一種分段式恒流恒壓充電方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分段式恒流恒壓充電方法，步驟包括：根據(jù)電池的最佳充電曲線，確定初始階段充電電流I0，ΔI；實(shí)時(shí)采集蓄電池的實(shí)際充電電流Id，充電電壓Ud；根據(jù)檢測(cè)的實(shí)際充電電流Id，判斷Id的范圍；輸出當(dāng)前分段恒流充電階段的充電電流It；判斷當(dāng)前充電電壓Ud，充電電流Id的大??；當(dāng)前充電電壓Ud等于充電上限電壓U設(shè)，且當(dāng)前充電電流Id等于最小充電電流Imin時(shí)，充電過(guò)程結(jié)束。本發(fā)明主要根據(jù)最佳充電曲線迫使充電電流呈分段式指數(shù)下降，達(dá)到縮短充電時(shí)間，減少蓄電池失水和析氣量，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命的目的。
【專利說(shuō)明】一種分段式恒流恒壓充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電動(dòng)汽車充電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種分段式恒流恒壓充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鉛酸電池因其成本低和技術(shù)成熟成為二十一世紀(jì)最有發(fā)展前途和應(yīng)用前景的新型綠色能源。但在充電過(guò)程中的充電電流大小以及充電方法等對(duì)蓄電池的使用壽命產(chǎn)生顯著影響，尤其充電過(guò)程中電池失水嚴(yán)重和析氣量增加是導(dǎo)致電池報(bào)廢的主要原因。在蓄電池充電過(guò)程中，為了保持相等而微量析氣量，最佳充電電流是一條指數(shù)曲線。在曲線之上，會(huì)導(dǎo)致電池失水和增加析氣量；在曲線之下，會(huì)延長(zhǎng)蓄電池充電時(shí)間。因此，需要進(jìn)一步研究更高效的充電方法，縮短充電時(shí)間，減少蓄電池失水和析氣量，延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命。
[0003]為了減少蓄電池的失水率和析氣量，專利申請(qǐng)?zhí)枮?01110122004.3的中國(guó)發(fā)明專利提供了 “一種蓄電池充電方法”。該發(fā)明專利主要根據(jù)測(cè)量蓄電池溫度計(jì)算限制電壓，判斷是否進(jìn)入限制電壓充電階段，進(jìn)入限制電壓充電階段，再根據(jù)積時(shí)功率和積時(shí)電流迫使充電限制電壓呈梯度下降，迫使充電電流下降，一定程度上降低電池失水，控制電池充電熱失控現(xiàn)象的發(fā)生。但該發(fā)明專利所記載的方法存在以下弊端:1.該方法在恒流充電階段，沒(méi)有考慮恒流充電后期充電電流過(guò)大導(dǎo)致電池失水率增加，蓄電池壽命降低；2.該方法主要為了在一定程度上降低充電過(guò)程中蓄電池的失水率，沒(méi)有考慮電池充電時(shí)間，所以迫使充電后期電流下降，會(huì)延長(zhǎng)充電時(shí)間。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種保證蓄電池充電充足的條件下縮短充電時(shí)間、減少蓄電池充電過(guò)程中的失水率和析氣量及延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命的一種分段式恒流恒壓充電方法，。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種分段式恒流恒壓充電方法，包括以下步驟:
[0005]步驟201、充電系統(tǒng)控制器根據(jù)實(shí)際選定的電池的最佳充電曲線確定初始階段充電電流Itl,充電上限電壓Us對(duì)應(yīng)的充電電流Is，將充電電流由Itl至Is設(shè)定為分段恒流充電階段，并將Itl至Iia采用二分法均分，對(duì)均分的充電階段內(nèi)充電電池的失水析氣量L進(jìn)行測(cè)量并比較，當(dāng)均分成n段時(shí)充電電池的失水析氣量L小于或者等于閾值時(shí)，即得到電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)A I= (Itl-1s)Ai,其中^為t=0時(shí)刻最佳充電曲線的起始充電電流；
[0006]步驟202、充電系統(tǒng)的檢測(cè)單元實(shí)時(shí)采集蓄電池的實(shí)際充電電流Id、充電電壓Ud ；
[0007]步驟203、根據(jù)步驟202中檢測(cè)的實(shí)際充電電流Id，當(dāng)IdMcTn A I或者WOi+l)Al時(shí)，判斷充電系統(tǒng)受到干擾，充電電流異常，則返回跳轉(zhuǎn)至步驟202，重新檢測(cè)充電電流Id;當(dāng)Id的范圍為VOi+l) Al≤IdS VnAI時(shí)，充電電流正常，其中n為電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)遞增序號(hào)，初始n=l，執(zhí)行下一步；
[0008]步驟204:輸出當(dāng)前分段恒流階段的充電電流It，充電電流It=It-nA I ；
[0009]步驟205:判斷當(dāng)前充電電流Id的范圍，當(dāng)實(shí)際充電電流Id大于最小充電電流Imin時(shí)，返回步驟202繼續(xù)檢測(cè)當(dāng)前充電電壓Ud和當(dāng)前充電電流Id，其中U s為時(shí)間為h、恒壓充電階段的第一個(gè)充電電壓，即為充電上限電壓；
[0010]步驟206:當(dāng)前充電電壓Ud等于充電上限電壓Ujit,且當(dāng)前充電電流Id等于最小充電電流Iniin,充電過(guò)程結(jié)束。
[0011]進(jìn)一步的，步驟201中的分段恒流充電階段的電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)A I采用二分法。
[0012]進(jìn)一步的，步驟203中，Id的范圍劃分為I。~Ic1-AIUc1-AI~V2A1、……I設(shè)+ Al~Is，其中“是t=h時(shí)恒壓充電階段的初始充電電流。
[0013]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下:
[0014]在蓄電池循環(huán)壽命的初期，電池在恒流充電階段，電池的充電電流根據(jù)最佳充電曲線呈分段式指數(shù)下降，在恒流充電階段的初始充電電流和后期充電電流更接近電池的最佳充電電流。而且，本發(fā)明的充電方法，根據(jù)充電電流的劃分迫使充電電流呈梯度下降，以達(dá)到縮短充電時(shí)間，減少蓄電池失水和析氣量，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命的目的。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明分段式恒流恒壓充電曲線；
[0016]圖2是蓄電池最佳充電曲線示意圖；
[0017]圖3是本發(fā)明分段式恒流方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】`
[0018]下面結(jié)合附圖給出一個(gè)非限定性的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述。
[0019]在Jos印hA.Mas提出馬斯定律以前，充電技術(shù)的研究主要依據(jù)1940國(guó)際公認(rèn)的經(jīng)驗(yàn)法則設(shè)計(jì)的，其中最著名的就是“安培小時(shí)定律:即充電電流的安培數(shù)不應(yīng)超過(guò)蓄電池待充的安時(shí)數(shù)。但實(shí)際上，限制蓄電池充電時(shí)間的是充電過(guò)程中產(chǎn)生的熱量及析氣量。因此，在20世紀(jì)60年代中期，JosephA.Mas在以蓄電池充電過(guò)程的析氣量為控制目標(biāo)，提出著名的充電三定律，并以大量的實(shí)驗(yàn)證明:如果蓄電池在充電過(guò)程中保持相等而又微量的析氣量，那么這個(gè)充電電流是一條指數(shù)曲線。參見(jiàn)圖2最佳充電曲線
[0020]充電過(guò)程中充電電流i為:
[0021]i = 10eat(2.1)
[0022]式(2.1)中，I。一起始最大電流值，a —接受:率。
[0023]充電過(guò)程中，充電電流在所示的電流之上時(shí)，多余的充電電流并不增加蓄電池電量，而是電解水，導(dǎo)致電池失水及增加析氣量；充電電流在圖2所示的電流之下時(shí)，則會(huì)增加蓄電池充電時(shí)間。
[0024]優(yōu)選的，參見(jiàn)圖1-圖3所示，本實(shí)施例中分段式恒流恒壓充電方法包括以下步驟:步驟201中，根據(jù)實(shí)際選定的電池，選擇最佳充電曲線100，系統(tǒng)初始化，充電系統(tǒng)控制器根據(jù)最佳充電曲線確定第一階段充電電流It=Itl, Al。其中I。為t=0時(shí)刻的最佳充電曲線的起始充電電流，Al為分段恒流充電階段的電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)；
[0025]步驟202:充電系統(tǒng)的檢測(cè)單元實(shí)時(shí)采集蓄電池的實(shí)際充電電流Id，充電電壓Ud ；
[0026]步驟203:根據(jù)步驟202中檢測(cè)的實(shí)際充電電流Id，判斷Id的范圍為Itl-(n+1)Al ^ Id^ Itl-1iAI時(shí)，充電電流正常，且隨時(shí)間遞增，電流減小，其中n為電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)遞增參數(shù)，初始n=l。在實(shí)施例中，充電電流Id的范圍劃分為ItlNltl-AK Itl-AI~10-2AI,……IS + AI~Is，其中^是七=^恒壓充電階段的初始充電電流，以方便判斷充電電流Id所在的范圍。當(dāng)檢測(cè)到充電電流不在下一電流段的范圍，判斷系統(tǒng)受到干擾，充電電流異常，返回重新檢測(cè)充電電流Id，執(zhí)行步驟202 ；
[0027]步驟204:輸出當(dāng)前分段恒流階段的充電電流It，并且電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)遞增參數(shù)相應(yīng)加I。在實(shí)施例中，當(dāng)前分段恒流階段的充電電流為當(dāng)前電流范圍的上限，如IciItl-AI范圍時(shí)，It的值為10 ;
[0028]步驟205:判斷當(dāng)前充電電壓Ud，實(shí)際充電電流Id的范圍，當(dāng)前充電電壓Ud大于設(shè)定的充電電壓Us，或?qū)嶋H充電電流Id大于最小的充電電流Imin，其中Us是恒壓充電階段的充電電壓，返回步驟202繼續(xù)檢測(cè)當(dāng)前充電電壓Ud和充電電流Id ；
[0029]步驟206:當(dāng)前充電電壓Ud等于設(shè)定的充電電壓Us，且實(shí)際的充電電流Id等于最小的充電電流Iniin，充電過(guò)程結(jié)束。
[0030]本發(fā)明具體實(shí)施例△ I的確定過(guò)程類似二分法，每個(gè)恒流階段的的充電電流根據(jù)當(dāng)前電池對(duì)電流的接受率而定。首先二分IcJIj ，觀察整個(gè)分段恒流充電階段蓄電池的失水和析氣量，然后再四分每段，采用氣體傳感器及液位傳感器對(duì)蓄電池的失水和析氣量進(jìn)行測(cè)量。直到劃分2"段，充電過(guò)程出現(xiàn)不穩(wěn)定，然后在211-1與2"重復(fù)使用此方法，最終確定分段臨界點(diǎn)N。最后根據(jù)充電系統(tǒng)控制器的處理速度與蓄電池要求的析氣量(即接近最佳充電曲線)，以及電池充電過(guò)程的溫度變化，在2-N確定每個(gè)恒流階段充電電流的大小和時(shí)間，從而確定分段恒流充電階段的電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)Al。
[0031]本發(fā)明具體實(shí)施例中的選取的最佳充電曲線，據(jù)選取的蓄電池不同而有所差異，主要根據(jù)充電三定律來(lái)確定。本發(fā)明和普通的恒流恒壓充電方式相比，在恒流充電階段根據(jù)最佳充電曲線，采用分段恒流充電。在蓄電池循環(huán)壽命的初期，電池在恒流充電階段，電池的充電電流根據(jù)最佳充電曲線呈分`段式指數(shù)`下降，在恒流充電階段的初始充電電流和后期充電電流更接近電池的最佳充電電流。而且，本發(fā)明的充電方法，根據(jù)充電電流的劃分迫使充電電流呈梯度下降，以達(dá)到縮短充電時(shí)間，減少蓄電池失水和析氣量，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命的目的。
[0032]以上這些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種分段式恒流恒壓充電方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟201、充電系統(tǒng)控制器根據(jù)實(shí)際選定的電池的最佳充電曲線確定初始階段充電電流Itl,充電上限電壓Us對(duì)應(yīng)的充電電流，將充電電流由Itl至I ^設(shè)定為分段恒流充電階段，并將Itl至Iia采用二分法均分，對(duì)均分的充電階段內(nèi)充電電池的失水析氣量L進(jìn)行測(cè)量并比較，當(dāng)均分成n段時(shí)充電電池的失水析氣量L小于或者等于閾值時(shí)，即得到電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)A I= (Itl-1s)Ai,其中Itl為t=0時(shí)刻最佳充電曲線的起始充電電流； 步驟202、充電系統(tǒng)的檢測(cè)單元實(shí)時(shí)采集蓄電池的實(shí)際充電電流Id、充電電壓Ud ； 步驟203、根據(jù)步驟202中檢測(cè)的實(shí)際充電電流Id,當(dāng)Id>10_n A I或者Id〈10-(n+l) A I時(shí)，判斷充電系統(tǒng)受到干擾，充電電流異常，則返回跳轉(zhuǎn)至步驟202，重新檢測(cè)充電電流Id;當(dāng)Id的范圍為I0-(n+1) ΔI≤Id≤ Id-nΔI時(shí)，充電電流正常，其中n為電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)遞增序號(hào)，初始n=l,執(zhí)行下一步； 步驟204:輸出當(dāng)前分段恒流階段的充電電流It，充電電流It=It-nAI ； 步驟205:判斷當(dāng)前充電電流Id的范圍，當(dāng)實(shí)際充電電流Id大于最小充電電流Imin時(shí)，返回步驟202繼續(xù)檢測(cè)當(dāng)前充電電壓Ud和當(dāng)前充電電流Id，其中Us為時(shí)間為h、恒壓充電階段的第一個(gè)充電電壓，即為充電上限電壓； 步驟206:當(dāng)前充電電壓Ud等于充電上限電壓Us，且當(dāng)前充電電流Id等于最小充電電流Imin，充電過(guò)程結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式恒流恒壓充電方法，其特征在于:步驟201中的分段恒流充電階段的電流增長(zhǎng)步長(zhǎng)△ I采用二分法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段式恒流恒壓充電方法，其特征在于:步驟203中，Id的范圍劃分為I。~IQ-A1、IQ-AI~Iq-2A1、……I設(shè)+ Al~I設(shè)，其中I設(shè)是t=ti時(shí)恒壓充電階段的初始充電電流。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK103490111SQ201310340673
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月6日
【發(fā)明者】黃智宇, 蒲小華, 馮輝宗, 徐正龍, 陳波, 芮子喬 申請(qǐng)人:重慶郵電大學(xué)