專利名稱：一種鉛酸電池充電方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池充電領(lǐng)域，特別涉及后備電源鉛酸電池的充電方法和裝置。
背景技術(shù)：
鉛酸電池作為后備電源的主要儲(chǔ)能器件廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的重要 設(shè)備、設(shè)施或建筑。
自1972年，美國(guó)科學(xué)家馬斯在第二屆世界電動(dòng)汽車年會(huì)上提出了著名 的馬斯三定律以來(lái)，鉛酸電池的充電便以此為依據(jù)。不論是早期的恒壓充 電，還是近期的三段式充電，或者是理論還不夠完善的脈沖充電，都是建 立在馬斯三定律基礎(chǔ)之上。馬斯三定律，揭示鉛酸電池充電時(shí)的接受能力， 但是，卻無(wú)法解決長(zhǎng)期浮充情況下電池內(nèi)部硫酸濃度逐步升高、鉛酸電池 內(nèi)部自放電不均出現(xiàn)的單格容量失衡和硫酸下沉形成的底部酸腐蝕(俗稱 爛根)。
本發(fā)明提出的充電方法，依托馬斯三定律，采用較大的脈沖電流充電， 以突破電池極板從上到下的硫化梯度，使電池最下面的硫化物得到充分還 原。采用定時(shí)補(bǔ)充充電的方式，避免鉛酸電池長(zhǎng)期浮充，減少電池失水， 同時(shí)，打破電池自放電造成的單格容量失衡。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種鉛酸電池充電方法，其中用恒流脈 沖電源對(duì)所述鉛酸電池進(jìn)行充電，所述恒流脈沖電源的脈沖電流Ip大于后
備電源工作時(shí)鉛酸電池放電電流If，其特征在于脈沖電流IpXUC， c為
鉛酸電池的標(biāo)稱容量。
本發(fā)明的充電過(guò)程采用脈沖電流充電，根據(jù)電池電壓調(diào)整脈沖電流的 占空比，實(shí)現(xiàn)不同充電階段的充電平均電流變化，減少充電過(guò)程的失水。 同時(shí)，足夠大的脈沖電流充電，消除鉛酸電池因長(zhǎng)期靜置出現(xiàn)在電池底部 的酸腐蝕和氧化物沉積。本發(fā)明采用定時(shí)補(bǔ)充的方式取代傳統(tǒng)的恒壓浮充，減少長(zhǎng)期浮充造成地鉛酸電池失水、電池單格失衡等現(xiàn)象，延長(zhǎng)鉛酸電池壽命。


圖1示出本發(fā)明的鉛酸電池充電裝置的結(jié)構(gòu)方框圖2示出根據(jù)本發(fā)明對(duì)鉛酸電池充電時(shí)的對(duì)充電電流進(jìn)行調(diào)制的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出本發(fā)明的鉛酸電池充電裝置的結(jié)構(gòu)方框圖。 該充電裝置對(duì)鉛酸電池104進(jìn)行充電，其中用恒流脈沖電源103對(duì)所 述鉛酸電池進(jìn)行充電，所述恒流脈沖電源103的脈沖電流Ip大于后備電源 工作時(shí)鉛酸電池放電電流If，并且脈沖電流Ip〉0.1C， C為鉛酸電池的標(biāo)
本發(fā)明的鉛酸電池充電裝置可以進(jìn)一步包括檢測(cè)單元IOI、控制單元
檢測(cè)單元IOI，用于檢査所述鉛酸電池的電壓，從而對(duì)鉛酸電池104 的電壓VB進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。
控制單元102，用于調(diào)制所述恒流脈沖電源，并根據(jù)檢測(cè)單元101檢 査到的電池電壓VB對(duì)恒流脈沖電源的占空比進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制驅(qū)動(dòng)信號(hào)為 DRV。驅(qū)動(dòng)信號(hào)DRV控制恒流脈沖電源的開(kāi)關(guān)，以控制恒流脈沖電源對(duì) 鉛酸電池的充電過(guò)程。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明對(duì)鉛酸電池充電時(shí)的對(duì)充電電流進(jìn)行調(diào)制的示意 圖。其中，脈沖電流為Ip,脈沖電流寬度為T(mén)c， 一個(gè)充電周期為T(mén)。
充電周期7 = ^*7;:，其中Ip為脈沖電流，Ic為充電平均電流，Tc為
脈沖電流的寬度。
脈沖電流Ip的大小取決于后備電源工作時(shí)鉛酸電池放電電流If的大
小，要求Ip^If， Ip〉0.1C， c為鉛酸電池的標(biāo)稱容量。
脈沖電流的寬度Tc取決于充電時(shí)鉛酸電池電壓的上升斜率，如圖2 所示。當(dāng)電壓上升變緩時(shí)，即上升斜率dV/dt等于或接近0之前，電池內(nèi) 部化學(xué)電勢(shì)將趨于最大之前，因此控制單元102關(guān)閉恒流脈沖電源的充電電流。這樣將充電過(guò)程中失水降低到最小。
Tc的寬度跟鉛酸電池內(nèi)部硫酸濃度有關(guān)，也即跟鉛酸電池充電充滿度
有關(guān)。隨著充電的進(jìn)行，Tc將逐漸減小，當(dāng)Tc小于某個(gè)值時(shí)，電池充滿。
這樣的動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的電池充電程度判斷，可以滿足不同溫度、不同出廠時(shí) 間和不同制造工藝的鉛酸電池充電。
此外，可以對(duì)鉛酸電池進(jìn)行分段充電，以下詳述該過(guò)程。
1、預(yù)充電
當(dāng)后備電源的鉛酸電池出現(xiàn)深度放電時(shí)，電池電壓較低，內(nèi)阻較大。 為了避免電池極板發(fā)熱出現(xiàn)軟化和熱失水，需要降低充電的平均電流。所
述控制單元102調(diào)制所述恒流脈沖電源，在鉛酸電池單格電壓低于2.0V， 充電的平均電流Ic為
其中，C為電池的標(biāo)稱容量，電池電壓以脈沖電流打開(kāi)之前為準(zhǔn)。 充電周期7^i，z;.，其中Ip為脈沖電流，Ic為充電平均電流，Tc為
々
脈沖電流的寬度。
2、中間充電
所述控制單元102調(diào)制所述恒流脈沖電源，在鉛酸電池單格電壓高于 2.0V而低于2.35V時(shí)，充電的平均電流Ic為
3、補(bǔ)充充電
當(dāng)電池單格電壓高于2.35V時(shí)，充電進(jìn)入電池的大量析氣電壓，此時(shí) 充電的平均電流Ic為
fc = /p'7)^^0'05C， c為電池的標(biāo)稱容量； 在進(jìn)入補(bǔ)充充電后，充電周期T不再變化，當(dāng)補(bǔ)充的平均電流下降到
/^/^ )^0'01C^0'025e c為電池的標(biāo)稱容量，判斷為電池充電充
滿，結(jié)束電池充電。
當(dāng)控制Ip、 Ic為恒定值時(shí)，T正比Tc。而Ic隨電池充電地進(jìn)行，逐漸 變小，因此，T也在逐漸變小，這樣就保證了充電的平均電流恒定不變。預(yù)充電和中間充電是充電平均電流恒定不變的。
在進(jìn)入補(bǔ)充充電時(shí)，首先根據(jù)/c^/;^T^^0.05C確定一個(gè)初始T值，該
T值不再隨Tc減小，于是充電的平均電流Ic將逐漸減小，當(dāng)達(dá)到結(jié)束充電 判斷標(biāo)準(zhǔn)(/c = T^ls 0.01C 0.025C C為電池的標(biāo)稱容量)，結(jié)束充電。
定時(shí)補(bǔ)充
此外，所述控制單元102調(diào)制所述恒流脈沖電源，在對(duì)后備電源的鉛 酸電池充滿電后關(guān)閉充電器，在鉛酸電池自放電容量下降小于10%以內(nèi)對(duì) 鉛酸電池進(jìn)行充電，即采用1 5天間隔定時(shí)對(duì)鉛酸電池充電一次。
鉛酸電池存在著自放電現(xiàn)象，靜止的電池隨著時(shí)間推移容量逐漸下降。 為了克服自放電，確保后備電源正常工作，傳統(tǒng)的后備電源充電器都采用 恒壓浮充，用小的浮充電流來(lái)彌補(bǔ)電池自放電造成的容量下降。這種方式， 要求浮充電壓必須非常準(zhǔn)確，因?yàn)?%的浮充電壓誤差，將使電池壽命縮短 一半。電池浮充電壓與電池的硫酸濃度相關(guān)，濃度越高浮充電壓也越高。 因此，不同的廠家、電池新舊程度、環(huán)境溫度等，都使得鉛酸電池浮充電 壓無(wú)法準(zhǔn)確判斷，這就是得傳統(tǒng)的浮充模式無(wú)法保證電池壽命。同時(shí)，浮 充狀態(tài)下充電效率低，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，也不符合環(huán)保節(jié)能要求。
電池的自放電容量下降小于2%/天時(shí)，認(rèn)為電池是正常的。10%以內(nèi) 的容量下降不會(huì)引響后備電源的正常工作，因此，采用1 5天間隔定時(shí)對(duì) 鉛酸電池充電一次，不僅可以滿足后備電源工作的需要，同時(shí)，降低能耗， 延長(zhǎng)電池的壽命，達(dá)到環(huán)保節(jié)能的目的。
以下說(shuō)明本發(fā)明的鉛酸電池充電方法。
本發(fā)明的鉛酸電池充電方法用恒流脈沖電源對(duì)所述鉛酸電池進(jìn)行充 電，所述恒流脈沖電源的脈沖電流Ip大于后備電源工作時(shí)鉛酸電池放電電 流If，其特征在于脈沖電流Ip〉0.1C， C為鉛酸電池的標(biāo)稱容量。
此外，本發(fā)明的鉛酸電池充電方法，進(jìn)一步包括檢測(cè)所述鉛酸電池的 電壓，調(diào)制所述恒流脈沖電源，使得脈沖電流在鉛酸電池電壓的上升斜率 dV/dt等于或接近0之前，關(guān)閉充電。
此外，本發(fā)明的鉛酸電池充電方法進(jìn)一步包括調(diào)制所述恒流脈沖電源， 在鉛酸電池單格電壓低于2.0V，充電的平均電流Ic為
A' = /p r%《0.05C
其中，C為電池的標(biāo)稱容量，電池電壓以脈沖電流打開(kāi)之前為準(zhǔn)，充電周期7=^*7;.，其中Ip為脈沖電流，Ic為充電平均電流，Tc為 脈沖電流的寬度；
在鉛酸電池單格電壓高于2.0V而低于2.35V時(shí)，充電的平均電流Ic 為0.1C"c"/^^^0.2C
在鉛酸電池單格電壓高于2.35V時(shí)，充電的平均電流IC為
/C'/^0.05C， c為電池的標(biāo)稱容量；
在進(jìn)入補(bǔ)充充電后，充電周期T不再變化，當(dāng)補(bǔ)充的平均電流下降到 fc-^'T^saoK^o'^^ ， c為電池的標(biāo)稱容量，判斷為電池充電充滿，
結(jié)束電池充電。
此外，本發(fā)明的鉛酸電池充電方法進(jìn)一步包括調(diào)制所述恒流脈沖電源， 在對(duì)后備電源的鉛酸電池充滿電后關(guān)閉充電器，在鉛酸電池自放電容量下 降小于10%以內(nèi)對(duì)鉛酸電池進(jìn)行充電，即采用1 5天間隔定時(shí)對(duì)鉛酸電池
充電一次。
以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，上述描述是示意性的，而 非用于限定本發(fā)明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠在上述描述的基礎(chǔ)上進(jìn)行 各種修改，這些修改應(yīng)該屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
8
權(quán)利要求
1.一種鉛酸電池充電方法，其中用恒流脈沖電源對(duì)所述鉛酸電池進(jìn)行充電，所述恒流脈沖電源的脈沖電流Ip大于后備電源工作時(shí)鉛酸電池放電電流If，其特征在于脈沖電流Ip＞0.1C，C為鉛酸電池的標(biāo)稱容量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的鉛酸電池充電方法，其特征在于.-檢測(cè)所述鉛酸電池的電壓，在鉛酸電池電壓的上升斜率dV/dt等于或接近O之前，關(guān)閉恒流脈沖電源的充電電流。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的鉛酸電池充電方法，其特征在于 調(diào)制所述恒流脈沖電源，在鉛酸電池單格電壓低于2.0V，充電的平均電流Ic為<formula>formula see original document page 2</formula>其中，C為電池的標(biāo)稱容量，電池電壓以脈沖電流打開(kāi)之前為準(zhǔn)， 充電周期7^>*7;:，其中Ip為脈沖電流，Ic為充電平均電流，Tc為脈沖電流的寬度；在鉛酸電池單格電壓高于2.0V而低于2.35V時(shí)，充電的平均電流Ic 為0.『S ic = /p 0.2C在鉛酸電池單格電壓高于2.35V時(shí)，充電的平均電流IC為A,,y^o,， c為電池的標(biāo)稱容量；在進(jìn)入補(bǔ)充充電后，充電周期T不在變化，當(dāng)補(bǔ)充的平均電流下降到 7'cvb=//^ O'Oie 0'025C ， c為電池的標(biāo)稱容量，判斷為電池充電充滿，結(jié)束電池充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的鉛酸電池充電方法，其特征在于 調(diào)制所述恒流脈沖電源，在對(duì)后備電源的鉛酸電池充滿電后關(guān)閉充電器，在鉛酸電池自放電容量下降小于10%以內(nèi)對(duì)鉛酸電池進(jìn)行充電，即采用1 5天間隔定時(shí)對(duì)鉛酸電池充電一次。
5.種鉛酸電池充電裝置，其中用恒流脈沖電源對(duì)所述鉛酸電池進(jìn)行充電，所述恒流脈沖電源的脈沖電流Ip大于后備電源工作時(shí)鉛酸電池放電電流If，其特征在于脈沖電流Ip〉0.1C， c為鉛酸電池的標(biāo)稱容量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的鉛酸電池充電裝置，其特征在于進(jìn)一步包括-電壓檢測(cè)單元，用于檢査所述鉛酸電池的電壓，控制單元，用于在鉛酸電池電壓的上升斜率dV/dt等于或接近0之前，關(guān)閉恒流脈沖電源的充電電流。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5的鉛酸電池充電裝置，其特征在于-所述控制單元調(diào)制所述恒流脈沖電源，在鉛酸電池單格電壓低于2.0V，充電的平均電流Ic為其中，C為電池的標(biāo)稱容量，電池電壓以脈沖電流打開(kāi)之前為準(zhǔn)， 充電周期7^i，7;.，其中Ip為脈沖電流，Ic為充電平均電流，Tc為々脈沖電流的寬度；在鉛酸電池單格電壓高于2.0V而低于2.35V時(shí)，充電的平均電流Ic 為O.l(: S /c =爾 0.2C在鉛酸電池單格電壓高于2.35V時(shí)，充電的平均電流Ic為 /C = 7"^^a°5C， C為電池的標(biāo)稱容量；在進(jìn)入補(bǔ)充充電后，充電周期T不在變化，當(dāng)補(bǔ)充的平均電流下降到 0'0ie ~ 0'02W ， c為電池的標(biāo)稱容量，判斷為電池充電充滿， 結(jié)束電池充電。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5的鉛酸電池充電裝置，其特征在于 所述控制單元調(diào)制所述恒流脈沖電源，在對(duì)后備電源的鉛酸電池充滿電后關(guān)閉充電器，在鉛酸電池自放電容量下降小于10%以內(nèi)對(duì)鉛酸電池進(jìn) 行充電，即采用1 5天間隔定時(shí)對(duì)鉛酸電池充電一次。
全文摘要
本發(fā)明涉及鉛酸電池充電方法和裝置，本發(fā)明的鉛酸電池充電裝置對(duì)鉛酸電池進(jìn)行充電，其中用恒流脈沖電源對(duì)所述鉛酸電池進(jìn)行充電，所述恒流脈沖電源的脈沖電流Ip大于后備電源工作時(shí)鉛酸電池放電電流If，并且脈沖電流Ip＞0.1C，C為鉛酸電池的標(biāo)稱容量。本發(fā)明的充電過(guò)程采用脈沖電流充電，根據(jù)電池電壓調(diào)整脈沖電流的占空比，實(shí)現(xiàn)不同充電階段的充電平均電流變化，減少充電過(guò)程的失水。同時(shí)，足夠大的脈沖電流充電，消除鉛酸電池因長(zhǎng)期靜置出現(xiàn)在電池底部的酸腐蝕和氧化物沉積。本發(fā)明采用定時(shí)補(bǔ)充的方式取代傳統(tǒng)的恒壓浮充，減少長(zhǎng)期浮充造成地鉛酸電池失水、電池單格失衡等現(xiàn)象，延長(zhǎng)鉛酸電池壽命。
文檔編號(hào)H01M10/44GK101662052SQ20091015741
公開(kāi)日2010年3月3日 申請(qǐng)日期2009年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月28日
發(fā)明者渝 胡 申請(qǐng)人:安信合創(chuàng)科技(北京)有限責(zé)任公司;胡 渝;陳 旭