专利名称：：电池充电方法及装置的制作方法电池充电方法及装置
背景技术：
：1.发明领域本发明属于电池
技术领域：
，且更具体地涉及在诸如结合不间断电源(uninterruptablepowersupply,UPS)系统的逆变器应用中或涉及零星的电池充电的其他的应用中使用的电池的充电特性曲线。2.相关技术的论述已知使用不间断电源来为诸如计算机系统和其他的数据处理系统的敏感负载和/或关键性负载提供稳压的、不间断的电源。现存许多不同的UPS产品，包括那些被认可的来自罗德岛州西金斯敦的美国电力转换公司(APC)的商品名为Smart-UPS的产品。在典型的UPS中，电池被用于在停电或电力不足情况期间为关键性负载提供备用电源。UPS系统的一些实例包括用于提供备用电源的富液式电池的铅酸蓄电池。已经注意到，在某些环境中，当使用传统的诸如那些由电池制造商通常推荐的充电特性充电时，由于电荷不足、电极的硫酸盐化和/或电解质损失，富液式电池的铅酸蓄电池可能提供缩减的备用时间并具有变短的寿命。在图ι中图示了被一些电池充电器利用的用于给富液式电池的铅酸蓄电池充电的传统的充电特性曲线的一个实施例。图1的充电特性曲线包括三个操作区段，正如由电池制造商通常推荐的用于富液式电池的铅酸蓄电池一样。在被称作恒流区段(CC区段10)的第一区段中，电池充电电流大体上是恒定的。在CC区段10中，跨电池的端子的电压随着添加到电池的电荷的增加而增加。在电池电压于时刻15处达到某一电平(VBOOST)之后，特性曲线变化到第二操作区段，在第二操作区段中跨电池端子所施加的电压保持恒定。此操作区段被称作恒压区段(CV区段)。CV区段分成两部分，即升压区段20和浮充区段30。在升压区段20中，充电电压被维持在比电池的开路电压更高的电平。在升压区段20中的预定时间量之后，终止在时刻25处，跨电池的端子所施加的电压降低到第二电平(VFLOAT)并且充电曲线进入浮充区段30。在VFLOAT电压电平处，充电器将电池维持在恒定电压充电模式中直到需要电池来提供备用电源。存在第二类传统的充电特性曲线(未图示)，其中，充电特性曲线保持在CC区段直到电池电压刚好接近升压区段电压电平，在该点，由充电器施加的电压降低到浮充区段电压。以浮充区段电压充电可能引起电解质的有限蒸发，而且充电慢。因此，可能花费不可接受的长时间来获得期望的充电状态和电池电极的适当的脱硫。发明概述传统的充电特性曲线通常要求用于给电池充电的电源对完整的充电循环保持不间断以最佳地给电池充电。在UPS和其他的应用中，断电时间经常是不能被预测的，所以充电循环可能被任意中断和重新开始。因此，传统的电池充电方法可能导致伴随电池的各种问题。例如，断断续续的充电可能导致由于由在电极的充分脱硫发生之前的充电电源的中断引起的增加的电池内电阻逐渐地降低备用时间，或由于过量充电使电池电解液干涸，这可能引起电池的过早失效。因此，在此公开的方面和实施方式是针对用于给电池充电的改进的系统和方法，该改进的系统和方法解决或缓解这些问题。一种实施方式是针对给不间断电源系统中的电池充电的方法。所述方法可以包括以下行为监测在放电循环期间由电池供应的电荷量，在随后的充电循环期间给电池再充电，监测在充电循环期间供应给电池的电荷，以及响应于在充电循环期间供应给所述电池的电荷超过在放电循环期间由电池供应的电荷量，结束充电循环并将电池置于备用模式。在一实施例中，给所述电池再充电包括跨电池的端子施加大体上恒定的具有第一数值的电压。在另一实施例中，给所述电池再充电还包括在电池的放电循环期间的电流流动的相反方向上给电池施加大体上恒定的电流，以及当跨所述电池的端子的电压达到第一数值时，中止施加大体上恒定的电流。在另一实施例中，将所述电池置于备用模式包括跨所述电池的端子施加大体上恒定的具有第二数值的电压，第二数值小于第一数值。跨所述电池的端子施加大体上恒定的具有第二数值的电压可以包括施加一具有第二数值的电压，该电压处于足以防止电池的自身放电和不足以引发电池中电解质的蒸发的范围中。第二数值例如可以在大约12伏特和大约13.4伏特之间。所述方法还可以包括记录与在放电循环期间由所述电池供应的电荷量相对应的所供应的电荷值。在一实施例中，响应于放电循环的终止，执行记录所供应的电荷值。在另一实施例中，监测在放电循环期间由所述电池供应的电荷量包括监测由所述电池输出的瓦时，并且该方法还包括确定在放电循环期间由所述电池输出的总瓦时。所述方法还可以包括根据已确定的在放电循环期间由所述电池输出的总瓦时来计算由所述电池输出的安培小时。所述方法还可以包括记录在放电循环期间由所述电池输出的总瓦时，其中计算由所述电池输出的安培小时包括基于已记录的在放电循环期间由所述电池输出的总瓦时来计算安培小时。所述方法还可以包括为多个连续的充放电循环重复监测在放电循环期间由电池供应的电荷量、在随后的充电循环期间给所述电池再充电和监测在充电循环期间供应给所述电池的电荷的行为。依据另一实施方式，给不间断电源系统中的电池充电的方法包括在电池的放电循环期间，从电池向连接到不间断电源的负载供电；监测在放电循环期间从电池提取的电荷量；在放电循环结束时，在电池的充电循环期间，以大体上恒定的第一电平的电压给电池再充电；监测在充电循环期间供应给电池的电荷量；以及响应于供应给电池的电荷量超过在放电循环期间从电池提取的电荷量，将大体上恒定的电压降低到低于第一电平的第二电平以将电池置于备用模式。所述方法还可以包括记录与在放电循环期间从电池提取的电荷量相对应的第一数值。在一实施例中，响应于供应给电池的电荷量超过第一数值，将大体上恒定的电压降低到低于第一电平的第二电平以将电池置于备用模式。依据另一实施方式，不间断电源系统包括电池、与电池耦合并被配置成供电以给电池充电的电池充电器和与电池并与电池充电器耦合的控制器，所述控制器被配置成监测和确定在放电时由电池释放的第一电荷量、监测在随后的由电池充电器给电池充电期间由电池充电器供应给电池的第二电荷量，以及当第二电荷量超过第一电荷量时，控制电池充电器将电池置于备用模式。在一实施例中，电池充电器被配置成将大体上恒定的电流和大体上恒定的电压传送至电池。在另一实施例中，电池充电器被配置成在电池的充电期间将大体上恒定的第一电平电压输送至电池，并且当电池处于备用模式时输送低于第一电平的大体上恒定的第二电平电压。第二电平可以在例如大约12伏特至大约13.4伏特的范围中。下面详细地论述了这些示例性方面和实施方式的另外其他方面、实施方式和优势。而且，应该理解，上述信息和以下的详细描述都仅仅是各种方面和实施方式的示例性的实施例，并且意在为理解所要求的方面和实施方式的本质和特征提供概述或框架。在此公开的任何实施方式可以以与在此公开的目标、目的和需要中的至少一个相一致的任何方式与任何其他的实施方式组合，且参照“一实施方式”、“一些实施方式”、“一可选实施方式”、“各种实施方式”、“一种实施方式”或类似物不必是相互排斥的，并且意在表明所描述的与实施方式相关的具体特征、结构或特性可以包括在至少一种实施方式中。在此出现的这些措辞不必都指相同的实施方式。附图简述下面参照附图论述了至少一种实施方式的各个方面，附图不意在按比例绘制。包括附图以提供图解和对各种方面和实施方式的进一步理解，附图被并入本说明书并组成本说明书的一部分，但并非意在作为本发明的限制的限定。在附图、详细说明或任一权利要求中的技术特征被参照标记跟随的地方，包括参照标记是为了增强附图、详细说明和/或权利要求书的可理解性的唯一目的。因此，参照标记和没有参照标记都不意在对任何权利要求要素的范围具有任何限制性影响。在附图中，在多个附图中图示的每一相同的或近似相同的组件由相同的数字表示。为了清楚起见，在每一附图中并非每个组件都可以标出。在附图中图1是传统的关于电池的充电特性曲线的图示；图2是不间断电源(UPS)系统的一个实施例的原理图；图3是电池充电循环和放电循环的一个实施例的流程图；图4是一图表，其示出了在一系列充电循环和放电循环期间电池电压、电池电流和灌入电池中的累积功率的一个实施例；图5是一图表，其示出了依据本发明的各方面的在电池的放电和充电期间安培小时和瓦时之间的相关性；图6是依据本发明的各方面的给电池充电的方法的一个实施例的流程图；图7是依据本发明的各方面的给电池充电和放电的方法的一个实施例的第一部分的流程图；图8是依据本发明的各方面的给电池充电和放电的方法的一个实施例的第二部分的流程图；图9是依据本发明的各方面的给电池充电和放电的方法的一个实施例的第三部分的流程图；图10是依据本发明的各方面的给电池充电和放电的方法的一个实施例的第四部分的流程图；图11是依据本发明的各方面的给电池充电和放电的方法的一个实施例的第五部分的流程图；图12是依据本发明的各方面的电池充电特性曲线的实施例。详细描述各方面和实施方式是针对给电池充电的方法，以及利用这些方法的充电器系统。具体地，至少一些方面和实施方式是针对在不间断电源中使用的电池充电方法及装置。如以上所论述的，传统的充电特性曲线可能由于过量充电和电解质损失和/或在电极的充分脱硫已经发生之前由于充电电源的中断导致的减少的电荷容量，导致电池的过早损坏。在此公开的给电池充电的方法的各方面和各实施方式以及利用这些方法的充电器系统的各方面和各实施方式可以提供减少或消除这些不良影响。具体地，一些方面和实施方式可以帮助降低诸如一些先前已知的电池充电方法的电解质干涸或电荷不足的不良后果的严重性。如下面进一步论述的，在此公开的各方法和装置的一些方面可以帮助提供更长的电池寿命以及减少在多个充电和放电循环期间电池的电荷容量的损失。应该理解，在此论述的方法和装置的各实施方式并非将其应用局限于以下描述中提出的或在附图中图示的组件的结构及布置的细节。所述方法和装置能够在其他的实施方式中实施并能够通过多种途径实践或实现。在此提供了具体的实施的实施例仅是为了例证性目的，而不意在是限制性的。具体地，结合任何一种或多种实施方式论述的行为、原理和特征并非意在从在任何其他的实施方式中的类似的角色中排除。同样地，在此使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该被认为是限制性的。在此以单数提及的对系统和方法的实施方式或要素或行为的任何参照也可以包含具有多个这些要素的实施方式，在此以复数提及的对任一实施方式或要素或行为的任何参照也可以包含仅具有单一元素的实施方式。以单数或复数形式的参照并非意在限制目前公开的系统或方法、它们的组件、行为或要素。在此使用的“包括(including)”“包括(comprising)，，“具有(having)，，“包含(containing)，，“涉及(involving)”及其变体意味着涵盖之后所列出的项目及其等同物，以及附加的项目。对“或(or)”的参照可以理解为是包含性的，以致使用“或”描述的任何项可以表明单一的、不止一个和所有被描述的项中的任何一个。一些实施方式是针对结合不间断电源(UPS)系统一起使用的铅酸蓄电池，然而，所公开的方法和充电系统可以适用于许多电池类型中的任何一种类型，例如，密封免维护电池、镍镉电池、镍金属氢电池和锂离子电池。所公开的方法和充电系统可以适用于许多采用电池的系统中的任何一种，例如，UPS系统、汽车和消费电子设备。参照图2，其示出了依据本发明的实施方式的可以利用电池充电及放电方法的不间断电源(UPS)1201的一实施例。UPS1201包括耦合于AC电源系统的电源线1202的逆变器1200。UPS1201包括与电源线1202耦合的AC输入线，电源线1202通过转换继电器1204接收输入电压1220(和电流)。UPS1201还包括变压器1208、电池1212和逆变器继电器1218。逆变器1200包括作为整流器功能的多个二极管1210，和多个场效应晶体管(FET)1216。逆变器1200基于AC输入电源是否可以支持连接的负载在电池状态和充电器操作状态之间转换。在转换继电器1204关闭时，输入电压1220耦合通过电源线1202以向负载(未示出)供应输出电压1206。当逆变器1200处于充电器操作状态时，输入电压1220也通过变压器1208提供给逆变器1200，给电池1212充电。当输入电压1220超出容限时，转换继电器1204打开并且逆变器1200从充电器状态过渡至电池状态。UPS1201还可以包括控制器1203。使用存储于相关存储器中的数据，所述控制器执行可以导致被控数据的一条或多条指令，并且控制器监测并控制UPS1201的操作。控制器1203可以指示在本公开内容中描述的电池充电及放电方法的实施方式。在一些实施例中，控制器可能包括一个或多个处理器或其他类型的控制器。在一个实施例中，控制器是商用的通用处理器。在另一实施例中，控制器在通用处理器上执行在此公开的一部分功能，以及使用专用集成电路(ASIC)执行另一部分功能以实现特殊的操作。依据本发明的实施例可以使用许多硬件与软件的特定的组合实现在此描述的操作，且本发明并非局限于任何硬件组件和软件组件的特定的组合。UPS1201还可以包括数据储存器1205。所述数据储存器存储计算机可读及可写的UPS1201的操作需要的信息。除其他数据外，该信息可包括易通过控制器操作的数据及由控制器可执行以操作数据的指令。所述数据储存器可以是相对高性能的易失性的随机存取存储器，如动态随机存取存储器(DRAM)或静态随机存取存储器(SRAM)，或者可以是非易失性储存介质，如磁盘或闪存。在一个实施例中，所述数据储存器包括易失性的储存器和非易失性的储存器两者。UPS的用户可以通过与UPS耦合的计算机或者通过使用UPS自身的用户接口来配置并控制UPS。参照图3，其示出了给诸如UPS系统的系统提供备用电源的方法的一实施例的流程图。在步骤102中，与UPS系统相关的电池处于充电状态。维持这种充电状态直到在例如电源线给UPS供电失败的情况下或者如果需要产生比可由稳压电源输入提供给UPS的更多的电源的情况下，需要电池来给UPS供电。在步骤104中，确定是否需要备用电源。例如，这可以通过与UPS的控制模块相关的控制逻辑进行确定。在一些方面中，当需要时，可以不需要任何控制器或控制逻辑，而通过所述UPS模块自动地进行到备用电池的切换。如果需要备用电源，在步骤106中电池进入放电状态以给UPS逆变器供电。当在图3的步骤104中确定不再需要备用电源时，电池返回到步骤102中的充电状态。例如可以通过与UPS的控制模块相关的控制逻辑做出何时不再需要备用电源的确定。在一些方面中，当恢复主电源供应时，UPS模块将自动地返回至电池充电状态而无需控制器或控制逻辑。在某些情况下，对备用电源或附加电源的需求发生在不可预知的时刻。可能存在很长一段时间不需要备用电池的情况，或频繁地需要备用电池的情况。需要备用电源或附加电源的时间段也可以变化。在某些情况下，可能仅暂时地需要备用电源，而在其他情况下，可能长期的时间段需要备用电源。有时，在由诸如UPS的系统供应备用电源之间和/或期间的这种时间间隔的随机性可能在某些情况下导致电池充电/放电特性曲线类似于在图4中所图示的。图4图示了在如UPS的系统中使用的电池的的不同时间的一系列的四个充电循环和三个放电循环。在图示的实施例中，在第一充电循环中，电池经历恒定电流充电区段10，在时刻15过渡到提升电压充电区段20。在电池完成升压区段充电并进入浮充区段充电之前，出现对备用电源的需求且在时间段22电池放电。在该放电时间段22期间，跨电池的端子的电压下降且流入电池的电流变为负向，表明电池正在放电。在第一放电期间22的末端，电池进入第二恒定电流充电区段10，随后进入第二升压区段20，返回至充电。在所述充电循环过渡到浮充区段充电之前，该第二充电循环也被放电时间段22中断。在第三充电循环和第四充电循环中，电池在升压区段充电中完成预定时间段M并在时间段25处过渡到浮充区段充电。如以上论述的，由于在充电器电源供应不可靠的情况下，如在图4中所图示的，电池的充电不足或过量充电使得出现了与传统的充电方法相关联的一些问题。在图4中的线40，灌入的AH，是输送至电池的累积电荷的度量。安培小时(AH)是电荷单位。一安培小时等于3600库仑(安培秒)，是由一安培的稳定电流传送一小时的电荷。正如由灌入的安培小时(灌入的AH;线40)随时间的上升所表明的，在图4中图示的实施例中，在充电循环期间返回电池的电荷比在放电循环期间离开的电荷多。由电池的“过量充电”引进的额外能量可能被转换成可能导致电池电解质的沸腾和/或蒸发的热量和/或化学能。这可能导致性能降低并最终损坏电池。类似地，如果电池是充电不足的，由线40表明随时间下降(在图4中未示出)，电池的内电阻可能随时间增大，还如以下进一步论述的，这将导致缩短电池的使用寿命。依据在此公开的方法及装置的一些方面和实施方式，在放电循环期间流出电池的电荷或能量是被监测和记录的，并用于确定在充电循环期间应提供给电池的电荷量或能源量。在此把这种方法称作“电荷平衡”。可以不考虑充电器的类型或与充电器连接的电池的容量应用此技术。如下面进一步论述的，电荷平衡可以减少给电池过量充电或电池充电不足的问题，并缓解与此相关的负面影响。依据本公开内容的方法可能导致对使用传统的充电特性曲线观察到的备用时间上的逐步减少方面的至少部分的抑制。当与传统的充电方法论相比时，这些方法可能还帮助减少电解质损失量和对电池的损坏。如下面进一步论述的，依据在此公开的各实施方式和各方面的至少一些方法可适应于电池的充电状态并因此帮助减少由于电池的充电和放电的随机发生导致的过量充电或充电不足。以下的反应式表示了在铅酸电池的充电和放电期间发生的化学反应。在电池的充电期间，电解引起存在于沉积到电极上的I^bSO4(硫酸铅)中的SO/—(硫酸根离子)重组为H2SO4(硫酸)。这个过程被称作脱硫。在放电期间，发生了相反的反应。在电池的负极板上，存在于电解质中的溶液中的硫酸根离子与电极板上的铅相结合以形成硫酸铅并释放电子。在正极板上，在电解质中的硫酸根离子与在电极板上的二氧化铅以及来自电解质的氢离子结合的反应中得电子，以在电极板上形成硫酸铅和被释放到电解质中的水。总体的放电反应导致硫酸根离子从电解质中移除以在电池电极上形成硫酸铅。在放电期间在负极板上fb+SO广一PbS04+2e"在正极板上PbA+4H++S0广+2e-—PbS04+2H20总反应Pb02+Pb+2H2S04—2PbS04+2H20在充电期间在负极板上PbS04+2H++2f—H2S04+Pb在正极板上PbS04+2H20—Pb02+H2S04+2e>2H+总反应2PbS04+2H20—Pb02+Pb+2H2S04由许多电池制造商建议的传统的充电器特性曲线通常不能适当地给电池充电，因为这些充电器特性曲线需要长时间持续的电源供应以最佳地给电池充电。如以上论述的，不能总是预知可用于供应电源的电池的持续时间，特别是在UPS应用中。如果在被返回至充电状态之前电池没有被完全地放电，那么被灌入电池的净电荷或安培小时(AH)随着不同的充电和放电循环逐渐地增加，将导致额外的能量被灌入电池。如以上论述的，这些额外能量的一部分可以有助于电解质的沸腾或蒸发。这引起电池电解质的干涸并最终可能导致电池过早损坏。在实践中，据报道用于许多UPS应用的电源中断的平均工作循环高于使用传统的充电特性曲线充分脱硫地完全地给电池充电所需要的时间。从该领域看，据报道，当使用传统的充电特性曲线给相关的电池充电时，一些UPS系统逐渐地丧失备用时间容量。已经发现，内电阻的逐步增加是备用时间容量减少的原因。已经注意到，对于包括使用以上论述的传统的充电特性曲线的形式充电的铅酸蓄电池的一些UPS系统，在新电池安装的五个月之后，开始出现备用电源减少和电解质干涸问题。在一个实例中，可以看出，来自利用以上论述的传统的充电特性曲线的形式的UPS系统(来自APC的型号HI800SQ，包括佩特来PM1200012V-120AH电池)的可用的有益备用时间仅在五个充放电循环之后从91分钟降低到71分钟。还已经注意到，在传统的充电特性曲线中的升压区段期间，通常有电解质的损失。电解质的损失可能是由在升压区段中对电池的过量充电而引起的。在升压区段充电期间，过量的能量添加到电池上可能导致电解质沸腾。因此，电池制造商建议，一旦在升压区段中已经执行预定时间段的充电，充电器电压应该下降到仅稍微高于完全充电的电池的开路电压的电平。如以上论述的，此操作区段被称作浮充模式区段。在某些情况下，由电池制造商推荐的用于升压充电的预定的时间段可能超出给部分带电的电池完全地充电所需要的时间。因此，明显的电解质沸腾可能由于电池接收过量的电荷或保持在高电压电平过长时间而发生。从前的电池充电方法可能具有逐步地减少UPS系统中的备用时间的问题或者电解质干涸的问题，UPS系统中的备用时间逐步减少是因为因不完全充电，由在电池电极板上的硫酸铅随时间的积聚引起的电池内电阻的增加，电解液干涸是因为过量充电。各方面和各实施方式是针对电池充电的“电荷均衡”方法，如以上论述的，这可能缓解这些影响。正如从以上的反应式可以看出，铅酸电池的绝对充电电平可以由测量电池电解质中的溶液中的so42_离子的浓度来确定。这可以通过测量电解质的比重来完成。然而，电池电解质的比重的测量可能常常是不方便的。此过程经常涉及打开电池盒以获取电池电解质以及移动和分析一部分电池电解质。因此，不需要直接测量电池电解质的比重的测量电池的充电状态或给电池充电到满容量或接近满容量的方法，在某些情况下可能是可取的。来自电池的电荷输出或电荷输入的直接测量可以通过测量来自电池的安培小时(AH)输出或安培小时输入来获得。在系统不能直接地测量流入电池的或从电池流出的AH的情况下，可以使用诸如来自电池的瓦时(WH)输出或瓦时输入的可选测量来计算来自电池的电荷输出或电荷输入。如果在充电器的输入处的可用能量(WH)与充电效率相乘，则可以计算供应给电池的能量，即供应给电池的瓦时(WH)。在某些情况下或对应一些电池来说，WH可能与AH并非线性相关。因此，为了从WH的测量计算来自电池的电荷输出或电荷输入，可以用实验方法确定关于特定的电池或电池类型的WH输出或WH输入与AH输出或AH输入之间的关系。例如，图5图示了佩特来型号为PM1200012V-120AH的电池的WH和AH是如何相关的。在其中WH或AH两者都不适用于在电池的充电循环期间被测量的系统中，可以在恒定电流充电循环期间测量跨电池的端子的电压，并且此电压可以用实验方法相关于电池中的电荷量。关于以某一升压区段电压电平充电，传送至电池的电荷量可以用实验方法与以此升压区段电压电平给电池充电的时间相联。这样可以允许基于跨电池的端子的电压和充电时间确定在充电循环期间传送至电池的总电荷。参照图6，其图示了依据本发明的各方面和各实施方式的实施电荷平衡方法的电池充电/放电方法的一个实施例的流程图。在步骤202处，电池或电池组处于备用“浮充区段”充电模式，等待用作备用电源。在步骤202中，电池被供应一被称作“浮充电压”的电压。此浮充电压电平可以选择为足以抵消电池的自身放电和“电流泄漏”影响，但足够低以使电解液蒸发保持在低水平或防止电解液完全地损失的电平。在一个实例中，浮充电压电平被选择为足够高以使提供给电池的充足的电流补偿自身放电的任何电荷损失，因此减少或消除电池随时间的自身放电，但是足够低以致不能引发电解液沸腾。在一个使用AMCO型号为6UPS80F12V-80AH的铅酸电池来实施所述方法的实例中，当大约为13.4伏特的充电电压施加于电池上时，用实验方法观测到电解液开始沸腾。因此，对于这种电池类型，小于13.4伏特的浮充电压可能是适当的。类似地，可以为不同的电池品牌、型号或类型用实验方法确定可接受的浮充电压电平，例如，通过观测哪种电压电平使电解液开始沸腾。在一般不会经历电解液沸腾的电池中，例如具有固体或凝胶状电解质的电池，可以选择足以防止电池的自身放电的浮充电压电平。在步骤204，电池或电池组所关联的、系统的UPS控制器对于是否需要备用电源作出决定。所述控制器可以定期地检查是否需要备用电源，可以连续地检查，或可以由错误情况的另一子系统警告，当发生这种错误情况时需要启动备用电源。在一些方面中，不需要控制器，而需要电池或电池组所相关的系统在主要电源供应中断时或当需要比由主电源供应提供的电源更多的电源时，该系统自动切换到备用电池。如果不需要备用电源，将电池组保持在步骤202的浮充区段充电模式中。如果需要备用电源，在步骤206中，电池/电池组开始供应电源并放电。如以上论述的，在一种实施方式中，电池充电方法是基于电荷平衡方法的，电荷平衡方法涉及监测在放电期间离开电池的电荷量和在充电循环期间归还相同的电荷量(或类似的电荷量，如以下进一步论述的)。因此，在步骤206中电池组放电时，在步骤208中监测从电池或电池组输出的电荷量并选择性地记录。为了简单和清楚起见，以下的论述可能主要地涉及监测从电池输出的“电荷”和在充电循环期间归还的“电荷”。如以上论述的，可以通过测量灌入电池的或从电池提取的安培小时直接地监测电荷流动，或可以根据结合充电/放电时间的瓦时或电池电压的测量来确定电荷流动。因此，如在此使用的提到检测“电荷”时，并非局限于实际电荷的直接测量，而是意在一般地指可以用于在此公开的电荷平衡技术中的电池电荷、能量或功率的任何直接或间接的测量/计算。仍参照图6，电池继续放电直到，在步骤210中，确定不再需要备用电源。如以上论述的，关于是否需要电池电源的决定可以由相关的控制器做出，或可以是自动的。在一种实施方式中，在步骤210中可以进行附加的检查。具体地，可以检查由电池供应的电压以确定电池是否能够继续供应所需要的电源量，或电池是否已经放电到由于过量放电可能发生的电池电极的过度硫酸盐化或损坏电池的一点。依据一些实施方式，固定最小的操作停止电压以限制沉积在电极上的硫酸盐的厚度小于预定的厚度。通过控制电池可以放电的最小电压，可以防止过度的硫酸盐化，且因为电池将需要被重新充电的时间可能减少，当电池以高电压电平充电很长时间时，电解液沸腾的发生也可能减少。如果在步骤210中确定不再需要电池组或者电池组不再能够安全地提供附加的备用电源，电池组进入在步骤212中的充电循环。依据一种实施方式，在充电循环期间供应给电池组的总电荷量被监测(步骤214)并与在电池放电循环期间输出的电荷量相比较(步骤216)。基于此比较，电池可以维持在充电循环中直到与在放电循环期间移除的仅同样多的电荷已经被返回至电池。在一个实施例中，还增加额外的电荷量以补偿例如由于电阻或其他的因素损失的电荷量。因此，通过监测在充电循环期间供应给电池的电荷，补偿在放电循环期间消耗的电荷以及使电池恢复至完全充电状态所需要的电荷量在充电循环期间归还。通过使用这种电荷平衡方法，可以防止电池的充电不足或过量充电，因此减少或消除与此相关的负面影响。在一个实施例中，对于特定的充电电流，电荷平衡方法可能导致电池在充电/放电循环的升压区段中(见图1)保持最少(或近于最少)时间。在一种实施方式中，一旦返回至电池组的电荷输入等于或大于在之前的放电循环期间从电池组输出的电荷量，认为电池充电循环已完成，并且电池组被返回至在步骤202中的备用充电模式。在此论述的电池充电的电荷平衡方法的各实施方式可以提供超过传统的充电特性曲线的若干优势。例如，通过仅归还在之前的放电循环期间从电池移除的电荷(针对损失，选择性地调整)，可以防止电池的过量充电。如以上论述的，电池的过量充电能够引起电解液的干涸(由于电解液沸腾)，电解质的干涸能够引起在UPS或类似的装置中的电池逐步地提供较少的备用时间，并最终可能引起电池完全失效。在一个实施例中，可以通过限制电池在充电循环的升压区段(例如，被主动充电)中花费的时间量减少或甚至防止电解液沸腾。另外，通过监测电池的充电电平，也可以防止导致电池电极上的硫酸盐的积聚的充电不足。此外，通过防止电池以低于预定的最小电压电平放电，可以避免过度的硫酸盐化，除减少给电池重新充电所需要的时间之外，这反过来还帮助减少电池必须花费在充电/放电循环的升压区段中的时间。依据本发明的各方面和实施方式，以下的论述包括更多详细的电荷平衡电池充电方法以及相关的装置的实施例和算法。参照图7，示出了依据本发明的各方面的给电池充电和放电的方法的一个实施例的第一部分的流程图。在步骤302中，可以为电池的充电设置参照电平。以下的实施例可涉及基于安培小时(AH)监测和/或控制电池充电/放电循环的各方面。如以上论述的，增加到电池的总AH可以通过直接测量时间和流进电池的电流、通过测量施加于电池的瓦时(WH)或通过估算作为施加于电池的电压和施加该电压的时间的函数的WH来确定；以及在放电期间从电池提取的AH类似地来确定。AH是电池的充电状态的相对测量，其在充电开始通常是未知的。可以通过观测例如电池电压上升的速率和/或跨电池的端子的初始电压来近似充电状态。因此，步骤302包括基于已知的在之前的充电循环期间灌入电池的AH或者基于估算值设置参照AH。在一个实施例中，步骤302包括修改放电AH指标。如果电池从先前的充电循环返回至充电循环，这种修改可能发生。可以修改放电AH指标，例如，通过减去在先前的充电循环期间增加到电池上的AH的总量。在使用新的满充电池的情况下，放电AH指标可以设置成初始值，例如零。在电池退出放电状态之后进入充电状态的情况下，可以响应于放电时从电池输出的AH量来修改放电AH指标。如果电池已经充电，并且例如，在经过图7的步骤316、图8的步骤326，然后经过图3的步骤104及步骤102之后返回至步骤302，可以在步骤302中修改放电AH指标，例如通过使放电AH指标减少与自放电AH指标上一次修改以来输入至电池的电荷量成比例的量。在步骤304中，进行确定这是否是电池的第一充电循环。例如通过控制器可以进行该确定，控制器能够确定何时向电池相关的系统增加新的电池。如果这是电池的第一充电循环，可能不知道电池的总充电状态是怎样的。例如，电池可能是完全充电的、部分充电的或完全放电的。如果电池是完全充电的，那么给电池充电相当长的时间可能是不可取的，因为这可能导致电解液沸腾和/或电池损坏。因此，如果确定这是电池的第一充电循环，在步骤306中，升压充电定时器被设置成标称时间段，时间1。在一些实施方式中，如果确定这是电池的第一充电循环，此标称时间段时间1被设置在20分钟。同样在步骤306中，输送至电池的电流被设置在恒定电流区段电流电平以及升压充电计数器开始倒计数。可以用实验方法确定在恒定电流区段中的可利用的充电电流电平是以等于电池AH额定值的1/10的电流电平，诸如铅酸平板蓄电池的蓄电池可以以该电平充电。如果升压充电定时器不少于时间1(步骤308)，电池以恒定电流模式被充电时间段时间1。依据一些实施方式，基于来自电池制造商的输入值，升压区段电压电平被固定在对于所期望的脱硫电平合适的电平。用实验方法已证实，通过保持该电平，在若干充电/放电循环之后能够获得持续的备用时间容量。如果在步骤308中确定升压充电定时器少于时间段时间1，例如，如果电池已经被充电一些时间，跨电池端子的电压(Vbatt)与提升电压(Vboost)相比较(步骤310)。如果跨电池端子的电压大于提升电压，那么电池被认为是充电的，电池充电模式变化至浮充区段充电模式，并且所述方法返回至图3的步骤104，在该步骤中电池直到被需要之前保持在浮充区段充电模式中。如果在步骤310中确定Vbatt不大于Vboost，那么方法进行到图8的步骤320。在图8的步骤320中，电池充电控制器确定电池是否从充电模式退出。如果退出，那么在步骤3中记录在充电期间输送至电池的AH。如果本方法从图7的步骤310到达步骤320，这将一般不是这种情况，因此本方法将进行到步骤322。在步骤322中，电池充电控制器确定电池是否已经充电一等于或大于规定时间(时间2)的整数倍数的时间段。如果任何人想要精细地监测或控制电池将要充电的时间量和/或精细地监测或控制在充电循环期间输入至电池的电荷量，时间2可以被设置在低水平。在一些实施方式中，时间2被设置成一小时。如果电池已经被充电至少时间2的整数倍数，那么在步骤324中记录输送至电池的AH。然后该方法移动到图3的步骤104，如果不需要电池来提供备用电源，电池保持在充电模式中，且该方法进行到图3的步骤102，然后进行到图7的步骤302。返回到图7，在步骤314中电池已经被充电时间1之后，或如果在步骤304中确定这不是电池的第一充电循环，那么在步骤316中将跨电池的端子的电压(Vbatt)与升压区段电压(Vboost)相比较。如果Vbatt不大于或等于Vboost，那么方法进行到图9中的步骤336。在图9的步骤336中，验证Vbatt小于Vboost。如果Vbatt小于Vboost，那么方法进行到步骤338，在此步骤中检查是否已经归还了在放电期间从电池中移除的全部电荷。在一些实施方式中，如果放电AH指标等于或小于零，这是一指示在充电循环期间归还了在放电期间从电池中移除的全部电荷的指示。在其他的实施方式中，如果放电AH指标等于或大于零，这是一在充电循环期间归还了在放电期间从电池中移除的全部电荷的指示。如果在充电期间归还了在放电期间输出的全部电荷，该方法移动到步骤340，在此步骤中控制器检查电池是否处于升压充电模式。如果电池处于升压区段充电模式，定期地检查Vbatt(步骤342)。如果电池电压Vbatt不随着以电压Vboost充电的附加时间而改变，这可能是一电池被损坏或不能正确地运作的指示。因此，在步骤344中确定当以电压Vboost充电时Vbatt是否一直保持恒定的时间多于时间段时间3。在一些实施方式中，时间3被设置为一小时。如果Vbatt在一段等于或大于时间3的时间段内是恒定的，那么控制器指示电池可能是坏的。如果在步骤336、338、340或344中的条件中的任何一个不满足，该方法进行到图8的步骤320并如之前描述的那样继续。返回到图7，如果在步骤316中确定Vbatt大于或等于Vboost，该方法进行到图10的步骤328。在图10的步骤328中，设置升压充电定时器。该定时器增加了时间段时间4，对于该时间段电池的充电类型保持在升压区段充电模式中而没有因电解液沸腾或其他方面导致的重大的损坏危险。在其他的实施方式中，该定时器被设置成一时间段，如果电池被完全地放电，在该时间段足以给电池完全地充电。例如，对于一些铅酸平板蓄电池，升压充电定时器可以被设置成十小时。在步骤330中，所述系统检查以查看先前在一个放电循环或多个放电循环期间从电池输出的全部电荷是否已经归还。在一些实施方式中，可以通过检查放电AH指标是否小于或等于零而做出这种确定。如果确定已经补充全部的电池电荷，该方法进行到步骤332且电池被置于浮充区段充电模式以等候使用。如果在步骤330中，确定没有补充全部的电池电荷，该方法移动到步骤334，在该步骤中，确定电池处于升压充电模式的时间段是否大于时间4。如果电池处于升压充电模式大于时间4，那么该方法进行到步骤332且电池被置于浮充区段充电模式以等候使用。如果电池处于升压区段充电模式不大于时间4，那么该方法进行到图8的步骤320，并参照图8继续如以上描述的进行。现在参照图11，图示了依据本发明的一些实施方式的给电池放电的方法的流程图。在例如在当与电池相关的UPS模块需要来自电池的备用电源时的这种情况下可以利用该方法。在步骤402中，放电AH指标可以根据电池负载来修改，例如已从电池流出的电荷。如果放电循环刚刚开始，可能在此点处不需要修改放电AH指标。如果电池已经放电，并在例如经过图11的步骤似6并然后经过图3的步骤104及步骤106之后返回至步骤402，在此点处可以修改放电AH指标。例如，放电AH指标可以增加与自放电AH指标上一次修改以来由电池输出的电荷量成比例的量。在步骤404中，确定这是否是电池的第一放电循环。例如可以通过控制器进行该确定，控制器能够确定新的电池何时增加到该电池相关的系统。如果这是电池的第一放电循环，可能不知道电池的总充电状态是怎样的。例如，电池可能是完全充电的、部分充电的或完全放电的。如果电池仅是部分充电的，那么给电池放电相当长的时间段是不可取的，因为这可能导致过度的电极硫酸盐化和/或电池损坏。因此，如果确定这是电池的第一放电循环，在步骤408中低电池关闭电压被设置成一高电平。在放电期间可以监测跨电池端子的电压并将其与低电池关闭电压相比较。如果跨电池端子的电压下降至低电池关闭电压或以下，那么可以中止电池的放电以防止损坏电池和/或电池电极的过度硫酸盐化。在一个实施方式中，为电池经历第一放电循环设置的“安全”高电平关闭电压为11.35伏特。如果电池不经历其第一放电循环，和/或关于电池的充电状态的信息是可用的，该方法从步骤404进行到步骤406，以及低电池关闭电压可以被设置成比在步骤408中设置的更低的电平。在一些实施方式中，这种更低的低电池关闭电压可以是11.1伏特。关于不同的电池或电池类型，低电池关闭电压可以被设置成不同的电平。如果低电池关闭电压被设置成更低的电平，在升压区段充电模式中可能需要更多的时间以合意地给电池电极脱硫，与如果低电池关闭电压被设置成更高的电平相反。在设置低电池关闭电压之后，该方法进行到步骤420。在步骤420中，确定电池是否仍处于放电模式。如果电池还没有从放电模式退出，该方法进行到步骤422。在步骤422中，电池充电控制器确定电池是否已经放电了等于或大于规定时间(时间5)的整数倍数的时间段。如果任何人想要精细地监测和/或控制电池将要放电的时间量和/或精细地监测或控制在放电循环期间从电池输出的电荷量，时间5可以设置在低水平。在一些实施方式中，时间5被设置成一小时。如果电池已经放电至少时间5的整数倍数，那么在步骤424中记录从电池排出的AH。然后该方法移动到图11的步骤似6且然后移动到图3的步骤104。如果仍需要电池来提供备用电源，电池将保持在放电模式中，且该方法进行到图3的步骤104且然后进行到图11的步骤402。如果在图11的步骤420中，如果确定电池正在从放电模式退出，那么在步骤424中记录从电池排出的AH，且该方法进行到步骤似6并然后进行到图3的步骤104，在图3的步骤104中，电池根据需要可返回至充电模式或放电模式。应该理解，在图3、5和7-11的任一流程图中，未图示的附加步骤可能被包括在本发明的一些实施方式中。在其他的实施方式中，一个或多个步骤可能被移除或被取代。同样地，在一些实施方式中，步骤的顺序可以与所图示的顺序不同。本发明的另一实施方式包括电池充电器，电池充电器被构造并适用于执行在此公开的方法的至少一种实施方式。在一些实施方式中，所述电池充电器可以包含到UPS系统中。所述电池充电器包括功率输入、恒流源和恒压源。所述充电器还包括功率流量仪表和/或电流流量仪表和/或电压监测器以及电荷积分器，电荷积分器能够监测并记录流入电池的电荷和流出电池的电荷。所述电池充电器还包括控制器。在一个实施例中，控制器是商用的通用处理器。所述控制器可以包含例如以闪存或硬盘或类似于关于UPS模块的以上描述的存储器形式的存储器。在另一实施例中，所述控制器在通用处理器上执行在此公开的一部分功能，以及使用专用集成电路(ASIC)执行另一部分功能以执行特殊的操作。所述控制器可以能够将电压和时间和/或流进或流出电池的瓦时的测量值转换为安培小时，并且可以是可编程的以将转换算法调整为一个适用于可能结合充电器使用的具体的电池或电池类型的算法。这些组件对本领域技术人员来说是熟悉的，因此，并未在此详细论述。恒流源能够在充电特性曲线的恒流区段期间给电池供应恒定的或近于恒定的电流。恒流源可以是可调节的，以能够供应适用于可以结合充电器使用的不同的电池或电池类型的不同的电流。恒压源能够在充电特性曲线的恒压区段期间给电池供应恒定的或近于恒定的电压。恒压源能够供应适用于充电特性曲线的升压区段的电压和适用于电池充电特性曲线的浮充区段的电压两者。恒压源能够提供的电压可以是可调节的，以能够供应适用于可以结合充电器使用的不同的电池或电池类型的不同的电压。电池充电器可以是独立的，或者可以集成到另一系统。例如，充电器可以集成到UPS系统、汽车、航空器或消费电子设备。充电电流和充电电压的期望参数可以关于具体的电池或电池类型用实验方法确定或优化。以下的实施例可用于说明在此公开的技术的一些新颖的特征、方面和实例，并且不应该被解释为限制所附权利要求的范围。实例实例1参照图12，其图示了依据本发明的实施方式的在电池充电时记录的充电特性曲线。使用的电池为铅酸平板电池。如从图12可以看到的，电池在区段10中以恒定电流模式充电直到电池电压达到为电池选择的升压区段电压电平，在此实例中，该升压区段电压电平大约是14.2伏特。电池电压在时刻15达到此电平，刚好在以恒定电流模式充电10小时之后。应该注意，充电器不能贯穿整个恒定电流充电模式真正地给电池提供恒定电流。在恒定电流模式充电的过程中，供应的电流从刚好超过7安培下落至刚超过6安培。在区段20中的升压区段充电执行刚好超过五个小时。这是被计算用来归还在之前的放电循环期间从电池消耗的电荷量的时间量。在升压区段充电之后，在时刻25，在刚好超过十五个小时的充电时，充电模式切换到在区段30中的浮充区段充电。在此处，施加于电池的电压保持在大约13.25伏特，用实验方法确定该量以足以抵消电池自身放电的影响，但是不足以引起电解液沸腾。在浮充区段模式中施加于电池的电流为近似恒定的大约0.2安培。考虑到本公开内容的权益，本领域技术人员将理解，对于不同的电池或电池类型，不同的充电特性曲线，例如包括不同的恒定电流区段电流电平和/或不同的升压区段电压和浮充区段电压，可能比在图12中图示的那些特性曲线更加适当。对于不同参数的适当的数值可以对于不同的电池或电池类型用实验方法确定。实例2实现一试验，该试验将制造商推荐的充电特性曲线与依据本发明的实施方式的充电方法相比较。本试验使用APC型号为HI800SQ的UPS系统操作，该系统包括佩特来型号为PM1200012V-120AH电池组。可以发现，使用依据本发明的实施方式的充电方法，与制造商推荐的充电方法相对照，电池备用容量经过若干充电循环后可以大体上保持。如从以下的表1中可以看出的，使用制造商的充电方法(“旧算法”)，来自电池的可用的备用时间量在五个放电/充电循环之后从91分钟下降到71分钟。相比之下，使用依据本发明的实施方式的方法(“新算法”)，在相同数量的充电循环之后，可用的备用时间具有稍微降低的下降一下降到大约88分钟至83分钟。因而在五个放电/充电循环之后，在可用的备用容量上的下降，使用新算法下降了在使用旧算法时的大约25%，是一明显改善。表权利要求1.一种给不间断电源系统中的电池充电的方法，所述方法包括以下行为监测在放电循环期间由所述电池供应的电荷量；在随后的充电循环期间给所述电池再充电；监测在所述充电循环期间供应给所述电池的电荷；以及响应于在所述充电循环期间供应给所述电池的电荷超过在所述放电循环期间由所述电池供应的电荷量，结束所述充电循环并将所述电池置于备用模式。2.如权利要求1所述的方法，其中给所述电池再充电包括跨所述电池的端子施加具有第一数值的大体上恒定的电压。3.如权利要求2所述的方法，其中给所述电池再充电还包括在所述电池的所述放电循环期间的电流流动的相反方向上给所述电池施加大体上恒定的电流；以及当跨所述电池的端子的电压达到所述第一数值时，中止施加所述大体上恒定的电流。4.如权利要求1所述的方法，其中将所述电池置于所述备用模式包括跨所述电池的端子施加具有第二数值的大体上恒定的电压，所述第二数值小于所述第一数值。5.如权利要求4所述的方法，其中跨所述电池的端子施加具有所述第二数值的大体上恒定的电压包括施加一具有所述第二数值的电压，所述第二数值处于足以防止所述电池的自身放电且不足以引发所述电池中的电解质的蒸发的范围中。6.如权利要求4所述的方法，其中所述第二数值在大约12伏特和大约13.4伏特之间。7.如权利要求1所述的方法，还包括记录已供应的电荷值，所述已供应的电荷值与在所述放电循环期间由所述电池供应的电荷量相对应。8.如权利要求7所述的方法，响应于所述放电循环的终止，执行记录所述已供应的电荷值。9.如权利要求1所述的方法，其中监测在所述放电循环期间由所述电池供应的电荷量包括监测由所述电池输出的瓦时；以及其中所述方法还包括确定在所述放电循环期间由所述电池输出的总瓦时。10.如权利要求9所述的方法，还包括根据所确定的在所述放电循环期间由所述电池输出的总瓦时来计算由所述电池输出的安培小时。11.如权利要求10所述的方法，还包括记录在所述放电循环期间由所述电池输出的总瓦时；以及其中计算由所述电池输出的安培小时包括基于所记录的在所述放电循环期间由所述电池输出的总瓦时来计算所述安培小时。12.如权利要求1所述的方法，还包括对多个连续的充放电循环重复以下行为监测在所述放电循环期间由所述电池供应的电荷量；在所述随后的充电循环期间给所述电池再充电；以及监测在所述充电循环期间供应给所述电池的电荷。13.—种给不间断电源系统中的电池充电的方法，所述方法包括在所述电池的放电循环期间，从所述电池向连接到所述不间断电源的负载供电；监测在所述放电循环期间从所述电池提取的电荷量；在所述放电循环结束时刻，在所述电池的充电循环期间，以大体上恒定的在第一电平的电压给所述电池再充电；监测在所述充电循环期间供应给所述电池的电荷量；以及响应于供应给所述电池的电荷量超过在所述放电循环期间从所述电池提取的电荷量，将所述大体上恒定的电压降低到低于所述第一电平的第二电平以将所述电池置于备用模式。14.如权利要求13所述的方法，还包括记录与在所述放电循环期间从所述电池提取的所述电荷量相对应的第一数值；以及其中，响应于供应给所述电池的电荷量超过所述第一数值，执行将所述大体上恒定的电压降低到低于所述第一电平的第二电平以将所述电池置于备用模式。15.一种不间断电源系统，包括电池；电池充电器，其与所述电池耦合并被配置成供电以给所述电池充电；以及控制器，其与所述电池并与所述电池充电器耦合，所述控制器被配置成监测和确定在放电时由所述电池释放的第一电荷量、监测在随后的由所述电池充电器给所述电池充电期间由所述电池充电器供应给所述电池的第二电荷量，以及当所述第二电荷量超过所述第一电荷量时，控制所述电池充电器以将所述电池置于备用模式。16.如权利要求15所述的不间断电源系统，其中所述电池充电器被配置成将大体上恒定的电流和大体上恒定的电压输送至所述电池。17.如权利要求16所述的不间断电源系统，其中所述电池充电器被配置成在所述电池的充电期间将大体上恒定的第一电平电压输送至所述电池，并且当所述电池处于所述备用模式时输送低于所述第一电平的大体上恒定的第二电平电压。18.如权利要求17所述的不间断电源系统，其中所述第二电平在大约12伏特至13.4伏特的范围中。全文摘要公开了利用电荷平衡方法给电池充电的方法，以及使用这些方法的充电器系统。在一个实施例中，一种给电池充电的方法包括监测在放电状态时由电池释放的电荷量，记录在放电状态时释放的电荷量，在第一电平处向电池施加导致反方向上的电流的电压一段时间足以产生与所记录的在放电状态时由电池释放的电荷量大体上相等的电荷量，以及通过在第二电平处向电池施加导致反方向上的电流的电压来使电池维持在备用模式，第二电平处于足以防止电池的自身放电且不足以引起电池中电解质的蒸发的范围中。文档编号H02J7/04GK102474123SQ201080030888公开日2012年5月23日申请日期2010年7月8日优先权日2009年7月10日发明者拉马克里希南·曼德努尔·克里什楠,斯瑞亚库玛尔·斯瑞坎坦·奈尔,梅林德·迪拉斯克,纳拉亚纳·普拉卡什·萨利格拉姆申请人:美国能量变换公司