用于对电池进行充电的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于对具有预定充电结束电压的电池特别是铅酸电池进行充电的方法和装置。
【背景技术】
[0002]原则上，这里所关注的发明适合于对各种各样的可充电的一次电池和二次电池进行充电，例如铅酸电池、锂电池、镍金属氢化物(NiMH)电池以及更多的电池。然而，在铅酸电池的情况下，例如用于电动车辆的电池，由于这种电池的内部电阻对电荷状态的高度依赖，因此根据本发明的充电过程和根据本发明的充电装置是特别有利的。
[0003]在电动操作的车辆或运输工具的情况下，诸如例如经常在轮班工作中使用的所谓的工业车辆(堆垛机、举高作业车等)，必须在操作或轮班时间之间对电池进行例行充电。通常，不管电池的电荷状态如何都对电池进行充电。由于在电池的电池单元中发生的化学过程，电池特别是铅酸电池的内部电阻在任何情况下都表现出对电荷状态的强烈依赖。特别是，当电池中存在较少的电荷时，内部电阻较高，当具有中间电荷状态时，内部电阻处于最小，并且然后根据电荷状态再次上升。另外，电池的内部电阻还严重依赖于电池的操作温度以及年龄。
[0004]常规的电池充电过程都没有考虑到在各种情况下的电池的电荷状态以及当前的内部电阻，这就是电池没有最佳的逐渐充电并且结果使得电池的使用寿命降低的原因。经常使用恒定的充电电流对电池进行充电。例如，EP 2 244 329 Al描述了一种利用不间断电源对电池进行充电的充电过程，其中针对电池的年龄，在温度变化期间中以对应的动态方式调节充电参数。
[0005]在以恒定的充电电流进行充电期间，当电池放电时，电池的内部电阻开始较高，这就是为什么电池加热更大的原因，结果导致电池老化。
[0006]当在充电过程期间考虑到电池的当前充电电压时能够实现改善。例如，WO96/16460 Al或DE 10 2009 051 731 Al描述了这种类型的电池充电过程和装置。
[0007]具体地说，当对工业车辆的电池进行充电时，通常可有限定的充电时间用来在不同的轮班模式中在各个工作轮换之间对电池进行充电。然而，因为既没有考虑到电池的当前电荷状态，也没有考虑到老化，电池通常都会被过过加热，从而导致老化增加(阿雷尼厄斯定律(Arrhenius Law))。因此，并没有最佳地利用电池中的化学反应。
【发明内容】
[0008]因此，通过本发明解决的问题是创造出一种对电池特别是铅酸电池进行充电的方法和装置，通过所述方法和装置，增加了充电效率并因此增加了性能，并且能够延长电池的使用寿命。具体地说，通过足够的充电时间应该方便对电池进行最佳的充电。应该消除或至少减少已知充电系统的缺点。
[0009]根据本发明，根据以上参照的用于对电池进行充电的方法解决所述问题，其中在充电过程之前确定所述电池的电荷状态，并且在所述充电过程期间向所述电池施加充电电流或充电电压，以如下方式控制该充电电流或充电电压，即:在根据所述电池的电荷状态的充电开始电压和所述充电结束电压之间在预定充电时间上增加所述充电电压。因此，在实际充电过程之前确定所述电池的当前电荷状态，并且然后使所述充电电流或充电电压适合于所述电池的该电荷状态以及预设或预定充电时间。不是利用恒定的充电电流对所述电池进行充电而不管所述电池的电荷状态如何，根据本发明的方法考虑到了所述电池的实际电荷状态以及可能的充电时间，并且相应地使充电与这两个参数相适合。因为通过对所述充电电流或所述充电电压的相应控制进行在所述充电时间期间在所述电池的充电开始电压和充电结束电压之间所述充电电压的增加，间接地考虑到了所述电池的内部电阻。因而，逐渐地对电池进行充电，从而可以最佳地使用可用充电时间。因而，电池变热程度最小，因此老化程度也最小，这就是为什么能够增加电池使用寿命的原因。根据本发明的方法意味着能够实现在5%和15%之间的范围内的充电效率的增加。所述方法能够相对容易地实现。具体地说，通过简单的软件更新能够相应地基本转换具有用于控制充电过程和相应的控制精度的集成微处理器的现代电池充电器。在最简单的情况下，所述充电开始电压可以相当于电池的开路电压或者一旦电池进行充电过程之前的过程(例如去极化过程)电池所展现的电压。
[0010]有利的是，以如下方式控制所述充电电流或所述充电电压，即在所述充电开始电压和所述充电结束电压之间在所述充电时间期间线性地增加所述充电电压。这使得能够容易地实现所述充电过程，这是因为在所述预定充电时间期间在所述充电开始电压和所述充电结束电压之间产生了充电电压的斜坡。例如，如果所述电池在开始时不再充电并且因此表现出了相对较高的电压，则降低电压斜坡的梯度，然而基本利用完全充电时间。因为电压斜坡是通过所述充电电流或所述充电电压的相应控制实现的，因此在这种情况下也对电池的内部电阻进行自动调节。从所述充电电压的线性曲线图的偏离可以有利地用于一些应用，并且可能使得它们进一步增加效率。所述控制还可以设置成使得将电压斜坡分成具有不同梯度的多个部分斜坡，以便例如抵消在电池的最小内部电阻阶段的过高充电电流的出现。
[0011]如果以如下方式控制所述充电电流或所述充电电压，即在所述充电时间期间连续地增加所述充电电压，则实际上不需要进行所述电池的内部电阻的测量，仅仅需要通过所述充电电流或所述充电电压的对应控制在所述充电时间期间产生电压斜坡。在所述充电时间上所述充电电压的增加通常是恒定的，但是也可以以离散步骤进行。
[0012]不是连续地增加所述充电电压，而是还可以在所述充电时间期间递增地增加所述充电电流或所述充电电压，其中通过电流脉冲和电压脉冲来测量所述电池的内部电阻，并且针对所测量的内部电阻相应地调节所述充电电流或所述充电电压。通过这种不连续的充电过程，甚至可以更好地考虑所述电池的实际状态，并且可以以最佳效率进行充电。原则上，所述充电过程既可以通过所施加的电流脉冲又可以通过所施加的电压脉冲来进行，其中在根据所述电池的电荷状态的充电开始电压和所述充电结束电压之间在预定充电时间期间增加所得到的充电电压。在脉冲间隔期间测量所述电池的内部电阻。当施加电流脉冲时，这可以通过电压响应的测量来进行，当电流值被减小到预定值或零时得到该电压响应。
[0013]根据本发明的特征，当在所述充电时间期间实现所述充电电压所需的充电电流高于最大可能充电电流时，则显示消息。如果所述充电电流不足以用于所述预定充电时间，则不可能在该充电时间内将所述电池完全充电。所述消息使得用户知道这一点，从而用户能够相应地例如增加所述充电时间。
[0014]在这种情况下，有利的是，显示用于所述充电时间的对应的下阈值，在该下阈值内，能够以所述最大可能充电电流对所述电池进行充电，直到达到所述充电结束电压。通过显示所述下充电时间阈值，用户知道能够以完全充电状态使电池再次可用的最少时间。例如，在轮换操作中的电池的常规使用期间、在工业车辆中的使用期间这是特别相关的。
[0015]在最简单的情况下，可以通过测量