專利名稱：一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蓄電池充電器領(lǐng)域，尤其涉及蓄電池充電器的充電方法。
背景技術(shù)：
蓄電池充電時(shí)其充電電壓會高于蓄電池本身的實(shí)際電壓，放電時(shí)放電電壓低于蓄電池本身的實(shí)際電壓，這一現(xiàn)象稱為極化現(xiàn)象。極化有如下三種極化一、歐姆極化由電池連接各部分的電阻造成，其壓降值遵循歐姆定律，電流減小，極化立即減小，電流停止后立即消失。二、電化學(xué)極化由電極表面電化學(xué)反應(yīng)的遲緩性造成極化。隨著電流變小，在微秒級內(nèi)顯著降低。三、濃差極化由于溶液中離子擴(kuò)散過程的遲緩性，造成在一定電流下電極表面與溶液本體濃度差，產(chǎn)生極化。這種極化隨著電流下降，在宏觀的秒級幾秒到上百秒上降低或消失。
近來，電動車蓄電池有了很大的進(jìn)步。從實(shí)驗(yàn)室得出的數(shù)據(jù)表明，電動車蓄電池的深循環(huán)壽命已經(jīng)可以突破1000次，按照這一結(jié)果推算可以使用3年左右。但是，據(jù)統(tǒng)計(jì)，電動車蓄電池的使用壽命卻多數(shù)在一年左右，有的甚至只有幾個(gè)月，就出現(xiàn)早期容量衰減，甚至報(bào)廢，電動車用蓄電池失效的模式大致有以下幾種一是正極活性物質(zhì)軟化，約占總失效模式的30％；二是發(fā)熱變形，約占失效模式的30％(夏天甚至達(dá)到60％左右)，負(fù)極板硫化約占失效模式的20％(冬天甚至達(dá)到60％左右)，其余約占失效模式的20％左右。其中發(fā)熱變形，負(fù)極硫化以及活性物軟化都與充電有直接關(guān)系，主要是因?yàn)樾铍姵厥褂玫臈l件比較惡劣蓄電池放電深度較大，而且放電深度很不一致，冬天溫度低，容易出現(xiàn)過放電，夏天溫度高，容易出現(xiàn)過充電。并且受到蓄電池溫度增高的影響，電極上的析氣過電位隨溫度的增加而降低，一般說來，溫度每增高1℃過電位約降低3mv/單格，反之，則升高3mv/單格。因此，才有“蓄電池不是用壞的是充壞的”的說法。
目前蓄電池的充電方法有普通三段式充電、普通固定降電流脈沖充電、普通固定恒電流脈沖三種充電方式。
普通三段式充電以36V10Ah為例，充電曲線如圖1所示，開始以1.8A左右的電流充電至43.2V(每個(gè)電池14.4/只)，電流逐步減小，電壓逐步上升到44.1～44.5V，當(dāng)電流降至0.35～0.40A時(shí)轉(zhuǎn)換到浮充充電，電壓41.4～42V恒壓充電直到取下充電器或切斷充電供電電源，充電時(shí)間多數(shù)在8～12小時(shí)。充電容量為上次放電容量的104～110％，實(shí)驗(yàn)表明12V10Ah蓄電池電壓從14.0V左右開始有微量氣體析出，到14.4V氣體析出速度加快，到14.8V有較多的氣體析出，主要析出氣體是在14.8V以后，14.4V充電上升到14.8V時(shí)間約在30min左右，由于蓄電池充電時(shí)存在極化現(xiàn)象，要在有效的時(shí)間內(nèi)充足電，普通三段式充電需要要提高充電電壓，一般需要提高到14.7V～15V/只左右，并且需要較長時(shí)間的高電壓，因此，存在較多的氣體析出，造成失水量大，充電發(fā)熱，變形等故障，同時(shí)研究表明，小電流恒壓充電還容易引起電池充電不足。由于蓄電池在充放電過程中，蓄電池內(nèi)的電解液逐漸減少，氧循環(huán)復(fù)合電流加大，以及正極部分有害元素沉淀到負(fù)極降低了氣體析出過電位，并且會受到蓄電池溫度增高的影響，使充電的末期電流逐漸加大，有部分蓄電池可能出現(xiàn)充電末期電流超過0.35～0.40A(轉(zhuǎn)換電流)，使充電不轉(zhuǎn)換到浮充階段(不轉(zhuǎn)綠燈)，一直以高電壓進(jìn)行充電，造成大量過充電，析出大量氣體(每次析氣量約300～500ml)，加大失水量，使蓄電池發(fā)生“熱失控”，變形等故障，高溫時(shí)尤其嚴(yán)重過。
普通固定降電流脈沖充電以36V10Ah為例，其充電曲線如圖2所示，開始以1.8A左右的電流對蓄電池組進(jìn)行充電，電壓逐漸升高，到44V左右即開始以固定的頻率進(jìn)行脈沖充電，脈沖電流的幅度逐漸減小，直到電流減小到0.4A左右，轉(zhuǎn)為低壓恒壓浮充電。這種充電效率比普通“三段式”充電效率高，但是，由于進(jìn)入脈沖階段時(shí)，隨著充電的進(jìn)行，充電時(shí)生成的硫酸使電解液密度逐漸升高，硫酸的擴(kuò)散受阻，濃差極化越來越嚴(yán)重，消除極化所需停充的時(shí)間由最初的秒級逐漸增加到上百妙級，然而這種脈沖的頻率是固定的，因此，不能達(dá)到最佳的去極化效果，使充電效率略有降低，充電仍然有較多的氣體產(chǎn)生(每次析氣量約200～300ml/只)。同時(shí)，由于充電過程中脈沖電流逐漸減小，對消除蓄電池極板硫化不利，達(dá)不到對蓄電池修復(fù)的效果。另外，由于沒有進(jìn)行時(shí)間限制，充電時(shí)由于溫度等影響，使充電不轉(zhuǎn)換到浮充階段(不轉(zhuǎn)綠燈)，一直以高電壓脈沖充電，造成大量過充電，析出大量氣體，加大失水量，使蓄電池發(fā)生“熱失控”，變形等故障。
普通固定恒電流脈沖以36V10Ah為例，其充電曲線如圖3所示，開始以1.8A左右的電流對蓄電池組進(jìn)行充電，電壓逐漸升高，到44V左右即開始以固定的頻率進(jìn)行脈沖充電，脈沖電流的幅度保持不變，直到電壓上升到45V左右，轉(zhuǎn)為低壓恒壓浮充電。這種充電效率與普通“三段式”充電效率相當(dāng)，但是，由于進(jìn)入脈沖階段時(shí)，隨著充電的進(jìn)行，充電時(shí)生成的硫酸使電解液密度逐漸升高，硫酸的擴(kuò)散受阻，濃差極化越來越嚴(yán)重，消除極化所需停充的時(shí)間由最初的秒級逐漸增加到上百妙級，然而這種脈沖的頻率是固定的，因此，不能達(dá)到最佳的去極化效果，使充電效率明顯降低，充電仍然有較多的氣體產(chǎn)生(每次析氣量約300～500ml/只)；由于充電過程中脈沖電流保持不變，對消除蓄電池極板硫化有利，對蓄電池修復(fù)有一定效果。另外，由于沒有進(jìn)行時(shí)間限制，同樣存在，充電時(shí)由于溫度等影響，使充電不轉(zhuǎn)換到浮充階段(不轉(zhuǎn)綠燈)，一直以高電壓脈沖充電，造成大量過充電，析出大量氣體，加大失水量，使蓄電池發(fā)生“熱失控”，變形等故障。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法，克服了上述三種方法的充電效率低夏天失水量大、充電不轉(zhuǎn)換到浮充階段、容易發(fā)生“熱失控”、變形等，冬天充電不足容易產(chǎn)生落后蓄電池缺陷。
為了解決背景技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出了一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法，包括如下步驟先以第一充電電流恒流充電至第一充電電壓；再以第一充電電流進(jìn)行自適應(yīng)間歇限時(shí)脈沖充電，充電時(shí)間限定為第一充電時(shí)間；最后以第二充電電壓進(jìn)行浮充充電。
以36V10Ah蓄電池充電為例，作為優(yōu)選，所述第一充電電流為1.6A～2.0A，所述第一充電電壓為43V～45V，所述第一充電時(shí)間為4～6h，所述第二充電電壓為41.4V～42V。
作為優(yōu)選，所述的第一充電電壓采取溫度補(bǔ)償?shù)谝怀潆婋妷涸?5℃時(shí)電壓為43.8V，溫度每升高1℃第一充電電壓降低約0.05V反之則升高約0.05V。
作為優(yōu)選，所述第一充電電流為1.8A，所述第一充電電壓為43.8V，所述第一充電時(shí)間為5h，所述第二充電電壓為41.7V。
作為優(yōu)選，以第一充電電流進(jìn)行自適應(yīng)問歇限時(shí)脈沖充電過程中，充電的電流第一充電電流保持不變，充電脈沖的寬度和間歇的時(shí)間根據(jù)蓄電池本身的電壓而變化，是一種自適應(yīng)脈沖充電。
作為優(yōu)選，蓄電池本身的電壓越大，脈沖充電的時(shí)間就越短，脈沖的寬度也越窄，停止的時(shí)間就越長。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用充/停交替進(jìn)行的方式進(jìn)行充電，停止充電時(shí)歐姆極化和電化學(xué)極化消除了，濃差極化逐漸消除，當(dāng)極化消除時(shí)，蓄電池端電壓會降低，降低到規(guī)定值時(shí)，又重新充電，此時(shí)充電效率會大大增加，因此可以降低充電電壓，減少析氣量，最終減少失水；脈沖充電時(shí)，由于每次脈沖的電流較大，脈沖寬度較窄，越在后期寬度越小，大電流充電有利于形成更緊湊的正極活性物質(zhì)骨架，對正極活性物質(zhì)和表面的結(jié)構(gòu)有良好影響；大電流充電形成的正極活性物質(zhì)由于來不及生長從而形成活性物質(zhì)的顆粒尺寸較小，活性物質(zhì)之間的連接較緊湊，使得正極板的孔率較大，從而有利于循環(huán)壽命的延長；同時(shí)這種脈沖對蓄電池又有很好的修復(fù)激活作用，可以消除“極板硫化”，可以防止蓄電池早期衰減，大大延長循環(huán)使用壽命；充電設(shè)計(jì)了脈沖限時(shí)功能，使其充電既加快了速度，又防止過充電，對蓄電池有良好的保護(hù)作用，不會出現(xiàn)發(fā)熱變形等故障。
本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖1是普通三段式充電方法的電流電壓變化曲線圖。
圖2是普通固定降電流脈沖充電方法的電流電壓變化曲線圖。
圖3是普通固定恒電流脈沖充電方法的電流電壓變化曲線圖。
圖4是本發(fā)明一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法的電流電壓變化曲線圖。
圖5是本發(fā)明一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法具體實(shí)現(xiàn)的邏輯框圖。
具體實(shí)施方式圖1是普通三段式充電方法的電流電壓變化曲線圖。以36V10Ah為例，開始以1.8A左右的電流充電至43.2V(每個(gè)電池14.4/只)，電流逐步減小，電壓逐步上升到44.1～44.5V，當(dāng)電流降至0.35～0.40A時(shí)轉(zhuǎn)換到浮充充電，電壓41.4～42V恒壓充電直到取下充電器或切斷充電供電電源，充電時(shí)間多數(shù)在8～12小時(shí)。
圖2是普通固定降電流脈沖充電方法的電流電壓變化曲線圖。以36V10Ah為例，開始以1.8A左右的電流對蓄電池組進(jìn)行充電，電壓逐漸升高，到44V左右即開始以固定的頻率進(jìn)行脈沖充電，脈沖電流的幅度逐漸減小，直到電流減小到0.4A左右，轉(zhuǎn)為低壓恒壓浮充電。
圖3是普通固定恒電流脈沖充電方法的電流電壓變化曲線圖。以36V10Ah為例，其充電曲線如圖3所示，開始以1.8A左右的電流對蓄電池組進(jìn)行充電，電壓逐漸升高，到44V左右即開始以固定的頻率進(jìn)行脈沖充電，脈沖電流的幅度保持不變，直到電壓上升到45V左右，轉(zhuǎn)為低壓恒壓浮充電。
圖4是本發(fā)明一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法的電流電壓變化曲線圖。先以第一充電電流I1恒流充電至第一充電電壓U1；再以第一充電電流I1進(jìn)行自適應(yīng)間歇限時(shí)脈沖充電，充電時(shí)間限定為第一充電時(shí)間T1；最后以第二充電電壓U2進(jìn)行浮充充電。作為優(yōu)選，所述第一充電電流I1為1.6A～2.0A，所述第一充電電壓U1為43V～45V，所述第一充電時(shí)間T1為4～6h，所述第二充電電壓U2為41.4V～42V，第一充電電壓U1采取溫度補(bǔ)償充電電壓在25℃時(shí)第一充電電壓U1為43.8V，溫度每升高1℃第一充電電壓U1降低約0.05V反之則升高約0.05V。作為進(jìn)一步優(yōu)化，所述第一充電電流I1為1.8A，所述第一充電電壓U1為43.8V，所述第一充電時(shí)間T1為5h，所述第二充電電壓U2為41.7V。以第一充電電流I1進(jìn)行自適應(yīng)間歇限時(shí)脈沖充電過程中，充電的電流第一充電電流I1保持不變，充電脈沖的寬度和間歇的時(shí)間根據(jù)蓄電池本身的電壓而變化，是一種自適應(yīng)脈沖充電。蓄電池本身的電壓越大，脈沖充電的時(shí)間就越短，脈沖的寬度也越窄，停止的時(shí)間就越長。
開始以第一充電電流I1為1.8A左右的恒定電流對蓄電池充電，電壓逐漸上升到第一充電電壓U1為43～45V，第一充電電壓U1采取溫度補(bǔ)償充電電壓在25℃時(shí)電壓為43.8V，溫度每升高1℃充電電壓降低約0.05V反之則升高約0.05V，此時(shí)開始進(jìn)入自適應(yīng)間歇脈沖充電模式，并同時(shí)開始計(jì)時(shí)，到限定的充電時(shí)間第一充電時(shí)間T1為5h左右后，再以第二充電電壓U2為41.7V進(jìn)入浮充充電。自適應(yīng)間歇脈沖充電模式以1.8A的定電流對蓄電池進(jìn)行充電，蓄電池電壓會逐漸升高，當(dāng)蓄電池電壓上二升到43～45V(電壓采取溫度補(bǔ)償充電電壓在25℃時(shí)電壓為43.8V，溫度每升高1℃充電電壓降低約0.05V反之則升高約0.05V)，即暫時(shí)停止充電，蓄電池電壓會逐漸降低(極化消除)，當(dāng)電壓降低到41.4～42.3V時(shí)又開始以1.8±0.1A的定電流對蓄電池進(jìn)行充電……，這樣周而復(fù)始進(jìn)行，在間歇脈沖充電過程中充電的間歇時(shí)間由蓄電池本身的狀態(tài)確定，即間歇脈沖充電前期每次脈沖充電的時(shí)間長(脈寬加寬)，停止充電時(shí)電壓下降快，時(shí)間少，隨著充電入蓄電池的容量增加，蓄電池自身的電壓增高，每次脈沖充電的時(shí)間會逐漸減少(脈寬減窄)，而停止充電時(shí)電壓下降慢，時(shí)間長，充電的頻率及脈沖寬度等由蓄電池自身確定，是不斷變化的，是一種自適應(yīng)脈沖。
圖5是本發(fā)明一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法具體實(shí)現(xiàn)的邏輯框圖。前級由穩(wěn)壓穩(wěn)流開關(guān)電源組成，其中最高穩(wěn)壓電壓應(yīng)能滿足后級電壓要求，一般設(shè)定為46V左右，并且需要提供最后階段的浮充電壓要求，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源通過開關(guān)管對蓄電池進(jìn)行間歇式的充電，在輸出端有電壓檢測電路，電壓檢測電路檢測到蓄電池的電壓，傳送到比較器中進(jìn)行比較，由比較器輸出開、關(guān)指令，控制充和停。充電初期，當(dāng)蓄電池電壓低于第一充電電壓43～45V時(shí)，開關(guān)管為打開狀態(tài)，以恒定的電流進(jìn)行充電，隨著充電的不斷進(jìn)行，蓄電池電壓逐漸上升，達(dá)到最高電壓點(diǎn)時(shí)，比較器輸出停止指令，開關(guān)管處于關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)入間歇時(shí)間，同時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，間歇過程中蓄電池電壓逐漸減小，當(dāng)電壓達(dá)到低電壓點(diǎn)41.4～42V時(shí)，比較器輸出充電指令，開關(guān)管又打開，以恒定的電流充電，這樣周而復(fù)始的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)間歇脈沖充電功能。另外，當(dāng)計(jì)時(shí)到累計(jì)時(shí)間到達(dá)規(guī)定的時(shí)間(一般為5h)時(shí)，計(jì)時(shí)器發(fā)出浮充充電指令，由開關(guān)電源輸恒定電壓進(jìn)行浮充充電，這樣就實(shí)現(xiàn)了限時(shí)功能。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法，其特征在于，包括如下步驟先以第一充電電流(I1)恒流充電至第一充電電壓(U1)；再以第一充電電流(I1)進(jìn)行自適應(yīng)間歇限時(shí)脈沖充電，充電時(shí)間限定為第一充電時(shí)間(T1)；最后以第二充電電壓(U2)進(jìn)行浮充充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法，其特征在于，所述第一充電電流(I1)為1.6A～2.0A，所述第一充電電壓(U1)為43V～45V，所述第一充電時(shí)間(T1)為4～6h，所述第二充電電壓(U2)為41.4V～42V。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的第一充電電壓(U1)采取溫度補(bǔ)償?shù)谝怀潆婋妷?U1)在25℃時(shí)電壓為43.8V，溫度每升高1℃第一充電電壓(U1)降低約0.05V反之則升高約0.05V。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法，其特征在于，所述第一充電電流(I1)為1.8A，所述第一充電電壓(U1)為43.8V，所述第一充電時(shí)間(T1)為5h，所述第二充電電壓(U2)為41.7V。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法，其特征在于，以第一充電電流(I1)進(jìn)行自適應(yīng)間歇限時(shí)脈沖充電過程中，充電的電流第一充電電流(I1)保持不變，充電脈沖的寬度和間歇的時(shí)間根據(jù)蓄電池本身的電壓而變化，是一種自適應(yīng)脈沖充電。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法，其特征在于，蓄電池本身的電壓越大，脈沖充電的時(shí)間就越短，脈沖的寬度也越窄，停止的時(shí)間就越長。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自適應(yīng)定流間歇脈沖限時(shí)充電方法，采用充/停交替進(jìn)行的方式進(jìn)行充電，停止充電時(shí)消除了歐姆極化和電化學(xué)極化，濃差極化逐漸消除，當(dāng)極化消除時(shí)，蓄電池端電壓會降低，降低到規(guī)定值時(shí)，又重新充電，此時(shí)充電效率會大大增加，充電最高電壓采取了溫度補(bǔ)償，即蓄電池溫度升高則自動降低最高充電電壓，蓄電池溫度降低則自動升高最高充電電壓。因此高溫季節(jié)可以減少析氣量，減少失水；低溫季節(jié)又可以充電更足；大電流充電有利于形成更緊湊的正極活性物質(zhì)骨架，對正極活性物質(zhì)和表面的結(jié)構(gòu)有良好影響；大電流充電形成的正極活性物質(zhì)由于來不及生長從而形成活性物質(zhì)的顆粒尺寸較小，活性物質(zhì)之間的連接較緊湊，從而有利于循環(huán)壽命延長。
文檔編號H01M10/44GK1988317SQ20051013474
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月21日
發(fā)明者劉孝偉 申請人:劉孝偉