(shí)段期間的電流參數(shù)(I1，t1)的至少一個(gè)作為第一計(jì)算的斜率值P1的函數(shù)被自動(dòng)地伺服控制。以類(lèi)似的方式，至少在第二時(shí)段t2的尾部計(jì)算第二值，即在要充電的電池的端子上測(cè)量的電壓U的斜率P2。在第二時(shí)段期間的電流參數(shù)(I2，t2)的至少一個(gè)作為第二計(jì)算的斜率值P2的函數(shù)被自動(dòng)地伺服控制。
脈沖充電電流的不同參數(shù)因此作為在電池端子上測(cè)量的電壓U的斜率P的函數(shù)而被連續(xù)地伺服控制。在圖2中，所述第一和第二斜率值P1和P2的絕對(duì)值(表示分別在第一和第二時(shí)段(t1，t2)的尾部的電壓U相對(duì)于時(shí)間的變化)在1mV/s和6mV/s之間。如此獲得的隨著時(shí)間的電壓U的演變因此是最佳的。
另一方面，在不存在根據(jù)本發(fā)明的伺服控制的情況下，如在圖3和4中那樣，第一時(shí)段t1的持續(xù)時(shí)間是不適合的，分別太長(zhǎng)和太短，并且在第一時(shí)段結(jié)尾的第一斜率值P1分別小于1mV/s和大于6mV/s。同樣，在圖5和6中，第二時(shí)段t2的持續(xù)時(shí)間是不適合的，分別太短和太長(zhǎng)，并且在第二時(shí)段的結(jié)尾的第二斜率值P2的絕對(duì)值分別大于6mV/s和小于1mV/s。
根據(jù)本發(fā)明的使用作為電壓斜率的函數(shù)而被伺服控制的脈沖電流來(lái)對(duì)電池充電，使得能夠根據(jù)電池類(lèi)型和該電池的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)優(yōu)化充電。因此，以最少時(shí)間執(zhí)行充電，同時(shí)對(duì)于含水液體電解電池有效地調(diào)整了水解，并且增加了電池的容量和壽命。
圖7-10圖解了可以通過(guò)任何公知類(lèi)型的充電調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的、按照本發(fā)明的方法的第一實(shí)施例的多個(gè)流程圖的一個(gè)示例。
如圖7中所示，在第一步驟F1(在圖8中被詳細(xì)圖解)中，按照要充電的電池的技術(shù)特性和這個(gè)電池意欲應(yīng)用到的領(lǐng)域來(lái)初始化充電參數(shù)，所述充電參數(shù)確定其操作條件。例如，通過(guò)具有第一和第二值I1和I2——直接地依賴(lài)于由光生伏打板(photovoltaic panel)產(chǎn)生的能量——的脈沖電流來(lái)充電在光電設(shè)備中使用的閥門(mén)調(diào)整的鉛酸蓄電池(VRLA)。將不得不限制在其端子上的電壓U，以便不超過(guò)門(mén)限值，平均為每個(gè)電化學(xué)電池大約2.4V到2.45V，以便限制易于受到大水解引起的損害。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述幅度I2可以是0。
在圖7中，在初始化步驟F1后，充電調(diào)節(jié)器進(jìn)行到步驟F2只要第一斜率值P1保持在第一范圍(最好在1mV/s和6mV/s之間)之外，則使用具有第一幅度I1的電流來(lái)對(duì)電池充電。當(dāng)在電池端子上的電壓U的斜率P1進(jìn)入相應(yīng)范圍中時(shí)，中斷由幅度為I1的電流脈沖對(duì)電池的充電。第一時(shí)段t1的持續(xù)時(shí)間因此作為第一斜率值P1的函數(shù)而被伺服控制。
當(dāng)通過(guò)進(jìn)入對(duì)應(yīng)范圍的第一斜率值P1來(lái)中斷所述第一時(shí)段時(shí)，調(diào)節(jié)器在步驟F3控制只要第二斜率值P2保持在第二范圍之外，則使用具有低于第一幅度I1的第二幅度I2的電流來(lái)對(duì)電池充電，所述第二范圍最好與第一范圍相同，即在絕對(duì)值上在1mV/s和6mV/s之間。然后當(dāng)斜率P2進(jìn)入對(duì)應(yīng)的范圍中時(shí)中斷通過(guò)幅度為I2的電流來(lái)充電電池，因此，伺服控制作為第二斜率值P2的函數(shù)的第二時(shí)段t2的持續(xù)時(shí)間。
在步驟F3后，調(diào)節(jié)器在步驟F4(停止？)查看是否充分地對(duì)電池進(jìn)行了充電，即是否應(yīng)當(dāng)中斷充電。對(duì)應(yīng)于停止充電的判斷標(biāo)準(zhǔn)可以由在對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)通常所使用的任何標(biāo)準(zhǔn)來(lái)構(gòu)成。如果滿(mǎn)足這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)(F4的是輸出)，則它環(huán)回到步驟F2的輸入，并且通過(guò)脈沖來(lái)繼續(xù)對(duì)電池充電，所述脈沖交替地在第一和第二時(shí)段t1和t2期間取第一和第二幅度I1和I2，所述第一和第二時(shí)段t1和t2分別作為第一和第二斜率值P1和P2的函數(shù)而被伺服控制。
在圖8-10中分別詳細(xì)圖解了步驟F1-F3的實(shí)施例。
如圖8中所示，初始化步驟F1首先包括在步驟F6中根據(jù)要充電的電池的類(lèi)型和這個(gè)電池意欲的應(yīng)用而確定充電電流的第一和第二幅度I1和I2。在按照?qǐng)D7-10的實(shí)施例中，幅度I1和I2在整個(gè)充電期間保持不變，作為電壓U的斜率P的函數(shù)而被伺服控制的參數(shù)是第一和第二時(shí)段t1和t2。步驟F6后隨步驟F7，其中，電壓U(t)的值被初始設(shè)置為0。
步驟F2可以然后如在圖9中所示以步驟F8開(kāi)始，在步驟F8中，調(diào)節(jié)器將充電電流的幅度I(I＝I1)設(shè)置為值I1(在步驟F6期間預(yù)先確定)，并且存儲(chǔ)預(yù)先記錄的電壓值U(t-Δt)＝U(t)。然后，在步驟F9中，在步驟F10中計(jì)算第一斜率值P1之前記錄電壓U(t)的新測(cè)量值。然后，在步驟F11中，將所計(jì)算的第一斜率值P1與第一范圍相比較。在圖9中，例如，調(diào)節(jié)器查看是否第一斜率值P1在1mV/s和6mV/s之間。如果不是這樣(F11的否輸出)，則調(diào)節(jié)器環(huán)回到步驟F8。因此它繼續(xù)向電池施加未改變的幅度I1的電流，并且在計(jì)算P1的新值之前存儲(chǔ)預(yù)先測(cè)量的電壓值。只要第一斜率值P1保持在第一范圍之外，則重復(fù)一系列步驟F8-F11，并且在這個(gè)第一時(shí)段期間以預(yù)定的時(shí)間間隔Δt來(lái)進(jìn)行連續(xù)的電壓U(，t)的測(cè)量。這些時(shí)間間隔Δt最好具有比第一時(shí)段t1更短的持續(xù)時(shí)間。然后，可以使用在所測(cè)量電壓的兩個(gè)連續(xù)值之間的差和在這兩個(gè)測(cè)量之間過(guò)去的時(shí)間Δt的比率的絕對(duì)值來(lái)計(jì)算第一斜率值P1＝|(U(t)-U(t-Δt))/Δt|。
當(dāng)在步驟F11中調(diào)節(jié)器確定第一斜率值P1已經(jīng)進(jìn)入第一范圍中時(shí)(F11的是輸出)，則停止步驟F2，并且調(diào)節(jié)器然后進(jìn)行到步驟F3。如在圖10中所示，步驟F3可以以與步驟F2類(lèi)似的方式來(lái)開(kāi)始于步驟F12，其中，充電電流I的幅度被設(shè)置為值I2(在步驟F6期間預(yù)先確定)，預(yù)先記錄的電壓值被存儲(chǔ)。然后，與步驟F9類(lèi)似地在步驟F13中測(cè)量和存儲(chǔ)電壓U(t)的新值，以便然后與步驟F10類(lèi)似地在步驟F14中能夠計(jì)算第二斜率值P2＝|(U(t)-U(t-Δt))/Δt|，并且與步驟F11類(lèi)似地在步驟F15將所計(jì)算的第二斜率值P2與第二范圍相比較。
圖11-14圖解了按照本發(fā)明的方法的第二實(shí)施例的多個(gè)流程圖的一個(gè)示例。
如圖11中所示，在圖12中更詳細(xì)地圖解的步驟F16中，首先按照要充電的電池的技術(shù)特性和這個(gè)電池意欲的應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)初始化充電參數(shù)。在圖12中圖解的特定實(shí)施例中，在步驟F27的過(guò)程中確定參數(shù)I1、I2、t1和t2的初始值，后隨步驟F7，其中，將電壓U(t)的值初始設(shè)置為0。
在圖11中，在初始化步驟F16后，充電調(diào)節(jié)器進(jìn)行到步驟F17在第一時(shí)段t1期間使用具有第一幅度I1的電流來(lái)對(duì)電池充電。然后，調(diào)節(jié)器進(jìn)行到步驟F19在第二時(shí)段t2期間，使用具有第二幅度I2的電流來(lái)對(duì)電池充電。同時(shí)，在步驟F17結(jié)束時(shí)，調(diào)節(jié)器在步驟F10計(jì)算第一斜率值P1，然后在步驟F11將所計(jì)算的第一斜率值與第一范圍相比較。如果第一斜率值P1在第一范圍之外(F11的否輸出端)，則調(diào)節(jié)器在步驟F18中修正特定的參數(shù)。
以類(lèi)似的方式，在步驟F19結(jié)束時(shí)，調(diào)節(jié)器在步驟F14計(jì)算第二斜率值P2，然后在步驟F15將所計(jì)算的第二斜率值與第二范圍相比較。如果第二斜率值P2在第二范圍之外(F15的否輸出)，則調(diào)節(jié)器在步驟F20修正特定參數(shù)。同時(shí)，在步驟F19的輸出，與在圖7的步驟F3的輸出一樣，調(diào)節(jié)器在步驟F4(停止？)查看是否電池被充分充電，如果是(F4的是輸出)，則調(diào)節(jié)器進(jìn)入充電結(jié)束步驟F5。如果不是(F4的否輸出)，則它環(huán)回到步驟F17的輸入，并且繼續(xù)在第一和第二時(shí)段t1和t2(可能已在F18或F20中被修正)通過(guò)脈沖來(lái)對(duì)電池充電，所述脈沖交替地取第一和第二幅度I1和I2(可能已在F18或F20中被修正)。
在圖13和14中分別詳細(xì)圖解了步驟F17和F18的實(shí)施例。
在圖13中，步驟F17以步驟F28開(kāi)始，其中，表示時(shí)間的數(shù)量t被設(shè)置為0(t＝0)。然后它進(jìn)行到步驟F8(I＝I1并且U(t-Δt)＝U(t))，然后進(jìn)行到測(cè)量電壓U(t)的步驟F9，隨后是時(shí)間遞增步驟F29(t＝t+Δt)。調(diào)節(jié)器然后在步驟F30中查看是否自步驟F17的開(kāi)始過(guò)去的時(shí)間等于第一時(shí)段t1。如果是這樣(F30的是輸出)，則步驟F17終止。如果不是(F30的否輸出)，則調(diào)節(jié)器環(huán)回到步驟F8，并且使用幅度為I1的脈沖對(duì)電池充電，直到第一時(shí)段t1的結(jié)尾。
以類(lèi)似的方式，在附圖14中，步驟F19以步驟F31開(kāi)始，其中，表示時(shí)間的數(shù)量t被設(shè)置為0(t＝0)。然后它進(jìn)行到步驟F12(I＝I2并且U(t-Δt)＝U(t))，然后進(jìn)行到測(cè)量電壓U(t)的步驟F13，隨后是時(shí)間遞增步驟F32(t＝t+Δt)。調(diào)節(jié)器然后在步驟F33中查看是否自步驟F19的開(kāi)始過(guò)去的時(shí)間等于第二時(shí)段t2。如果是(F33的是輸出)，則步驟F19終止。如果不是(F33的否輸出)，則調(diào)節(jié)器環(huán)回到步驟F12，并且使用幅度為I2的脈沖對(duì)電池充電，直到第二時(shí)段t2的結(jié)尾。
在步驟F18中的新參數(shù)的計(jì)算被設(shè)計(jì)成伺服控制作為在第一時(shí)段t1的結(jié)尾計(jì)算的第一斜率值P1的函數(shù)的、第一電流幅度I1和/或第一時(shí)段t1的持續(xù)時(shí)間。
因此，如果第一斜率值P1在絕對(duì)值上大于第一范圍的上限，例如大于6mV/s，則這意味著第一時(shí)段t1太短——就像在圖4中那樣——和/或第一幅度I1太高。在步驟F18的新參數(shù)的計(jì)算因此在于根據(jù)電池的應(yīng)用領(lǐng)域及其操作條件來(lái)增長(zhǎng)第一時(shí)段t1和/或降低第一幅度I1。同樣，如果第一斜率值P1在絕對(duì)值上小于第一范圍的下限，例如小于1mV/s，則這意味著第一時(shí)段t1太長(zhǎng)——就像在圖3中那樣——和/或第一幅度I1太低。在步驟F18的新參數(shù)的計(jì)算因此在于根據(jù)電池的應(yīng)用領(lǐng)域及其操作條件來(lái)縮短第一時(shí)段t1和/或提高第一幅度I1。在后一種情況下，對(duì)于例如光電設(shè)備，由太陽(yáng)能電池板提供的電流依賴(lài)于陽(yáng)光，因此優(yōu)選的是，對(duì)時(shí)段t1的持續(xù)時(shí)間而不是幅度I1進(jìn)行調(diào)整。
以類(lèi)似的方式，在步驟F20的新參數(shù)的計(jì)算使得能夠伺服控制作為在第二時(shí)段t2的結(jié)尾計(jì)算的第二斜率值P2的函數(shù)的、第二電流幅度I2和/或第二時(shí)段t2的持續(xù)時(shí)間。
在一個(gè)替代實(shí)施例中，在步驟F18和/或F20中修正電流參數(shù)，以便在充電時(shí)段期間、即在第一時(shí)段t1和隨后的第二時(shí)段t2期間將充電電流的平均值保持不變，Imean＝(I1t1+I2t2)/(t1+t2)。然后，按照要充電的電池的技術(shù)特性和這個(gè)電池意欲的應(yīng)用領(lǐng)域，來(lái)在初始化步驟F16期間在與值I1、I2、t1和t2相同的時(shí)間初始確定所述充電電流的平均值Imean。
在充電電流的第二幅度I2被恒定保持在0的情況下，在步驟F20期間的新參數(shù)的計(jì)算可以同時(shí)作用于第二時(shí)段t2和第一幅度I1，以便將平均值Imean保持不變，因此，如果第二斜率值P2在絕對(duì)值上大于第二范圍的上限，則加長(zhǎng)第二持續(xù)時(shí)間t2，并且同時(shí)降低第一幅度I1，以便保持Imean不變。以類(lèi)似的方式，如果第二斜率值P2在絕對(duì)值上小于第二范圍的下限，則縮短第二持續(xù)時(shí)間t2，同時(shí)提高第一幅度I1，以便保持Imean不變。
在圖15中圖解的第三實(shí)施例組合在第一充電時(shí)段期間的第一實(shí)施例(圖7)的步驟F2和在第二充電時(shí)段期間的第二實(shí)施例(圖11)的步驟F19、F14、F15和F20。因此，在初始化步驟F34中，確定I1、I2、t2，并且如果適用的話，確定Imean。然后，在步驟F2中，只要第一斜率值P1保持在第一范圍之外，則調(diào)節(jié)器使用幅度I1的電流來(lái)對(duì)電池充電。然后，在步驟F19中，它在第二時(shí)段t2期間使用幅度I2的電流來(lái)對(duì)電池充電，然后計(jì)算P2(步驟F14)，并且將其與第二范圍相比較(步驟F15)。如果P2在第二范圍之外(F15的否輸出)，則調(diào)節(jié)器修正I2和/或t2，同時(shí)如果適用的話保持平均電流值Imean不變。像在圖11中那樣，步驟F4和F5跟隨步驟F19，并且如果充電未完成(F4的否輸出)則調(diào)節(jié)器環(huán)回到步驟F2。
在第三實(shí)施例中，第一時(shí)段的持續(xù)時(shí)間(t1)因此作為在第一時(shí)段t1期間連續(xù)計(jì)算的第一斜率值P1的函數(shù)而被伺服控制。后者在第一斜率值P1進(jìn)入第一范圍時(shí)被中斷。另一方面，在第二時(shí)段t2的結(jié)尾計(jì)算第二斜率值P2。并且伺服控制作為第二斜率值P2的函數(shù)的第二幅度I2和/或第二時(shí)段t2的持續(xù)時(shí)間。
在圖16中圖解的第四實(shí)施例組合在第一充電時(shí)段期間的第二實(shí)施例(圖11)的步驟F17、F10、F11和F18和在第二充電時(shí)段期間的第一實(shí)施例(圖7)的步驟F3。因此，在初始化步驟F35中，確定I1、t1、I2的值，并且如果適用的話確定Imean。然后，調(diào)節(jié)器在進(jìn)行到步驟F3(其中只要第二斜率值P2保持在第二范圍之外，則調(diào)節(jié)器使用幅度為I2的電流來(lái)對(duì)電池充電)之前，在第一時(shí)段t1期間使用幅度為I1的電流來(lái)在步驟F17對(duì)電池充電。在步驟F17的結(jié)尾，調(diào)節(jié)器計(jì)算第一斜率值P1(步驟F10)，并且將其與第一范圍相比較(步驟F11)。然后，如果P1在第一范圍之外(F11的否輸出)，則調(diào)節(jié)器修正I1和/或t1，同時(shí)如果適用的話保持平均電流值Imean不變。像在圖7中那樣，步驟F4和F5跟隨步驟F3，并且如果未完成充電(F4的否輸出)，則調(diào)節(jié)器環(huán)回到步驟F17。
在第四實(shí)施例中，在第一時(shí)段t1的結(jié)尾計(jì)算第一斜率值P1，并且伺服控制作為第一斜率值P1的函數(shù)的第一幅度I1和/或第一時(shí)段t1的持續(xù)時(shí)間。另一方面，伺服控制作為在第二時(shí)段t2期間連續(xù)計(jì)算的第二斜率值P2的函數(shù)的第二時(shí)段t2的持續(xù)時(shí)間。后者在第二斜率值P2進(jìn)入第二范圍時(shí)被中斷。
圖17和18詳細(xì)圖解了當(dāng)對(duì)具有25Ah的初始容量的鉛酸蓄電池充電時(shí)測(cè)量的電壓的變化。使用脈沖電流來(lái)充電電池，所述脈沖電流在10秒的第一時(shí)段t1期間取2.5A的第一幅度I1，而在10秒的第二時(shí)段t2期間取為0的第二幅度I2。
圖17圖解了對(duì)于90％的充電狀態(tài)的、在沒(méi)有按照本發(fā)明的電流脈沖的時(shí)間參數(shù)的調(diào)整的情況下的電壓變化。在第一和第二時(shí)段結(jié)尾的斜率值P1和P2分別在絕對(duì)值上等于0.9mV/s和0.2mV/s，這兩個(gè)值在絕對(duì)值上小于對(duì)應(yīng)的第一和第二范圍的下限1mV/s。因此，第一和第二時(shí)段的持續(xù)時(shí)間是不適合的。
圖18圖解了在按照本發(fā)明的時(shí)間參數(shù)t1和t2的調(diào)整后獲得的電壓變化。作為斜率值P1和P2的函數(shù)的t1和t2的伺服控制導(dǎo)致t1和t2的縮短，從而在第一和第二時(shí)段的結(jié)尾將P1和P2帶入它們各自的范圍內(nèi)。在圖18中，所獲得的最佳參數(shù)是用于t1的3秒和用于t2的1.9秒。因此分別在第一和第二時(shí)段的結(jié)尾的第一和第二斜率值P1和P2在絕對(duì)值上分別等于5mV/s和3mV/s。
在圖19和20中圖解的示例中，使用不變的平均電流Imean來(lái)對(duì)具有初始容量25Ah的鉛酸蓄電池充電。初始，對(duì)于具有2.5A的第一幅度I1的充電電流，第一時(shí)段t1是15秒，并且使用具有為0的第二幅度I2的充電電流來(lái)將第二時(shí)段t2設(shè)置為5秒。
在圖19中，在不調(diào)整電流參數(shù)的情況下，對(duì)于95％的充電狀態(tài)，在第一和第二時(shí)段結(jié)尾的斜率值P1和P2的絕對(duì)值分別等于0.6mV/s和1.3mV/s。因此，第一斜率值P1小于第一范圍的下限1mV/s，而在第二時(shí)段的結(jié)尾的第二斜率值P2的絕對(duì)值在第二范圍的限制內(nèi)。因此充電電流參數(shù)不適合。
圖20圖解了在按照本發(fā)明的電流參數(shù)的調(diào)整后獲得的電壓變化。作為第一斜率值P1的函數(shù)的I1和t1的伺服控制導(dǎo)致t1的縮短和I1的提高，從而在第一時(shí)段的結(jié)尾將P1帶入第一范圍中。在圖20中，所獲得的最佳參數(shù)是用于t1的5.5秒和用于I1的3.58A。在第一時(shí)段結(jié)尾的第一斜率值P1然后等于2.4mV/s，而在第二時(shí)段結(jié)尾的第二斜率值P2的絕對(duì)值保持在1.3mV/s不變。
因此，按照本發(fā)明的充電方法使得能夠當(dāng)充電或再充電任何類(lèi)型的電池——例如對(duì)于不同類(lèi)型的鉛酸蓄電池和對(duì)于任何類(lèi)型的應(yīng)用、特別是對(duì)于在電子汽車(chē)中、在光電應(yīng)用中等使用的電池——時(shí)連續(xù)地調(diào)整脈沖電流的所述組的參數(shù)。
所述方法等同地適用于在電池使用過(guò)程中再充電電池和當(dāng)制造電池時(shí)電池的第一次充電，當(dāng)制造鉛酸電池時(shí)鉛酸電池的第一次充電事實(shí)上使得能夠在電池的正板形成二氧化鉛PbO2，并且在電池的負(fù)板形成鉛Pb。但是，鉛和二氧化鉛是當(dāng)執(zhí)行電池的充電時(shí)產(chǎn)生的兩種化學(xué)物類(lèi)，而當(dāng)電池放電時(shí)產(chǎn)生硫酸鉛PbSO4。當(dāng)前，傳統(tǒng)的電池制造僅僅導(dǎo)致有效材料的部分使用，小于50％。但是，在Diniz等的、在2002年出版的“Journal of Power Sources(電源期刊)”(第109卷，第184-188頁(yè))中的文章已經(jīng)示出了當(dāng)形成板時(shí)脈沖電流的使用會(huì)在某些情況下導(dǎo)致有益的有效材料的大的增加，高達(dá)74％，并且因此可以提高電池的法拉第效率。按照本發(fā)明的方法向當(dāng)制造電池時(shí)電池的第一次充電的應(yīng)用使得能夠優(yōu)化充電參數(shù)。
本發(fā)明不限于如上所述的特定實(shí)施例。具體上，作為電壓U相對(duì)于時(shí)間的斜率的函數(shù)的電流參數(shù)之一的伺服控制可以?xún)H僅限于第一和第二時(shí)段。雖然斜率值P1和P2的伺服控制都使能了更好的優(yōu)化，但是可以想象僅僅一個(gè)斜率值P1或P2的伺服控制，并且其與公知的充電方法相比較已經(jīng)使得能夠改善電池的充電。
如在圖2-6和17-20中所示，斜率值P2是負(fù)值，而斜率值P1是正值。在計(jì)算斜率值時(shí)優(yōu)選使用絕對(duì)值意味著當(dāng)將斜率值與范圍相比較時(shí)不必考慮符號(hào)，因此可以?xún)H僅以絕對(duì)值定義它們本身。
權(quán)利要求
1.用于通過(guò)矩形電流脈沖來(lái)對(duì)電池充電的方法，所述矩形電流脈沖交替地在第一時(shí)段(t1)期間取第一幅度(I1)并且在第二時(shí)段(t2)期間取與第一幅度(I1)不同的第二幅度(I2)，所述方法包括在每個(gè)第一時(shí)段(t1)期間從所述電壓(U)的連續(xù)測(cè)量(U(t-Δt)，U(t))確定用于表示在電池端子上的電壓(U)相對(duì)于時(shí)間的變化的第一斜率值(P1)，所述方法其特征在于預(yù)先確定第一幅度(I1)和第一時(shí)段的持續(xù)時(shí)間(t1)，所述方法包括在隨后的第一時(shí)段期間伺服控制作為所述第一斜率值(P1)的函數(shù)的電流參數(shù)(I1，t1)中的至少一個(gè)，所述第一斜率值(P1)在每個(gè)第一時(shí)段(t1)的結(jié)尾被計(jì)算并且與第一預(yù)定范圍相比較，如果第一斜率值(P1)超過(guò)第一范圍，則修正所述第一電流幅度(I1)和/或第一時(shí)段的持續(xù)時(shí)間(t1)。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述第一范圍在絕對(duì)值上在1mV/s和6mV/s之間。
3.按照權(quán)利要求1和2之一的方法，其特征在于包括-在每個(gè)第二時(shí)段(t2)期間，至少連續(xù)進(jìn)行在電池端子上的電壓(U)的兩個(gè)測(cè)量(U(t-Δt)，U(t))，-至少在每個(gè)第二時(shí)段的結(jié)尾從在第二時(shí)段期間的電壓測(cè)量計(jì)算用于表示電壓相對(duì)于時(shí)間的變化的第二斜率值(P2)，-將第二斜率值(P2)與第二預(yù)定范圍相比較，-伺服控制作為第二斜率值(P2)的函數(shù)的、在第二時(shí)段(t2)期間的電流的參數(shù)(I2，t2)中的至少一個(gè)。
4.按照權(quán)利要求3的方法，其特征在于，所述第二范圍在絕對(duì)值上在1mV/s和6mV/s之間。
5.按照權(quán)利要求3和4中的任何一個(gè)的方法，其特征在于，在每個(gè)第二時(shí)段期間，以比第二時(shí)段(t2)短得多的預(yù)定時(shí)間間隔(Δt)來(lái)進(jìn)行所述連續(xù)電壓測(cè)量，所述第二斜率值(P2)在每個(gè)電壓測(cè)量后被計(jì)算和與第二范圍相比較，當(dāng)?shù)诙甭手?P2)進(jìn)入第二范圍中時(shí)中斷第二時(shí)段(t2)。
6.按照權(quán)利要求3和4之一的方法，其特征在于，第二斜率值(P2)在第二時(shí)段(t2)的結(jié)尾被計(jì)算和與第二范圍相比較，如果第二斜率值(P2)在第二范圍之外，則修正第二電流幅度(I2)和/或第二時(shí)段的持續(xù)時(shí)間(t2)。
7.按照權(quán)利要求6的方法，其特征在于，第二電流幅度(I2)是0，如果第二斜率值(P2)在第二范圍之外，則修正第二時(shí)段的持續(xù)時(shí)間(t2)和第一電流幅度(I1)。
8.按照權(quán)利要求1-7的任何一個(gè)的方法，其特征在于，修正電流參數(shù)，以便在由第一時(shí)段(t1)和隨后的第二時(shí)段(t2)構(gòu)成的充電時(shí)段期間將電流幅度的平均值(Imean)保持不變。
全文摘要
本發(fā)明的電池充電方法包括使用脈沖電流，所述脈沖電流交替地在第一和第二時(shí)段(t1，t2)期間取第一和第二幅度，至少一個(gè)參數(shù)——電流幅度和在第一時(shí)段期間的持續(xù)時(shí)間(t1)——自動(dòng)從動(dòng)于第一電壓(U)斜率值(P1)，第一電壓(U)斜率值(P1)是在可充電電池的端子之間被測(cè)量，并且至少在第一時(shí)段(t1)的結(jié)尾被計(jì)算。以相同的方式，至少在第二時(shí)段(t2)的結(jié)尾可計(jì)算第二電壓(U)斜率值(P2)，并且在所述第二時(shí)段(t2)期間，至少一個(gè)電流參數(shù)自動(dòng)從動(dòng)于第二斜率值(P2)，由此，通過(guò)使得斜率(P)保持在從1mV/s到6mV/s的范圍內(nèi)，將充電脈沖電流的不同參數(shù)連續(xù)地從動(dòng)于電壓斜率。
文檔編號(hào)H01M10/44GK1973398SQ200580015127
公開(kāi)日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2005年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月13日
發(fā)明者繆里爾·勒嘎?tīng)? 丹尼爾·本切特萊特, 奧利維爾·巴赫 申請(qǐng)人:原子能委員會(huì)