一種延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，步驟（1）、檢測(cè)待充金屬氫化物鎳電池的電壓，若待充金屬氫化物鎳電池的電壓大于設(shè)定檢測(cè)電壓，則進(jìn)行步驟（2）；若待充金屬氫化物鎳電池的電壓小于等于設(shè)定檢測(cè)電壓，則進(jìn)行步驟（3）；步驟（2）、對(duì)待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行放電至設(shè)定檢測(cè)電壓，然后進(jìn)行步驟（3）；步驟（3）、對(duì)待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電，當(dāng)金屬氫化物鎳電池的電壓達(dá)到45℃時(shí)的析氧電壓后，電流開(kāi)始減小至充電終止電流，停止充電。本發(fā)明避免了對(duì)電池有害的副反應(yīng)，也使得電池活性物質(zhì)充分參與循環(huán)，從而延長(zhǎng)了電池的循環(huán)次數(shù)，很好的維持了電池容量。
【專利說(shuō)明】
一種延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于蓄電池充電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬氫化物鎳電池(Ni/MH電池)在充電過(guò)程中，電池電壓逐步升高，當(dāng)接近充飽時(shí)，電池端電壓最高，電池充飽后，電池端電壓反而下降。這是因?yàn)闅溲趸囯姌O上發(fā)生了析氧副反應(yīng)，電池端電壓反而下降，金屬氫化物鎳電池(Ni /MH電池)的這一特性，給判斷充電結(jié)束增加許多困難，成為世界難題。
[0003]當(dāng)金屬氫化物鎳電池(Ni/MH電池)重復(fù)進(jìn)行不完全的充放電循環(huán)，電池出現(xiàn)可以恢復(fù)的容量損失，俗稱記憶效應(yīng)。因?yàn)樵跍\充電或部分放電過(guò)程中，只有一部分活性物質(zhì)參與充、放電循環(huán)，未參與循環(huán)的活性物質(zhì)發(fā)生變化，電阻增大，造成電池的輸出特性曲線變得陡峭，容量下降。所以，金屬氫化物鎳電池(Ni/MH電池)，欠充和過(guò)充對(duì)電池都有害。
[0004]因此，在對(duì)金屬氫化物鎳電池(Ni/MH電池)進(jìn)行充電時(shí)，充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短均會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生負(fù)面影響，久而久之，使得電池容量下降，循環(huán)壽命受到影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，采用該方法對(duì)金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電時(shí)，既能夠避免對(duì)電池有害的副反應(yīng)，也能夠使得電池活性物質(zhì)充分參與循環(huán)，從而延長(zhǎng)了電池的循環(huán)壽命，保持電池的存儲(chǔ)容量。
[0006]為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，全智能設(shè)計(jì)，自動(dòng)控制，無(wú)需人為干涉，充電過(guò)程分為若干階段，由軟件控制，包括如下步驟:
步驟(1)、檢測(cè)待充金屬氫化物鎳電池的電壓，若所述的待充金屬氫化物鎳電池的電壓大于設(shè)定檢測(cè)電壓，則進(jìn)行步驟(2);若所述的待充金屬氫化物鎳電池的電壓小于等于所述的設(shè)定檢測(cè)電壓，則進(jìn)行步驟(3);
步驟(2)、對(duì)所述的待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行放電，直至所述的待充金屬氫化物鎳電池的電壓小于等于所述的設(shè)定檢測(cè)電壓，然后進(jìn)行步驟(3);
步驟(3)、對(duì)所述的待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電，首先，采用0.05-0.15C的電流對(duì)所述的待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電，直至所述的金屬氫化物鎳電池的電壓為所述的設(shè)定檢測(cè)電壓的1.05?1.08倍;然后進(jìn)入主充階段，設(shè)定充電電壓為所述的金屬氫化物鎳電池的45°C時(shí)的析氧電壓，控制最大充電電流為1C，當(dāng)所述的金屬氫化物鎳電池的電壓達(dá)到所述的45°C時(shí)的析氧電壓后，電流開(kāi)始減小，進(jìn)入吸收階段，直至小于充電終止電流，停止充電。
[0007]其中，在對(duì)所述的待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電時(shí)，首先，采用0.05-0.15C的電流對(duì)所述的待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電，可以對(duì)金屬氫化物合金與電解液之間的表面氧化物界面進(jìn)行維護(hù)，這是影響放電率和循環(huán)壽命穩(wěn)定性的關(guān)鍵。
[0008]本發(fā)明中，所述的金屬氫化物鎳電池為多個(gè)單體電池經(jīng)并聯(lián)形成的電池組、多個(gè)單體電池經(jīng)串聯(lián)形成的電池組、或者是多個(gè)單體電池經(jīng)串聯(lián)并聯(lián)形成的電池組。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)所述的金屬氫化物鎳電池為多個(gè)單體電池經(jīng)并聯(lián)形成的電池組時(shí)，所述的設(shè)定檢測(cè)電壓為1.0V?1.05V;
當(dāng)所述的金屬氫化物鎳電池為多個(gè)單體電池經(jīng)串聯(lián)形成的電池組時(shí)，所述的設(shè)定檢測(cè)電壓為nU，其中，η為電池組中串聯(lián)單體電池的個(gè)數(shù)，11為1.0V?1.05 V；
當(dāng)所述的金屬氫化物鎳電池為多個(gè)單體電池經(jīng)串聯(lián)并聯(lián)形成的電池組時(shí)，所述的設(shè)定檢測(cè)電壓為nU，U為1.0V?1.05V，η為串聯(lián)電池組中單體電池的個(gè)數(shù)，其中，并聯(lián)的電體電池相當(dāng)于一個(gè)單體電池。例如，當(dāng)所述的金屬氫化物鎳電池為兩節(jié)單體電池先并聯(lián)，然后將并聯(lián)的兩節(jié)單體電池再與一節(jié)單體電池串聯(lián)時(shí)，η為2。
[0010]優(yōu)選地，步驟(2)中，采用恒阻放電方式進(jìn)行放電。
[0011]進(jìn)一步優(yōu)選地，步驟(2)中，采用恒阻放電時(shí)的放電電阻阻值根據(jù)放電電流確定，控制放電電流為0.0500.15C。
[0012]優(yōu)選地，步驟(3)中，所述的充電終止電流為0.0200.03C。在此電流下，氣體產(chǎn)生的速率不會(huì)超過(guò)氧氣的復(fù)合速率，不會(huì)形成電池內(nèi)部壓力升高而傷害電池。
[0013]優(yōu)選地，步驟(3)中，當(dāng)電流小于或等于所述的充電終止電流后，充電過(guò)程進(jìn)入電解液陰陽(yáng)離子擴(kuò)散加速階段，此階段采用定時(shí)控制方法，控制所述的金屬氫化物鎳電池的放出電量，接近電池的標(biāo)稱容量。
[0014]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的電解液陰陽(yáng)離子擴(kuò)散加速階段采用間隙脈沖充電。
[0015]進(jìn)一步優(yōu)選地，所述的電解液陰陽(yáng)離子擴(kuò)散加速階段的激勵(lì)電壓為金屬氫化物鎳電池在25 °C時(shí)的析氧電壓。
[0016]本發(fā)明中，“C"為金屬氫化物鎳電池組的標(biāo)稱容量。
[0017]本發(fā)明中主充階段的電壓為所述的金屬氫化物鎳電池在450C時(shí)的析氧電壓，在此電壓下，電池沒(méi)有充飽以前，金屬氫化物鎳電池不會(huì)產(chǎn)生明顯的析氧，能有效控制氧氣復(fù)合反應(yīng)的克爭(zhēng)機(jī)制。
[0018]步驟(3)中，當(dāng)電流減小至充電終止電流時(shí)，金屬氫化物鎳電池已經(jīng)基本充飽，可以直接投入使用，若再采用定時(shí)控制方法控制電解液陰陽(yáng)離子擴(kuò)散加速階段，則更有利于電池的容量和循環(huán)壽命。
[0019]本發(fā)明中，對(duì)金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電的方法可采用現(xiàn)有技術(shù)中的常規(guī)方法，例如，恒壓充電、恒流充電、脈沖充電、涓流充電等，或者是將多種常規(guī)充電方法分段使用來(lái)對(duì)電池進(jìn)行充電。
[0020]由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)勢(shì):
本發(fā)明通過(guò)先檢測(cè)待充金屬氫化物鎳電池的電壓，若電壓高于設(shè)定檢測(cè)電壓時(shí)，先進(jìn)行放電，然后再進(jìn)行充電，既避免了對(duì)電池有害的副反應(yīng)，也使得電池活性物質(zhì)充分參與循環(huán)，從而延長(zhǎng)了電池的循環(huán)次數(shù)，很好的維持了電池容量。
[0021]
【附圖說(shuō)明】
[0022]附圖1為實(shí)施例1中的充電脈沖圖，該圖是電流電壓記錄儀記錄的原始數(shù)據(jù)，用電子表格(EXCEL)生成的曲線圖，下方的線條為電流曲線，上方的線條為電壓曲線；
附圖2為對(duì)比例I中的充電曲線圖，下方的線條為電流曲線，上方的線條為電壓曲線； 附圖3為延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電裝置的結(jié)構(gòu)原理方框圖。
[0023]
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說(shuō)明本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)，而本發(fā)明不受以下實(shí)施例的限制。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體要求做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0025]實(shí)施例1
本實(shí)施例采用的金屬氫化物鎳電池組，是掃地機(jī)器人廠家的標(biāo)配。單體電池標(biāo)稱容量為3000mAH，10節(jié)電池串聯(lián)，容量不變，依然是3000mAH。待電池沒(méi)電后，對(duì)其進(jìn)行充電，充電完成后繼續(xù)用于掃地機(jī)器人，如此反復(fù)循環(huán)。
[0026]對(duì)電池進(jìn)行充電的方法包括如下步驟:
步驟(1)、檢測(cè)待充金屬氫化物鎳電池的電壓，若待充金屬氫化物鎳電池的電壓大于10V，則進(jìn)行步驟(2);若待充金屬氫化物鎳電池的電壓小于等于10V，則進(jìn)行步驟(3);
步驟(2)、對(duì)待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行恒阻放電，放電電阻阻值根據(jù)放電電流確定，控制放電電流為0.1C(300mA)，本實(shí)施例中的放電電阻阻值為12歐姆/20W，放電至待充金屬氫化物鎳電池組的電壓小于等于10V，然后進(jìn)行步驟(3);
步驟(3)、對(duì)待充金屬氫化物鎳電池組進(jìn)行充電，首先采用0.lC(300mA)的小電流進(jìn)行充電，對(duì)金屬氫化物合金和電解液界面的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行維護(hù)，充電至電壓為10.5?10.8V，然后進(jìn)入主充階段。主充階段，充電電壓為金屬氫化物鎳電池45°C時(shí)的析氧電壓14.2V?？刂谱畲蟪潆婋娏鳛閘C(3000mA)，充電方式采用恒壓充電，當(dāng)金屬氫化物鎳電池的電壓達(dá)到45°(:時(shí)的析氧電壓后，電流開(kāi)始減小，充電終止電流為0.025C(75mA)，當(dāng)電流小于/等于設(shè)定的充電終止電流后，充電過(guò)程進(jìn)入陰陽(yáng)離子擴(kuò)散加速階段，這一階段采用間隙脈沖充電，加速離子的擴(kuò)散，此階段的激勵(lì)電壓為金屬氫化物鎳電池在25°C時(shí)的析氧電壓15.1V，本階段持續(xù)時(shí)間采用定時(shí)控制方法，時(shí)間在單片機(jī)定時(shí)器中設(shè)置。控制金屬氫化物鎳電池的放出電量接近電池的標(biāo)稱容量。充電脈沖如圖1，圖中，下降的尖峰是消除電池極化的放電脈沖。
[0027]采用以下充電裝置對(duì)金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電，充電裝置包括用于對(duì)金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電的充電回路，充電裝置還包括用于對(duì)金屬氫化物鎳電池進(jìn)行放電的放電單元、用于檢測(cè)金屬氫化物鎳電池的電壓的電流電壓檢測(cè)單元、與電流電壓檢測(cè)單元相連接且用于控制充電回路和放電單元的通斷的控制單元，控制單元還分別與充電回路和放電單元相連接，本實(shí)施例中的控制單元為單片機(jī)。電流電壓檢測(cè)單元與充電回路相連接且能夠檢測(cè)充電回路的電流。
[0028]當(dāng)待充的金屬氫化物鎳電池接入到充電裝置時(shí)，電流電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到金屬氫化物鎳電池的電壓大于設(shè)定檢測(cè)電壓時(shí)，控制單元控制放電單元接通從而對(duì)金屬氫化物鎳電池進(jìn)行放電；當(dāng)電流電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到金屬氫化物鎳電池的電壓小于等于設(shè)定檢測(cè)電壓時(shí)，控制單元控制充電回路接通從而對(duì)金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電。在充電過(guò)程中，當(dāng)電流電壓檢測(cè)單元檢測(cè)到充電回路的電流小于充電終止電流時(shí)，控制單元控制充電回路斷開(kāi)。
[0029]充電回路為本領(lǐng)域的常規(guī)電路，其結(jié)構(gòu)原理圖參見(jiàn)圖3，包括交流輸入、整流濾波、高頻開(kāi)關(guān)、高頻變壓器、高頻整流濾波、輸出單元、PWM調(diào)節(jié)，PWM調(diào)節(jié)與高頻開(kāi)關(guān)相連接，電流電壓檢測(cè)單元與輸出單元或者金屬氫化物鎳電池的接入端相連接，控制單元與PWM調(diào)節(jié)相連接從而控制高頻開(kāi)關(guān)的通斷。圖3中的箭頭指向?yàn)榭刂品较颉?br>[0030]采用該充電裝置及充電方法進(jìn)行反復(fù)充放電，循環(huán)壽命可達(dá)到1000次以上。
[0031]
對(duì)比例I
掃地機(jī)器人廠家配套電池，與實(shí)施例1相同的金屬氫化物鎳電池，該對(duì)比例采用廠家標(biāo)配的充電器，該充電器的充電方法與控制策略與本專利不同，采用該充電器反復(fù)循環(huán)不到300次，電池的實(shí)際容量幾乎為0，已經(jīng)完全喪失了儲(chǔ)能能力，充電曲線如圖2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，其特征在于:其包括如下步驟: 步驟(1)、檢測(cè)待充金屬氫化物鎳電池的電壓，若所述的待充金屬氫化物鎳電池的電壓大于設(shè)定檢測(cè)電壓，則進(jìn)行步驟(2);若所述的待充金屬氫化物鎳電池的電壓小于等于所述的設(shè)定檢測(cè)電壓，則進(jìn)行步驟(3); 步驟(2)、對(duì)所述的待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行放電，直至所述的待充金屬氫化物鎳電池的電壓小于等于所述的設(shè)定檢測(cè)電壓，然后進(jìn)行步驟(3); 步驟(3)、對(duì)所述的待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電，首先，采用0.05-0.15C的電流對(duì)所述的待充金屬氫化物鎳電池進(jìn)行充電，直至所述的金屬氫化物鎳電池的電壓為所述的設(shè)定檢測(cè)電壓的1.05?1.08倍;然后進(jìn)入主充階段，設(shè)定充電電壓為所述的金屬氫化物鎳電池的45°C時(shí)的析氧電壓，控制最大充電電流為1C，當(dāng)所述的金屬氫化物鎳電池的電壓達(dá)到所述的45°C時(shí)的析氧電壓后，電流開(kāi)始減小，進(jìn)入吸收階段，直至小于充電終止電流，停止充電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，其特征在于:所述的金屬氫化物鎳電池為多個(gè)單體電池經(jīng)并聯(lián)形成的電池組、多個(gè)單體電池經(jīng)串聯(lián)形成的電池組、或者是多個(gè)單體電池經(jīng)串聯(lián)并聯(lián)形成的電池組。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，其特征在于:當(dāng)所述的金屬氫化物鎳電池為多個(gè)單體電池經(jīng)并聯(lián)形成的電池組時(shí)，所述的設(shè)定檢測(cè)電壓為 1.0V~1.05V; 當(dāng)所述的金屬氫化物鎳電池為多個(gè)單體電池經(jīng)串聯(lián)形成的電池組時(shí)，所述的設(shè)定檢測(cè)電壓為nU，其中，η為電池組中串聯(lián)單體電池的個(gè)數(shù)，11為1.0V?1.05 V； 當(dāng)所述的金屬氫化物鎳電池為多個(gè)單體電池經(jīng)串聯(lián)并聯(lián)形成的電池組時(shí)，所述的設(shè)定檢測(cè)電壓為nU，U為1.0V?1.05V，η為串聯(lián)電池組中單體電池的個(gè)數(shù)，其中，并聯(lián)的電體電池相當(dāng)于一個(gè)單體電池。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，其特征在于:步驟(2)中，采用恒阻放電方式進(jìn)行放電。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，其特征在于:步驟(2 )中，采用恒阻放電時(shí)的放電電阻阻值根據(jù)放電電流確定，控制放電電流為0.0 5 O0.15Co6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，其特征在于:步驟(3 )中，所述的充電終止電流為0.0200.03C。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，其特征在于:步驟(3)中，當(dāng)電流小于或等于所述的充電終止電流后，充電過(guò)程進(jìn)入電解液陰陽(yáng)離子擴(kuò)散加速階段，此階段采用定時(shí)控制方法，控制所述的金屬氫化物鎳電池的放出電量，接近電池的標(biāo)稱容量。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，其特征在于:所述的電解液陰陽(yáng)離子擴(kuò)散加速階段采用間隙脈沖充電。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的延長(zhǎng)金屬氫化物鎳電池循環(huán)壽命的充電方法，其特征在于:所述的電解液陰陽(yáng)離子擴(kuò)散加速階段的激勵(lì)電壓為金屬氫化物鎳電池在25°C時(shí)的析氧電壓。
【文檔編號(hào)】H02J7/04GK105870524SQ201610408743
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】袁博, 袁光輝
【申請(qǐng)人】江蘇聚合新能源科技有限公司