专利名称：一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法
技术领域：
本发明涉及蓄电池充电器领域，尤其涉及蓄电池充电器的充电方法。
背景技术：
蓄电池充电时其充电电压会高于蓄电池本身的实际电压，放电时放电电压低于蓄电池本身的实际电压，这一现象称为极化现象。极化有如下三种极化一、欧姆极化由电池连接各部分的电阻造成，其压降值遵循欧姆定律，电流减小，极化立即减小，电流停止后立即消失。二、电化学极化由电极表面电化学反应的迟缓性造成极化。随着电流变小，在微秒级内显著降低。三、浓差极化由于溶液中离子扩散过程的迟缓性，造成在一定电流下电极表面与溶液本体浓度差，产生极化。这种极化随着电流下降，在宏观的秒级几秒到上百秒上降低或消失。
近来，电动车蓄电池有了很大的进步。从实验室得出的数据表明，电动车蓄电池的深循环寿命已经可以突破1000次，按照这一结果推算可以使用3年左右。但是，据统计，电动车蓄电池的使用寿命却多数在一年左右，有的甚至只有几个月，就出现早期容量衰减，甚至报废，电动车用蓄电池失效的模式大致有以下几种一是正极活性物质软化，约占总失效模式的30％；二是发热变形，约占失效模式的30％(夏天甚至达到60％左右)，负极板硫化约占失效模式的20％(冬天甚至达到60％左右)，其余约占失效模式的20％左右。其中发热变形，负极硫化以及活性物软化都与充电有直接关系，主要是因为蓄电池使用的条件比较恶劣蓄电池放电深度较大，而且放电深度很不一致，冬天温度低，容易出现过放电，夏天温度高，容易出现过充电。并且受到蓄电池温度增高的影响，电极上的析气过电位随温度的增加而降低，一般说来，温度每增高1℃过电位约降低3mv/单格，反之，则升高3mv/单格。因此，才有“蓄电池不是用坏的是充坏的”的说法。
目前蓄电池的充电方法有普通三段式充电、普通固定降电流脉冲充电、普通固定恒电流脉冲三种充电方式。
普通三段式充电以36V10Ah为例，充电曲线如图1所示，开始以1.8A左右的电流充电至43.2V(每个电池14.4/只)，电流逐步减小，电压逐步上升到44.1～44.5V，当电流降至0.35～0.40A时转换到浮充充电，电压41.4～42V恒压充电直到取下充电器或切断充电供电电源，充电时间多数在8～12小时。充电容量为上次放电容量的104～110％，实验表明12V10Ah蓄电池电压从14.0V左右开始有微量气体析出，到14.4V气体析出速度加快，到14.8V有较多的气体析出，主要析出气体是在14.8V以后，14.4V充电上升到14.8V时间约在30min左右，由于蓄电池充电时存在极化现象，要在有效的时间内充足电，普通三段式充电需要要提高充电电压，一般需要提高到14.7V～15V/只左右，并且需要较长时间的高电压，因此，存在较多的气体析出，造成失水量大，充电发热，变形等故障，同时研究表明，小电流恒压充电还容易引起电池充电不足。由于蓄电池在充放电过程中，蓄电池内的电解液逐渐减少，氧循环复合电流加大，以及正极部分有害元素沉淀到负极降低了气体析出过电位，并且会受到蓄电池温度增高的影响，使充电的末期电流逐渐加大，有部分蓄电池可能出现充电末期电流超过0.35～0.40A(转换电流)，使充电不转换到浮充阶段(不转绿灯)，一直以高电压进行充电，造成大量过充电，析出大量气体(每次析气量约300～500ml)，加大失水量，使蓄电池发生“热失控”，变形等故障，高温时尤其严重过。
普通固定降电流脉冲充电以36V10Ah为例，其充电曲线如图2所示，开始以1.8A左右的电流对蓄电池组进行充电，电压逐渐升高，到44V左右即开始以固定的频率进行脉冲充电，脉冲电流的幅度逐渐减小，直到电流减小到0.4A左右，转为低压恒压浮充电。这种充电效率比普通“三段式”充电效率高，但是，由于进入脉冲阶段时，随着充电的进行，充电时生成的硫酸使电解液密度逐渐升高，硫酸的扩散受阻，浓差极化越来越严重，消除极化所需停充的时间由最初的秒级逐渐增加到上百妙级，然而这种脉冲的频率是固定的，因此，不能达到最佳的去极化效果，使充电效率略有降低，充电仍然有较多的气体产生(每次析气量约200～300ml/只)。同时，由于充电过程中脉冲电流逐渐减小，对消除蓄电池极板硫化不利，达不到对蓄电池修复的效果。另外，由于没有进行时间限制，充电时由于温度等影响，使充电不转换到浮充阶段(不转绿灯)，一直以高电压脉冲充电，造成大量过充电，析出大量气体，加大失水量，使蓄电池发生“热失控”，变形等故障。
普通固定恒电流脉冲以36V10Ah为例，其充电曲线如图3所示，开始以1.8A左右的电流对蓄电池组进行充电，电压逐渐升高，到44V左右即开始以固定的频率进行脉冲充电，脉冲电流的幅度保持不变，直到电压上升到45V左右，转为低压恒压浮充电。这种充电效率与普通“三段式”充电效率相当，但是，由于进入脉冲阶段时，随着充电的进行，充电时生成的硫酸使电解液密度逐渐升高，硫酸的扩散受阻，浓差极化越来越严重，消除极化所需停充的时间由最初的秒级逐渐增加到上百妙级，然而这种脉冲的频率是固定的，因此，不能达到最佳的去极化效果，使充电效率明显降低，充电仍然有较多的气体产生(每次析气量约300～500ml/只)；由于充电过程中脉冲电流保持不变，对消除蓄电池极板硫化有利，对蓄电池修复有一定效果。另外，由于没有进行时间限制，同样存在，充电时由于温度等影响，使充电不转换到浮充阶段(不转绿灯)，一直以高电压脉冲充电，造成大量过充电，析出大量气体，加大失水量，使蓄电池发生“热失控”，变形等故障。
发明内容本发明的目的在于提供一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法，克服了上述三种方法的充电效率低夏天失水量大、充电不转换到浮充阶段、容易发生“热失控”、变形等，冬天充电不足容易产生落后蓄电池缺陷。
为了解决背景技术中存在的上述问题，本发明提出了一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法，包括如下步骤先以第一充电电流恒流充电至第一充电电压；再以第一充电电流进行自适应间歇限时脉冲充电，充电时间限定为第一充电时间；最后以第二充电电压进行浮充充电。
以36V10Ah蓄电池充电为例，作为优选，所述第一充电电流为1.6A～2.0A，所述第一充电电压为43V～45V，所述第一充电时间为4～6h，所述第二充电电压为41.4V～42V。
作为优选，所述的第一充电电压采取温度补偿第一充电电压在25℃时电压为43.8V，温度每升高1℃第一充电电压降低约0.05V反之则升高约0.05V。
作为优选，所述第一充电电流为1.8A，所述第一充电电压为43.8V，所述第一充电时间为5h，所述第二充电电压为41.7V。
作为优选，以第一充电电流进行自适应问歇限时脉冲充电过程中，充电的电流第一充电电流保持不变，充电脉冲的宽度和间歇的时间根据蓄电池本身的电压而变化，是一种自适应脉冲充电。
作为优选，蓄电池本身的电压越大，脉冲充电的时间就越短，脉冲的宽度也越窄，停止的时间就越长。
本发明的有益效果本发明采用充/停交替进行的方式进行充电，停止充电时欧姆极化和电化学极化消除了，浓差极化逐渐消除，当极化消除时，蓄电池端电压会降低，降低到规定值时，又重新充电，此时充电效率会大大增加，因此可以降低充电电压，减少析气量，最终减少失水；脉冲充电时，由于每次脉冲的电流较大，脉冲宽度较窄，越在后期宽度越小，大电流充电有利于形成更紧凑的正极活性物质骨架，对正极活性物质和表面的结构有良好影响；大电流充电形成的正极活性物质由于来不及生长从而形成活性物质的颗粒尺寸较小，活性物质之间的连接较紧凑，使得正极板的孔率较大，从而有利于循环寿命的延长；同时这种脉冲对蓄电池又有很好的修复激活作用，可以消除“极板硫化”，可以防止蓄电池早期衰减，大大延长循环使用寿命；充电设计了脉冲限时功能，使其充电既加快了速度，又防止过充电，对蓄电池有良好的保护作用，不会出现发热变形等故障。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
图1是普通三段式充电方法的电流电压变化曲线图。
图2是普通固定降电流脉冲充电方法的电流电压变化曲线图。
图3是普通固定恒电流脉冲充电方法的电流电压变化曲线图。
图4是本发明一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法的电流电压变化曲线图。
图5是本发明一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法具体实现的逻辑框图。
具体实施方式图1是普通三段式充电方法的电流电压变化曲线图。以36V10Ah为例，开始以1.8A左右的电流充电至43.2V(每个电池14.4/只)，电流逐步减小，电压逐步上升到44.1～44.5V，当电流降至0.35～0.40A时转换到浮充充电，电压41.4～42V恒压充电直到取下充电器或切断充电供电电源，充电时间多数在8～12小时。
图2是普通固定降电流脉冲充电方法的电流电压变化曲线图。以36V10Ah为例，开始以1.8A左右的电流对蓄电池组进行充电，电压逐渐升高，到44V左右即开始以固定的频率进行脉冲充电，脉冲电流的幅度逐渐减小，直到电流减小到0.4A左右，转为低压恒压浮充电。
图3是普通固定恒电流脉冲充电方法的电流电压变化曲线图。以36V10Ah为例，其充电曲线如图3所示，开始以1.8A左右的电流对蓄电池组进行充电，电压逐渐升高，到44V左右即开始以固定的频率进行脉冲充电，脉冲电流的幅度保持不变，直到电压上升到45V左右，转为低压恒压浮充电。
图4是本发明一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法的电流电压变化曲线图。先以第一充电电流I1恒流充电至第一充电电压U1；再以第一充电电流I1进行自适应间歇限时脉冲充电，充电时间限定为第一充电时间T1；最后以第二充电电压U2进行浮充充电。作为优选，所述第一充电电流I1为1.6A～2.0A，所述第一充电电压U1为43V～45V，所述第一充电时间T1为4～6h，所述第二充电电压U2为41.4V～42V，第一充电电压U1采取温度补偿充电电压在25℃时第一充电电压U1为43.8V，温度每升高1℃第一充电电压U1降低约0.05V反之则升高约0.05V。作为进一步优化，所述第一充电电流I1为1.8A，所述第一充电电压U1为43.8V，所述第一充电时间T1为5h，所述第二充电电压U2为41.7V。以第一充电电流I1进行自适应间歇限时脉冲充电过程中，充电的电流第一充电电流I1保持不变，充电脉冲的宽度和间歇的时间根据蓄电池本身的电压而变化，是一种自适应脉冲充电。蓄电池本身的电压越大，脉冲充电的时间就越短，脉冲的宽度也越窄，停止的时间就越长。
开始以第一充电电流I1为1.8A左右的恒定电流对蓄电池充电，电压逐渐上升到第一充电电压U1为43～45V，第一充电电压U1采取温度补偿充电电压在25℃时电压为43.8V，温度每升高1℃充电电压降低约0.05V反之则升高约0.05V，此时开始进入自适应间歇脉冲充电模式，并同时开始计时，到限定的充电时间第一充电时间T1为5h左右后，再以第二充电电压U2为41.7V进入浮充充电。自适应间歇脉冲充电模式以1.8A的定电流对蓄电池进行充电，蓄电池电压会逐渐升高，当蓄电池电压上二升到43～45V(电压采取温度补偿充电电压在25℃时电压为43.8V，温度每升高1℃充电电压降低约0.05V反之则升高约0.05V)，即暂时停止充电，蓄电池电压会逐渐降低(极化消除)，当电压降低到41.4～42.3V时又开始以1.8±0.1A的定电流对蓄电池进行充电……，这样周而复始进行，在间歇脉冲充电过程中充电的间歇时间由蓄电池本身的状态确定，即间歇脉冲充电前期每次脉冲充电的时间长(脉宽加宽)，停止充电时电压下降快，时间少，随着充电入蓄电池的容量增加，蓄电池自身的电压增高，每次脉冲充电的时间会逐渐减少(脉宽减窄)，而停止充电时电压下降慢，时间长，充电的频率及脉冲宽度等由蓄电池自身确定，是不断变化的，是一种自适应脉冲。
图5是本发明一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法具体实现的逻辑框图。前级由稳压稳流开关电源组成，其中最高稳压电压应能满足后级电压要求，一般设定为46V左右，并且需要提供最后阶段的浮充电压要求，稳压稳流电源通过开关管对蓄电池进行间歇式的充电，在输出端有电压检测电路，电压检测电路检测到蓄电池的电压，传送到比较器中进行比较，由比较器输出开、关指令，控制充和停。充电初期，当蓄电池电压低于第一充电电压43～45V时，开关管为打开状态，以恒定的电流进行充电，随着充电的不断进行，蓄电池电压逐渐上升，达到最高电压点时，比较器输出停止指令，开关管处于关闭状态，进入间歇时间，同时计时器开始计时，间歇过程中蓄电池电压逐渐减小，当电压达到低电压点41.4～42V时，比较器输出充电指令，开关管又打开，以恒定的电流充电，这样周而复始的进行，实现自适应间歇脉冲充电功能。另外，当计时到累计时间到达规定的时间(一般为5h)时，计时器发出浮充充电指令，由开关电源输恒定电压进行浮充充电，这样就实现了限时功能。
权利要求
1.一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法，其特征在于，包括如下步骤先以第一充电电流(I1)恒流充电至第一充电电压(U1)；再以第一充电电流(I1)进行自适应间歇限时脉冲充电，充电时间限定为第一充电时间(T1)；最后以第二充电电压(U2)进行浮充充电。
2.根据权利要求1所述的一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法，其特征在于，所述第一充电电流(I1)为1.6A～2.0A，所述第一充电电压(U1)为43V～45V，所述第一充电时间(T1)为4～6h，所述第二充电电压(U2)为41.4V～42V。
3.根据权利要求2所述的第一充电电压(U1)采取温度补偿第一充电电压(U1)在25℃时电压为43.8V，温度每升高1℃第一充电电压(U1)降低约0.05V反之则升高约0.05V。
4.根据权利要求2所述的一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法，其特征在于，所述第一充电电流(I1)为1.8A，所述第一充电电压(U1)为43.8V，所述第一充电时间(T1)为5h，所述第二充电电压(U2)为41.7V。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法，其特征在于，以第一充电电流(I1)进行自适应间歇限时脉冲充电过程中，充电的电流第一充电电流(I1)保持不变，充电脉冲的宽度和间歇的时间根据蓄电池本身的电压而变化，是一种自适应脉冲充电。
6.根据权利要求5所述的一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法，其特征在于，蓄电池本身的电压越大，脉冲充电的时间就越短，脉冲的宽度也越窄，停止的时间就越长。
全文摘要
本发明公开了一种自适应定流间歇脉冲限时充电方法，采用充/停交替进行的方式进行充电，停止充电时消除了欧姆极化和电化学极化，浓差极化逐渐消除，当极化消除时，蓄电池端电压会降低，降低到规定值时，又重新充电，此时充电效率会大大增加，充电最高电压采取了温度补偿，即蓄电池温度升高则自动降低最高充电电压，蓄电池温度降低则自动升高最高充电电压。因此高温季节可以减少析气量，减少失水；低温季节又可以充电更足；大电流充电有利于形成更紧凑的正极活性物质骨架，对正极活性物质和表面的结构有良好影响；大电流充电形成的正极活性物质由于来不及生长从而形成活性物质的颗粒尺寸较小，活性物质之间的连接较紧凑，从而有利于循环寿命延长。
文档编号H01M10/44GK1988317SQ20051013474
公开日2007年6月27日 申请日期2005年12月21日 优先权日2005年12月21日
发明者刘孝伟 申请人:刘孝伟