专利名称：铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电方法.属于铅酸蓄电池 充电技术领域。
背景技术：
现在的铅酸蓄电池的充电方法大都基于标准的三段式充电法，此法控制策略简 单，比较成熟，也被公众接受.但是，随着社会节奏的加快和全球资源战略的影响，运用此 法对铅酸蓄电池充电，存在严重的不足1、充电时间过长一般运用标准的三段式充电方法给铅酸蓄电池充电的总时间为纩10小时，已不 能满足人们现今的社会需求，抵消了铅酸蓄电池相对于其他蓄电池的性价比优势；2、加速了铅酸蓄电池失效的时间运用标准的三段式充电方法给铅酸蓄电池充电，到了充电末期，析气现象严重，长 期将会导致铅酸蓄电池的充电不足，加速了铅酸蓄电池的负极板硫酸盐化，严重时导致热 失控现象的发生；一般来说，标准的铅酸蓄电池的理论使用寿命为1(Γ15年，而实际使用寿命仅为 广3年，排除制造工艺的差别，充电方式在很大程度上影响其循环使用寿命的长短。针对这样的状况，美国科学家马斯通过大量实验，给出了铅酸蓄电池快速充电的 理论基础，即著名的马斯三定律.随之带来的效应一是衍生出了各式各样的快速充电理 论，如定电流定周期快速充电法，定电流定电压快速充电法，定电压定频率快速充电法，变 电压变电流波浪式间歇正负零脉冲快速充电法，恒电流慢脉冲充电法和智能型模糊充电法 等等；二是市场上出现了基于这些理论的各式各样的快速充电器，如恒压脉冲充电器，大电 流正负脉冲充电器，恒流脉冲充电器，多阶段正负脉冲充电器，慢脉冲充电器等等。无论哪种充电器，其充电控制思路都是基于一点缩短铅酸蓄电池的充电时间； 也大都忽略了一点铅酸蓄电池的充电可接受能力，尤其当大电流充电时.这也不难解释 为什么现在越来越多的铅酸蓄电池失效的主要原因是其内部构造遭到了严重破坏，再加上 不可避免的负极板硫酸盐化问题，铅酸蓄电池的使用寿命不增反减。而目前解决铅酸蓄电池循环使用寿命的问题，大都是通过脉冲修复来解决，而且 都是在铅酸蓄电池达到一定的硫化程度后才进行，修复时间大多是人工设定，修复后的铅 酸蓄电池的使用时间大约在0. 5^1年左右，修复理论和修复装置水平的参差不齐也造成了 铅酸蓄电池二次失效问题的频繁发生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对目前铅酸蓄电池快速充电器的研发和市场现 状，将铅酸蓄电池内部进行一定的改造，即在铅酸蓄电池各单格内装有温度传感器和检测 电路模块.在此基础上，基于递减慢脉冲的充电方式，运用灰色系统预测理论，给出一种铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是该铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快 速充电法，其特征在于在铅酸蓄电池各单格内安装温度传感器和检测电路模块；所述的 检测电路模块包括单格电压及温度采样电路，单片机，采样信号调理电路；对铅酸蓄电池进行各单格端电压及温升变化率采样，同时采样充电电流，采样数 据通 过各单格内的检测电路模块，以总线通信方式通过外设总线接口传送至充电器的微处 理模块，充电器的微处理模块根据传送的数据进行充电过程的自适应控制。所述充电器的微处理模块根据传送的数据进行充电过程的自适应控制的步骤如 下2. 1充电器按照事先设定的慢脉冲充电方式，以预先设定的初始充电电流进行充 电；同时，充电器的微处理模块根据铅酸蓄电池各单格检测电路模块通过总线通信传输过 来的某采样时刻的铅酸蓄电池的各单格端电压Ui (k)和铅酸蓄电池的各单格温度Ti (k)，按 制高原则确定此采样时刻的铅酸蓄电池的端电压U(k)；通过二次微分获得此时刻铅酸蓄 电池各单格的温升变化率Ci2TiGO.其中，U (k) = 6max (U1 (k)，U2 (k)，U3 (k)，U4 (k)，U5 (k)，U6 (k)}，Cl2TiQO = ClTi (Hi)-ClTi (m-1)= (Ti (m) -Ti (m-1)) - (Ti (m_l) -Ti (m_2))，k，m为采样时亥lj，且k = 3m ；2. 2按照步骤2. 1中的处理方法进行定周期采样，获得定周期内的铅酸蓄电池的 端电压采样序列U(°)，各单格温升变化率采样序列Cl2Ti(°)；同时，在充电回路中定周期采样铅 酸蓄电池充电电流，得到序列1(°)；其中，U(0) = IU(I)，U (2)，...U(k)，-U (Μ)},d2T〉0、= {d2T,⑴,Ci1Tl(I),…，cf-T,(k),· -,Ci2Ti(M)] ’I(0) = {1(1)，1(2)，...，I(k)，-I(M)},i e [1，6]，M为定周期内的采样总数，且M彡4;2. 3将步骤2. 2中获得的铅酸蓄电池端电压，各单格温升变化率和充电电流的周
期采样序列，分别进行灰色一次累加生成处理，得到铅酸蓄电池端电压的灰色一次累加生
成序列u(1)，各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列d2T,和充电电流的灰色一次累加
生成序列1(1)；其中， 2. 4将步骤2. 3中获得的定周期采样的铅酸蓄电池端电压的灰色一次累加生成 序列u(1)，各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列d2T,和充电电流的灰色一次累加生 成序列Ιω进行均值生成操作，获得铅酸蓄电池端电压的灰色一次累加生成序列υω的均值生成序列U，各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列cfT/1)的均值生成序列Vi和充 电电流的灰色一次累加生成序列1(1)的均值生成序列w ；其中，
2. 5充电器的微处理模块利用步骤2. 1-2. 4获得的数据，计算铅酸蓄电池各单格 温升变化率进行灰色预测跟踪所需的灰作用量《/；為；，同时计算铅酸蓄电池充电电流进行 灰色系统自主量预测所需的灰作用量Spb1 ；其中，
2. 6充电器的微处理模块根据步骤2. 5获得的各单格温升变化率进行灰色预测 跟踪所需的灰作用量弋， ，利用铅酸蓄电池单格温升变化率的等维递补灰色单变量一阶 预测模型，进行铅酸蓄电池各单格温升变化率的灰色预测跟踪，并将各单格温升变化率的 跟踪预测结果进行比对，若超出限定误差，转入步骤2. 7 ；否则，进行步骤2. 8 ；2. 7充电器的微处理模块发送电平信号触发脉冲修复模块，进行铅酸蓄电池维护 的自适应控制；2. 8充电器的微处理模块根据步骤2. 5获得的铅酸蓄电池充电电流进行灰色系 统自主量预测所需的灰作用量aI; IDi，利用铅酸蓄电池充电电流的等维递补灰色单变量一阶 预测模型，进行充电电流的自主预测；2. 9充电器的微处理模块根据步骤2. 8中的预测结果，利用铅酸蓄电池端电压的 等维递补灰色二变量一阶预测模型，进行铅酸蓄电池端电压的灰色跟踪预测.若预测端电 压值超过设定充电电压阈值，则进行步骤2. 10 ；否则，转入步骤2. 1 ；2. 10充电器的微处理模块发送电平信号至放电模块，启动短时放电操作，放电操 作完成后，进行充电电流调整，充电电流稳定后进行判断，若电流值小于0. 5A则转入步骤 2. 11 ；否则，转入步骤2. 1 ；2. 11铅酸蓄电池进入浮充充电阶段，充电电压为13. Π4. IV，充电时间为广2小 时；整个自适应控制过程按照步骤2. 1-2. 11进行，直至充电过程结束.
所述步骤2. 6中的铅酸蓄电池单格温升变化率的等维递补灰色单变量一阶预测
模型，其具体数学表达式为 铅酸蓄电池单格温升变化率的灰色跟踪预测值为 根据预测结果，若各单格温升变化率灰色跟踪预测值之间的差值小于一个事先给 定的ε，ε是常数，ε e
，则认为各单格温升变化无明显差异；否则，认为有显
者差升。所述步骤2. 7中的进行铅酸蓄电池维护的自适应控制的控制策略为当充电器的 微处理模块发送电平信号至脉冲修复模块时，脉冲修复模块开始动作；与此同时，铅酸蓄电 池的各单格内的检测模块按照步骤2. 1中的处理方法，进行铅酸蓄电池各单格端电压和温 升变化率的定周期采样，当规定周期内的各单格端电压和各单格温升变化率之差，均小于 一个事先给定的ε，ε是常数，ε e
，则充电器的微处理模块发送电平信号至 脉冲修复模块，停止铅酸蓄电池的维护过程，转入步骤2. 1 ；否则，继续维护过程。所述步骤2. 8中的铅酸蓄电池充电电流的等维递补灰色单变量一阶预测模型，其
具体数学表达式为 铅酸蓄电池充电电流的灰色跟踪自主预测值为 所述步骤2. 9中的铅酸蓄电池端电压的等维递补灰色二变量一阶预测模型，其具
体数学表达式为
其中，灰作用量％，％通过最小二乘获得，具体计算表达式为， Gt表示矩阵G的转置矩阵，Ο"1表示G的逆矩阵，M为采样总数，且M彡4 ；铅酸蓄电池端电压的灰色跟踪预测值为 所述步骤2. 9中的充电电压阈值范围为13. 8^14. 5。步骤2. 10中所述的短时放电操作，其放电参数为短时放电电流值为铅酸蓄电池 端电压每次灰色跟踪预测值达到限制阈值前一时刻充电电流的60、0%，短时放电脉宽为 0. 4 0. 7ms，短时放电次数为广10次。所述步骤2. 10中的放电操作完成后，进行充电电流调整，其调整方式为脉宽调 整，脉宽调整的步长为0. 25、. 5。与现有技术相比，本发明铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电方法，具有积极 的效果。1、铅酸蓄电池内部装有温度传感器和检测电路模块，将控制和监测目标具体到了 铅酸蓄电池各单格，能够较好的抑制单格过充和热失控的发生，保证了铅酸蓄电池的一致 性充电。2、采用灰色系统预测理论，跟踪预测铅酸蓄电池各单格温升变换率，能够提前预 测单格失效趋势，抵消了铅酸蓄电池对于外界响应的滞后效应，保证了铅酸蓄电池充电时 内部变化的连续性；同时，将铅酸蓄电池的充电电流作为铅酸蓄电池充电系统的控制量，提 前预测各单格电压的变化，及时进行充电策略的调整；另外，整个充电过程，微控单元根据 跟踪的各单格温升变化率的结果，确定脉冲修复装置的触发时间，及时抑制负极板硫酸盐 化事件的发生；整个充电过程采用递减慢脉冲的充电方式，有效的抑制了充电过程中产生的极化 现象，加快了充电速度；3、铅酸蓄电池符合灰色系统预测理论的适用范围要求，且灰色预测所需样本数据 量少，在提高微处理单元处理速度的同时，增强了整个铅酸蓄电池系统的动态响应性，更符 合铅酸蓄电池的内部变化特点。
图1本发明的温度传感器和检测电路模块在铅酸蓄电池中的放置位置示意图；图2本发明的铅酸蓄电池内部检测电路模块电路框图；图3本发明的铅酸蓄电池的充电过程的自适应控制流程图；图4本发明的铅酸蓄电池自维护的自适应控制流程图；图5本发明的铅酸蓄电池的递减慢脉冲充电方式示意图；图6本发明的铅酸蓄电池的充电过程效果图。图1中的1单格正极板汇流排2单格负极板汇流排3单格正极板4单格负极板 5吸附式玻璃棉隔板(AGM) 6防腐高精度温度传感器7检测电路模块8通讯总线接口 9 单格间正极板与负极板汇流排串联接线I表示第I单格II表示第II单格III表示第 III单格IV表示第IV单格V表示第V单格VI表示第VI单格。本发明中的防腐高精度温度传感器，检测电路模块及总线通讯接口的安装位置和 单格的排序不具唯一性，凡在单格内安装防腐高精度温度传感器和电路检测模块，单体内 安装总线通讯接口和单格的任意排序均在本发明的发明范围之内。
具体实施例方式下面结合附图1-6对本发明铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电方法做进一 步说明 如图1所示，为本发明的温度传感器和检测电路模块在铅酸蓄电池中的放置位置 示意图；第I单格的负极板汇流排2与第II单格的正极板汇流排通过单格间正极板与负极 板汇流排串联接线9相连，同样道理，第II单格的负极板汇流排与第III单格的正极板汇 流排通过单格间正极板与负极板汇流排串联接线相连，第III单格的负极板汇流排与第IV 单格的正极板汇流排通过单格间正极板与负极板汇流排串联接线相连，第IV单格的负极 板汇流排与第V单格的正极板汇流排通过单格间正极板与负极板汇流排串联接线相连，第 V单格的负极板汇流排与第VI单格的正极板汇流排通过单格间正极板与负极板汇流排串 联接线相连，由于充满电后的各单格电压在2. 25V左右，从而铅酸蓄电池的单体电压(6个 单格串联)在13. 5V左右；检测电路模块7通过总线通信方式，从各单格极板上安装的防腐 高精度温度传感器6采集温度信号，各单格正负极汇流排采集端电压信号和电流信号，并 经过检测电路模块进行简单处理后，经由总线通讯接口 8传送至充电器的微处理单元，进 行充电过程的自适应控制。单格正极板3和单格负极板4被吸附式玻璃棉隔板5隔开，各单格具有与此相同 的构造. 如图2所示，为本发明铅酸蓄电池内部检测电路模块电路框图，采样信号调理电 路分别与电压采样电路和温度采样电路相连，单片机分别与电压采样电路和温度采样电路 相连，原始采样信号经由采样信号调理模块进行滤波处理，处理后信号分别经由电压采样 电路和温度采样电路进行电压和温度采样，采样结果送入单片机进行预处理，单片机将处 理结果按总线通信协议输出。如图3所示，为本发明的铅酸蓄电池的充电过程的自适应控制流程图，具体的控 制流程描述如下第一步，充电器按照事先设定的慢脉冲充电方式，以预先设定的初始充电电流进 行充电；同时，充电器的微处理模块根据铅酸蓄电池各单格检测电路模块通过总线通信 传输过来的某采样时刻的铅酸蓄电池的各单格端电压UiGO和铅酸蓄电池的各单格温度 Ti(k)，按制高原则确定此采样时刻的铅酸蓄电池的端电压u(k)；通过递补二次微分获得此 时刻铅酸蓄电池各单格的温升变化率Cl2Ti (k).其中，U (k) = 6max (U1 (k)，U2 (k)，U3 (k)，U4 (k)，U5 (k)，U6 (k)}，Cl2TiQO = ClTi (Hi)-ClTi (m-1)= (Ti (m) -Ti (m-1)) - (Ti (m_l) -Ti (m_2))，k，m为采样时刻，且k = 3m.第二步进行定周期采样，获得定周期内的铅酸蓄电池的端电压采样序列U(°)，各 单格温升变化率采样序列Cl2Ti(°)；同时，在充电回路中定周期采样铅酸蓄电池充电电流，得 到序列1(°)；其中，U(0) = {U(l)，U (2)，…_，…_}，d2T:0、= V1T1(Y),Ci2Ti(I),…，d2Uk\...,Ci2Ti(M)] ’1(0) = {1(1)，1(2)，...,I(k), -KM)},
i e [1，6]，M为定周期内的采样总数，且M彡4·第三步将获得的铅酸蓄电池端电压，各单格温升变化率和充电电流的周期采样 序列，分别进行灰色一次累加生成处理，得到铅酸蓄电池端电压的灰色一次累加生成序列 U(1)，各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列cfT/1)和充电电流的灰色一次累加生成序 列ιω ；其中， 第四步将获得的定周期采样的铅酸蓄电池端电压的灰色一次累加生成序列U(1)， 各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列d2!^1)和充电电流的灰色一次累加生成序列 1(1)进行均值生成操作，获得铅酸蓄电池端电压的灰色一次累加生成序列υω的均值生成序 列u，各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列d2!^1)的均值生成序列Vi和充电电流的 灰色一次累加生成序列1(1)的均值生成序列w ；其中， 第五步充电器的微处理模块利用第一步至第四步获得的数据，计算铅酸蓄电池 各单格温升变化率进行灰色预测跟踪所需的灰作用量aT，bT，同时计算铅酸蓄电池充电电流 进行灰色系统自主量预测所需的灰作用量Spb1 ；其中， 第六步充电器的微处理模块根据第五步获得的各单格温升变化率进行灰色预测 跟踪所需的灰作用量弋，利用铅酸蓄电池单格温升变化率的等维递补灰色单变量一阶 预测模型，进行铅酸蓄电池各单格温升变化率的灰色预测跟踪，并将各单格温升变化率的跟踪预测结果进行比对，若超出限定误差，转入第七步；否则，进行第八步.铅酸蓄电池单 格温升变化率的等维递补灰色单变量一阶预测模型的具体数学表达式为 铅酸蓄电池单格温升变化率的灰色跟踪预测值为 根据预测结果，若各单格温升变化率灰色跟踪预测值之间的差值小于一个事先给 定的ε，ε是常数，ε e
，则认为各单格温升变化无明显差异；否则，认为有显
著差异.第七步充电器的微处理模块发送电平信号触发脉冲修复模块，进行铅酸蓄电池 维护的自适应控制.其具体的控制策略为当充电器的微处理模块发送电平信号至脉冲修复模块时，脉冲修复模块开始动 作；与此同时，铅酸蓄电池的各单格内的检测模块按照步骤1中的处理方法，进行铅酸蓄电 池各单格端电压和温升变化率的定周期采样，当规定周期内的各单格端电压和各单格温升 变化率之差，均小于一个事先给定的ε，ε是常数，ε e
，则充电器的微处理模 块发送电平信号至脉冲修复模块，停止铅酸蓄电池的维护过程，转入第一步；否则，继续维 护过程.第八步充电器的微处理模块根据第五步获得的铅酸蓄电池充电电流进行灰色系 统自主量预测所需的灰作用量aI; IDi，利用铅酸蓄电池充电电流的等维递补灰色单变量一阶 预测模型，进行充电电流的自主预测.铅酸蓄电池充电电流的等维递补灰色单变量一阶预
测模型，其具体数学表达式为 铅酸蓄电池充电电流的灰色跟踪自主预测值为 第九步充电器的微处理模块根据第八步中的预测结果，利用铅酸蓄电池端电压 的等维递补灰色二变量一阶预测模型，进行铅酸蓄电池端电压的灰色跟踪预测.若预测端 电压值超过设定充电电压阈值范围13.814. 5，则进行第十步；否则，转入第一步.铅酸蓄
电池端电压的等维递补灰色二变量一阶预测模型，其具体数学表达式为 其中，灰作用量％，％通过最小二乘获得，具体计算表达式为，
Gt表示矩阵G的转置矩阵，Ο"1表示G的逆矩阵，M为采样总数，且M彡4.铅酸蓄电池端电压的灰色跟踪预测值为).第十步充电器的微处理模块发送电平信号至放电模块，启动短时放电操作.短时 放电电流值为铅酸蓄电池端电压每次灰色跟踪预测值达到限制阈值前一时刻充电电流的 60 80%，短时放电脉宽为0. 4^0. 7ms，短时放电次数为广10次.放电操作完成后，进行充电 电流调整，调整方式为脉宽调整方式，脉宽调整的步长为0. 05、. 25.充电电流稳定后进行 判断，若电流值小于0. 5A则转入第十一步；否则，转入第一步.第十一步铅酸蓄电池进入浮充充电阶段，充电电压为13.Γ14. IV，充电时间为 Γ2小时.如图4所示，为本发明的铅酸蓄电池自维护的自适应控制流程图，其具体控制流 程如下所述第一步，判断当各单格温升变化率的跟踪预测结果之差是否超出限定误差，若是 转入第二步；否则，按图3所示规则按流程进行充电过程的自适应控制；第二步，充电器的微处理模块发送电平信号至脉冲修复模块，脉冲修复模块开始 动作；第三步，铅酸蓄电池的各单格内的检测模块按照具体实施方式
图3中第一步的处 理方法，进行铅酸蓄电池各单格端电压和温升变化率的定周期采样；第四步，判断规定周期内的各单格端电压和各单格温升变化率之差，是否均小于 一个事先给定的ε，ε是常数，ε e
，若是则进行第五步；否则，转入第三步；第五步，充电器的微处理模块发送电平信号至脉冲修复模块，停止铅酸蓄电池的 维护过程.如图5所示，为本发明的铅酸蓄电池的递减慢脉冲充电方式示意图，图中Itl为小 电流充电，也作为初始阶段的预充电流，其值的确定由专家经验确定；Im为铅酸蓄电池可接 受的初始最大充电电流，由微处理单元根据铅酸蓄电池的初始状态参数采集(荷电状态， 健康状态，端电压，各单格温度等)通过一定的算法获得；12，I3为基于本发明进行控制的变 电流数值；坐标轴横轴为充电时间轴，纵轴为充电电流轴，坐标轴下方为短时放电操作，其 各参数说明如具体实施方式
图2中第十步描述.如图6所示，为本发明的铅酸蓄电池的充电过程效果图，图中横轴表示充电采样 数据个数，纵轴以电流为基准表示的相应采样数值；其中的采样温度数据进行了一定倍数 的缩放；从图中可以看出本发明很好的控制了铅酸蓄电池充电电流，铅酸蓄电池充电端电 压的变化，整个充电过程温升不超过7. 5°C，充电端电压始终处于析气率为0. 05 %的限制 电压以下，充电时间为150分钟，充电完成30分钟后，蓄电池端电压为13. 5V，12小时后蓄 电池端电压为13. 19V，满足国家测试标准规定的放电要求.
实施例本发明实施例充电对象选择的是江西省南昌市强劲电源科技有限公司生产的强 盛免维护电动助力车蓄电池FC12-12，该蓄电池20小时放电率下的容量为12AH.按照本发 明中对于铅酸蓄电池内部构造的要求，对电池内部进行了严密的改造，整个改造过程中，还 增加了铅酸蓄电池过流保护装置，确保了安全性。下面结合本发明的发明构思，针对铅酸蓄电池的充电过程某一时段进行本发明方 法的详细阐述需要说明的是此实施例中的ε取0.05，电压限制阈值上限为14. 4，充电截 止电流为0. 5Α。第一步，单位周期采样个数为5，获取的铅酸蓄电池充电端电压U(°)，铅酸蓄电池充 电电流1(°)，铅酸蓄电池的各单格温升变化率Cl2Ti的原始序列如表1所示表 1 第二步，对连续采样数据铅酸蓄电池充电端电压U(°)，铅酸蓄电池充电电流I (°)，铅 酸蓄电池各单格温升变化率Cl2Ti分别进行灰色一次累加生成，得到铅酸蓄电池充电端电压 灰色一次累加生成序列U(1)，铅酸蓄电池充电电流灰色一次累加生成序列1(1)，铅酸蓄电池 各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列Cl2Ti(1)，如表2所示表2 第三步，依次计算铅酸蓄电池充电端电压灰色一次累加生成序列Ua)的均值生成
序列u，铅酸蓄电池充电电流灰色一次累加生成序列1(1)的均值生成序列w，铅酸蓄电池的
各单格温升变化率d2!^1)的灰色一次累加生成序列的均值生成序列Vi，如表3所示表3 第四步，计算铅酸蓄电池充电电流I (°) (k)的灰作用量ai，Idi，铅酸蓄电池各单格温
升变化率(12Τ/°)的灰作用量 ， ，根据表达式
可得B1 = -0. 0118, bj = 5. 7624, = -0322,b^ = 0.096 ’ah = —0.2865，\ = 0.0823 ,aTi = —0.2469力.,4 =0.115，α =—0.281 \,b.“ =0.1002, 第五步，根据铅酸蓄电池单格温升变化率的等维递补灰色单变量一阶预测模型
例(I)—丄C +1，和铅酸蓄电池单格温升变化率的灰色跟踪预测值 计算表达式从+1) = (h 1) - Zf㈨，计算各单格温升变化率分别为d2f,m{6) = 0.0637, /2Γ2(0) (6) = 0.016T,d2f3{0)(6) = 0.0693, cf-f:、(6) = 0.0797,d2T5i0)(6) = 0.0625, /2Γ6(0)(6) = 0.1083 ’此时k = 5，绝对值最大之差为0. 039小于设定上限阈值0. 05，充电过程继续第六
止
少·第六步，根据铅酸蓄电池充电电流的等维递补灰色单变量一阶预测模型 和铅酸蓄电池充电电流的灰色跟踪自主预测值表达式 自主预测跟踪铅酸蓄电池的充电电流灰色导值/<"(6) = 36.1535和其原始值 7(0)(6) = 6.1538。第七步，利用铅酸蓄电池端电压的等维递补灰色二变量一阶预测模型
和铅酸蓄电池端电压的灰色跟踪预 测值表达式例似+ 1) = J⑴0+1)-炉)(幻，进行铅酸蓄电池端电压的灰色跟踪预测，通过 最小二乘原理所获得的灰作用量具体数值为au = 0. 2458，bu = 0. 5191，根据预测电流值， 代入等维递补灰色二变量一阶预测模型，得到铅酸蓄电池端电压预测值炉”(6) = 12.997 .本 发明实施例给出的端电压最高上限阈值为14. 4V，故可以判定充电过程继续。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任 何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在于在铅酸蓄电池各单格内安装温度传感器和检测电路模块；所述的检测电路模块包括单格电压及温度采样电路，单片机，采样信号调理电路；对铅酸蓄电池进行各单格端电压及温升变化率采样，同时采样充电电流，采样数据通过各单格内的检测电路模块，以总线通信方式通过外设总线接口传送至充电器的微处理模块，充电器的微处理模块根据传送的数据进行充电过程的自适应控制。
2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在于所 述充电器的微处理模块根据传送的数据进行充电过程的自适应控制的步骤如下2. 1充电器按照事先设定的慢脉冲充电方式，以预先设定的初始充电电流进行充电； 同时，充电器的微处理模块根据铅酸蓄电池各单格检测电路模块通过总线通信传输过来的 某采样时刻的铅酸蓄电池的各单格端电压Ui (k)和铅酸蓄电池的各单格温度Ti (k)，按制高 原则确定此采样时刻的铅酸蓄电池的端电压U(k)；通过二次微分获得此时刻铅酸蓄电池 各单格的温升变化率Ci2TiGO.其中，U (k) = 6max (U1 (k)，U2 (k)，U3 (k)，U4 (k)，U5 (k)，U6 (k)}， Cl2TiGO = ClTi (m) -ClTi (m-1) =(Ti (m)-Ti (m-1))-(Ti (m-1)-Ti (m_2))， k，m为采样时刻，且k = 3m；2. 2按照步骤2. 1中的处理方法进行定周期采样，获得定周期内的铅酸蓄电池的端电 压采样序列U(°)，各单格温升变化率采样序列Cl2Ti(°)；同时，在充电回路中定周期采样铅酸蓄 电池充电电流，得到序列1(°)；其中， M为定周期内的采样总数，且M彡4;2. 3将步骤2. 2中获得的铅酸蓄电池端电压，各单格温升变化率和充电电流的周期采 样序列，分别进行灰色一次累加生成处理，得到铅酸蓄电池端电压的灰色一次累加生成序 列U(1)，各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列d2T,和充电电流的灰色一次累加生成 序列1(1)；其中， 2. 4将步骤2. 3中获得的定周期采样的铅酸蓄电池端电压的灰色一次累加生成序列 U(1)，各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列cfT/1)和充电电流的灰色一次累加生成序 列Ιω进行均值生成操作，获得铅酸蓄电池端电压的灰色一次累加生成序列Ua)的均值生 成序列u，各单格温升变化率的灰色一次累加生成序列d2!^1)的均值生成序列Vi和充电电流的灰色一次累加生成序列Ι(1)的均值生成序列W ；其中， ·2. 5充电器的微处理模块利用步骤2. 1-2. 4获得的数据，计算铅酸蓄电池各单格温升 变化率进行灰色预测跟踪所需的灰作用量气為:，同时计算铅酸蓄电池充电电流进行灰色 系统自主量预测所需的灰作用量^，h ；其中， ·2. 6充电器的微处理模块根据步骤2. 5获得的各单格温升变化率进行灰色预测跟踪所 需的灰作用量 ， ，利用铅酸蓄电池单格温升变化率的等维递补灰色单变量一阶预测模 型，进行铅酸蓄电池各单格温升变化率的灰色预测跟踪，并将各单格温升变化率的跟踪预 测结果进行比对，若超出限定误差，转入步骤2. 7 ；否则，进行步骤2. 8 ；·2. 7充电器的微处理模块发送电平信号触发脉冲修复模块，进行铅酸蓄电池维护的自 适应控制；·2. 8充电器的微处理模块根据步骤2. 5获得的铅酸蓄电池充电电流进行灰色系统自主 量预测所需的灰作用量&，h，利用铅酸蓄电池充电电流的等维递补灰色单变量一阶预测模 型，进行充电电流的自主预测；·2. 9充电器的微处理模块根据步骤2. 8中的预测结果，利用铅酸蓄电池端电压的等维 递补灰色二变量一阶预测模型，进行铅酸蓄电池端电压的灰色跟踪预测，若预测端电压值 超过设定充电电压阈值，则进行步骤2. 10 ；否则，转入步骤2. 1 ；·2. 10充电器的微处理模块发送电平信号至放电模块，启动短时放电操作，放电操作完 成后，进行充电电流调整，充电电流稳定后进行判断，若电流值小于0. 5A则转入步骤2. 11 ； 否则，转入步骤2. 1 ；·2.11铅酸蓄电池进入浮充充电阶段，充电电压为13. Π4. IV，充电时间为广2小时； 整个自适应控制过程按照步骤2. 1-2. 11进行，直至充电过程结束。
3.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在于所 述步骤2. 6中的铅酸蓄电池单格温升变化率的等维递补灰色单变量一阶预测模型，其具体 数学表达式为 铅酸蓄电池单格温升变化率的灰色跟踪预测值为 根据预测结果，若各单格温升变化率灰色跟踪预测值之间的差值小于一个事先给定的 ε，ε为常数，ε e
，则认为各单格温升变化无明显差异；否则，认为有显著差已
4.根据权利要求2中铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在于所述步 骤2. 7中的进行铅酸蓄电池维护的自适应控制的控制策略为当充电器的微处理模块发送 电平信号至脉冲修复模块时，脉冲修复模块开始动作；与此同时，铅酸蓄电池的各单格内的 检测电路模块按照步骤2. 1中的处理方法，进行铅酸蓄电池各单格端电压和温升变化率的 定周期采样，当规定周期内的各单格端电压和各单格温升变化率之差，均小于一个事先给 定的ε，ε为常数，ε e
，则充电器的微处理模块发送电平信号至脉冲修复模 块，停止铅酸蓄电池的维护过程，转入步骤2. 1 ；否则，继续维护过程。
5.根据权利要求2中所述的铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在于 所述步骤2. 8中的铅酸蓄电池充电电流的等维递补灰色单变量一阶预测模型，其具体数学 表达式为 铅酸蓄电池充电电流的灰色跟踪自主预测值为
6.根据权利要求2中铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在于所述步 骤2. 9中的铅酸蓄电池端电压的等维递补灰色二变量一阶预测模型，其具体数学表达式为 其中，灰作用量a ，b 通过最小二乘获得，具体计算表达式为， Gt表示矩阵G的转置矩阵，G—1表示G的逆矩阵，M为采样总数，且M > 4 ；铅酸蓄电池端 电压的灰色跟踪预测值为
7.根据权利要求2中所述的铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在于 所述步骤2. 9中的充电电压阈值范围为13. 8^14. 5。
8.根据权利要求2中所述的铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在 于步骤2. 10中所述的短时放电操作，其放电参数为短时放电电流值为铅酸蓄电池端 电压每次灰色跟踪预测值达到限制阈值前一时刻充电电流的6(Γ80%，短时放电脉宽为`0. 4 0. 7ms，短时放电次数为广10次。
9.根据权利要求2中所述的铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在于 所述步骤2. 10中的放电操作完成后，进行充电电流调整，其调整方式为脉宽调整，脉宽调 整的步长为0. 25 0.5。
全文摘要
铅酸蓄电池自维护递减慢脉冲快速充电法，其特征在于在铅酸蓄电池各单格内安装温度传感器和检测电路模块；所述的检测电路模块包括单格电压及温度采样电路，单片机，采样信号调理电路；对铅酸蓄电池进行各单格端电压及温升变化率采样，同时采样充电电流，采样数据通过各单格内的检测电路模块，以总线通信方式通过外设总线接口传送至充电器的微处理模块，充电器的微处理模块根据传送的数据进行充电过程的自适应控制。能够较好的抑制单格过充和热失控的发生；能够提前预测单格失效趋势；整个充电过程采用递减慢脉冲的充电方式，有效的抑制了充电过程中产生的极化现象，加快了充电速度等优点。
文档编号H02J7/00GK101847885SQ201010159498
公开日2010年9月29日 申请日期2010年4月24日 优先权日2010年4月24日
发明者刘东林, 刘洪娥, 王任超, 高小群, 高述辕 申请人:山东申普汽车控制技术有限公司