專利名稱：吸附式玻璃纖維板(agm)電池恢復(fù)與容量測試器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種吸附式玻璃纖維板(AGM)電池恢復(fù)和容量測試的系統(tǒng)與方法，特別是涉及一種AGM電池容量恢復(fù)和負(fù)載測試以確定以安培-小時(shí)(ampere-hours)為單位的電池容量的系統(tǒng)與方法。2.相關(guān)技術(shù)討論閥控式鉛酸(VRLA)蓄電池是一種低維護(hù)費(fèi)用的鉛-酸電池。VRLA蓄電池也被稱之為重組體電池，通常進(jìn)一步分類成吸附式玻璃纖維板(AGM)電池和膠體(gel)電池。另外，由于VRLA蓄電池比普通鉛-酸電池使用少得多的電解質(zhì)(電池酸)，偶爾也被稱為一種使酸缺乏的設(shè)計(jì)。VRLA蓄電池可以被裝配在任何位置，并被設(shè)計(jì)為重組體的方式以避免在過充電過程中釋放氣體，因此降低了空間通風(fēng)需求。此外，在VRLA蓄電池正常工作過程中幾乎沒有或沒有酸煙釋放出來。如果VRLA蓄電池發(fā)生損壞，能夠被釋放的自由電解質(zhì)的量是相當(dāng)小的。最終結(jié)果是，檢查電解質(zhì)水平或添加因電解而失去的水是不需要或者不可能的。因此， VRLA蓄電池更加安全，更加多功能，環(huán)保，并且，按需工作要求更低廉的維護(hù)費(fèi)用。吸附式玻璃纖維板(AGM)電池屬于VRLA蓄電池的一種分支，在其中電解質(zhì)被吸收到超細(xì)玻璃纖維隔板上。與標(biāo)準(zhǔn)的鉛-酸電池相比，AGM電池能夠提供更強(qiáng)的電流，使用更長的時(shí)間，這使得它們在包括車輛應(yīng)用在內(nèi)的廣泛用途中是很有吸引力的選擇。AGM電池中的極板可以是平的，例如在矩形容器中的AGM電池里，或者還可以是薄的和卷繞式的，例如在圓柱體形的AGM電池中。通常，通過各種電池測試設(shè)備來測量電池荷電狀態(tài)(state of charge, S0C)以確定電池健康狀況。典型地，SOC不可能被直接確定，因此，使用包括化學(xué)、電壓、電流積分和壓力方法在內(nèi)的各種方法間接測量S0C。然而，檢測SOC不能給出電池健康狀態(tài)的精確測量值。測試容量的典型方法是使用恒定電流吸收器。但是，恒定電流吸收器昂貴且需要設(shè)置和手工計(jì)算。另外，在使用大量電流時(shí)，即使在短時(shí)間內(nèi)，AGM電池會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的熱量，導(dǎo)致在電池測試中電位出現(xiàn)錯(cuò)誤。因此，必須使用長時(shí)間的小電流來測試AGM電池以確保測試結(jié)果的精確。另夕卜，當(dāng)AGM電池一段時(shí)間內(nèi)，例如幾天內(nèi)，處于放電的狀態(tài)，AGM電池可能損失容量。因此，本領(lǐng)域中需要一種不昂貴的測試來測量安培-小時(shí)以確定電池健康狀況， 本領(lǐng)域中也需要對一段時(shí)間，例如幾天內(nèi)處于放電狀態(tài)的AGM電池進(jìn)行恢復(fù)過程，以恢復(fù) AGM電池容量。此外，由于AGM電池負(fù)載測試的時(shí)長是必要的，AGM電池恢復(fù)容量的時(shí)長是必要的，本領(lǐng)域中需要一種自動(dòng)測試的解決方法。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，一種用于電池恢復(fù)和容量測試的系統(tǒng)被公開。該系統(tǒng)包括用于為電池充電的電池充電器，負(fù)載測試電阻器和控制繼電器。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括電子控制器，該電子控制器與電池、負(fù)載測試電阻器和控制繼電器相連，并進(jìn)一步與電池充電器通信，該電子控制器控制電池充電器從而允許電池被充電和允許電池被進(jìn)行負(fù)載測試。電子控制器在負(fù)載測試結(jié)束時(shí)以安培-小時(shí)計(jì)算電池容量。本發(fā)明提供以下技術(shù)方案技術(shù)方案1 一種用于電池容量測試的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括為電池充電的電池充電器；負(fù)載測試電阻器；控制繼電器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和電池充電器；和電子控制器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和控制繼電器，并進(jìn)一步與電池充電器通信，所述電子控制器控制電池充電器以允許電池被充電，其中，電子控制器允許電池被進(jìn)行負(fù)載測試并且在負(fù)載測試結(jié)束時(shí)以安培一小時(shí)計(jì)算電池容量。技術(shù)方案2 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括與電池第一接線端子相接的第一導(dǎo)線、與電池第二接線端子相接的第二導(dǎo)線、和也與電池第二接線端子相接的第三導(dǎo)線，其中，第一導(dǎo)線將電池與控制繼電器相連接，第二導(dǎo)線將電池與電子控制器和負(fù)載測試電阻器相連接，第三導(dǎo)線將電池與電池充電器相連。技術(shù)方案3 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，電池是AGM 電池。技術(shù)方案4 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電壓選擇開關(guān)，使得在負(fù)載測試結(jié)束的終止條件是任何期望的電壓。技術(shù)方案5 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電流選擇裝置，以便允許在不同電流下測試電池。技術(shù)方案6 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中，電池被充電至大約100%的荷電狀態(tài)。技術(shù)方案7 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中負(fù)載被應(yīng)用于電池以去除任何表面電荷。技術(shù)方案8 根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其中使用具有選定的歐姆電阻的負(fù)載測試電阻器對電池進(jìn)行負(fù)載測試，直到達(dá)到選定的端點(diǎn)電壓。技術(shù)方案9 一種用于電池容量測試的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括為電池充電的電池充電器； 負(fù)載測試電阻器；控制繼電器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和電池充電器，電子控制器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和控制繼電器，并進(jìn)一步與電池充電器相連，所述電子控制器控制電池充電器以使電池充電到大約100%荷電狀態(tài)，并且控制應(yīng)用于電池的負(fù)載以便去除任何表面電荷，并且，確定電池開路電壓從而如果電池電壓被確定為處于可接受的水平，才允許使用負(fù)載測試電阻器對電池進(jìn)行負(fù)載測試直到達(dá)到所選定的端點(diǎn)電壓，其中，在負(fù)載測試結(jié)束時(shí)通過確定電流衰減曲線下的面積以安培一小時(shí)計(jì)算電池容量，該電流衰減曲線通過在負(fù)載測試過程中周期性地測量電壓得到，和顯示裝置，顯示測試之前、測試過程中和測試之后的電池的荷電狀態(tài)與條件，并進(jìn)一步顯示測試進(jìn)程。技術(shù)方案10 根據(jù)技術(shù)方案 9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括連接電池第一接線端子的第一導(dǎo)線、連接電池第二接線端子的第二導(dǎo)線、和也連接電池第二接線端子的第三導(dǎo)線，其中第一導(dǎo)線將電池與控制繼電器相連， 第二導(dǎo)線將電池與電子控制器和負(fù)載測試電阻器相連，第三導(dǎo)線將電池與電池充電器相連。技術(shù)方案11 根據(jù)技術(shù)方案9所述的系統(tǒng)，其中，確定電流衰減曲線下的面積包括近似電流衰減曲線下的面積。技術(shù)方案12 根據(jù)技術(shù)方案11所述的系統(tǒng)，其中，使用5階多項(xiàng)式方程近似電流衰減曲線下的面積。技術(shù)方案13 根據(jù)技術(shù)方案9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電壓選擇開關(guān)以使測試結(jié)束條件能夠是任何所期望的電壓。技術(shù)方案14 根據(jù)技術(shù)方案 9所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電流選擇裝置以允許在不同電流下測試電池。技術(shù)方案15 根據(jù)技術(shù)方案9所述的系統(tǒng)，其中電池是AGM電池。技術(shù)方案16 —種用于增加放電電池的容量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括為電池充電的電池充電器，所述電池充電器包括恒流電源；負(fù)載測試電阻器；控制繼電器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和電池充電器；和電子控制器，聯(lián)接于電池和電池充電器，其中，控制器測量電池開路電壓，將電池開路電壓存儲(chǔ)于控制器的存儲(chǔ)器中，并且，其中，電池充電器使用恒流電源在恒定電流下為電池充電，之后，電池在開路狀態(tài)下放置了期望的一段時(shí)間后，電池被放電，其中在放電過程中消耗的時(shí)間被控制器測量并被存儲(chǔ)在控制器的存儲(chǔ)器中。技術(shù)方案17 根據(jù)技術(shù)方案16所述的系統(tǒng)，其中，用于為電池充電的恒定電流為大約2安培持續(xù)大約M小時(shí)。技術(shù)方案18 根據(jù)技術(shù)方案16所述的系統(tǒng)，其中，控制器為電池充電和放電數(shù)次以使電池達(dá)到或者接近全容量。技術(shù)方案19 根據(jù)技術(shù)方案18所述的系統(tǒng)，其中，控制器記錄每次電池被放電時(shí)用于使電池放電所需的時(shí)間量，并且通過比較放電時(shí)間來確定電池是否應(yīng)該破丟棄。技術(shù)方案20 根據(jù)技術(shù)方案 16所述的系統(tǒng)，其中電池被放電到約9. 0至10. 0伏特。結(jié)合附圖，從以下描述和所附權(quán)利要求中，本發(fā)明的附加特征將會(huì)變得明顯。


附圖1是AGM電池恢復(fù)和容量測試系統(tǒng)的示意性方框圖；附圖2是AGM電池的一個(gè)典型的電流衰減曲線；附圖3是AGM電池的一個(gè)典型的電流衰減曲線的多項(xiàng)式近似。
具體實(shí)施例方式以下有關(guān)AGM電池恢復(fù)和容量測試系統(tǒng)的系統(tǒng)和方法的發(fā)明的具體實(shí)施方式
的討論實(shí)質(zhì)上只是示范性的，本發(fā)明及其應(yīng)用或使用決不受到限制。附圖1是包括AGM電池12的AGM電池恢復(fù)和容量測試系統(tǒng)10的示意性方框圖。 AGM電池12通過正極導(dǎo)線16與控制繼電器14相連。AGM電池12也通過第一負(fù)極導(dǎo)線20 與電池充電器18相連，并且也通過第二負(fù)極導(dǎo)線M與電子控制器22和控制繼電器14相連。負(fù)載測試電阻器沈與第二導(dǎo)線M相連，可選電阻觀也可以和第二導(dǎo)線M相連。電子控制器22控制電池充電器18，也與顯示裝置或者計(jì)算機(jī)30通信。利用系統(tǒng)10來自動(dòng)測試AGM電池12容量的方法在下面詳細(xì)討論。首先，電池充電器18將AGM電池12充電到100%荷電狀態(tài)(SOC)。一旦電池SOC 達(dá)到100%，電池充電器18停止為電池12充電。之后，允許電池12擱置大約6個(gè)小時(shí)以去除任何表面電荷。然后，確定電池12的開路電壓。開路電壓應(yīng)當(dāng)為12. 8伏特或者更高以便可以繼續(xù)測試。若電池12的開路電壓不是12. 8伏特或者更高，電池12可能不能通過負(fù)載測試，并可能要求更換電池12。顯示裝置或者計(jì)算機(jī)30或者系統(tǒng)10的電子控制器22也可以包括顯示設(shè)備，能夠顯示電池12的狀態(tài)和條件，還有測試進(jìn)程。另外，系統(tǒng)10為了測試結(jié)束的條件，可以具有電壓選擇開關(guān)(未示出)，系統(tǒng)10還具有電流選擇裝置以便于AGM 電池12可以在各種電流下被測試。確定電池12的開路電壓為12. 8伏特或者更高之后，電池12使用1歐姆Q25瓦特)的電阻沈進(jìn)行大致2. 5小時(shí)的負(fù)載測試。本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，在不偏離本發(fā)明的范圍下，電阻沈和測試時(shí)間長度的變化是可能的。由于電流通過負(fù)載電阻沈被拉出，電流隨時(shí)間流逝而衰減。若負(fù)載測試2. 5小時(shí)之后，并且(電池1 仍然在負(fù)載的狀態(tài)下，電池 12的電壓是11.0伏特或者更少，那么，電池12的容量被確定為其額定容量的80%或者低于80%，可以建議更換(電池12)。相似地，若電池12經(jīng)過2. 75小時(shí)負(fù)載測試后的電壓是 11. 0伏特，那么，電池12的容量被確定為90%。若經(jīng)過3個(gè)小時(shí)的負(fù)載測試，電池12的電壓在11.0伏特，則電池12的容量被確定為100%。如何確定容量的百分比在下面詳細(xì)描述。附圖2是AGM電池12的一個(gè)典型的電流衰減曲線，其中X_軸表示時(shí)間，Y_軸代表電流(安培)，示出了在系統(tǒng)10的測試的時(shí)間長度中電流的衰減。在測試過程中電壓被周期性地測量和記錄。測量和記錄電壓的一個(gè)示例性的時(shí)間幀長是每間隔15分鐘測量一次電壓。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉，可以使用更寬范圍的時(shí)間間隔。以χ-軸上的時(shí)間和 Y-軸上的電流(安培)，將測量結(jié)果繪制在圖上，從而生成通過系統(tǒng)10測試的AGM電池12 的電流衰減曲線。一旦生成電流衰減曲線，通過積分電流衰減曲線下的面積來確定AGM電池12的安培-小時(shí)容量。電流衰減曲線下的面積近似法在下面詳細(xì)描述。附圖3是χ-軸表示時(shí)間、y_軸表示電流(安培)的電流衰減曲線，包括根據(jù)以下方程式利用5階多項(xiàng)式進(jìn)行的曲線近似y = -1E-10x5+4E-08x4-4E-06x3+20. 0002x2-0. 0066 x+12. 036R2 = 0. 9989然而，利用5階多項(xiàng)式只是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉有各種方法用于近似電流衰減曲線下的面積。一旦電流衰減曲線下的面積被近似估計(jì)，基于已計(jì)算的電流衰減曲線下的面積，確定AGM電池12的安培-小時(shí)容量。AGM電池恢復(fù)和容量測試系統(tǒng)10的另一個(gè)應(yīng)用就是“恢復(fù)”，或者將已放電的AGM 電池的容量增加達(dá)到或接近全容量。當(dāng)AGM電池處于放電狀態(tài)一段時(shí)間，比如幾天，可以利用AGM電池的恢復(fù)。為恢復(fù)已放電的AGM電池，電池充電器18包括能夠提供特定的安培數(shù)和電壓諸如2安培和36伏特的恒流電源。恢復(fù)的步驟，在下面詳細(xì)討論，在恒定電流下持續(xù)一特定時(shí)間段為已放電的AGM電池12充電，比如2安培的恒定電流下充電M小時(shí)，之后， 多次為電池12放電至大約10伏特以便恢復(fù)電池12達(dá)到或接近個(gè)容量。當(dāng)AGM電池12已被放電后，為了恢復(fù)AGM電池12，第一步驟是，使電池12達(dá)到室溫或者大約25°C或77° F。之后，通過電子控制器22測量已放電電池12的開路電壓(OCV)， 并且，已測得的OCV被存儲(chǔ)在電子控制器22的存儲(chǔ)器中。一旦確定和存儲(chǔ)了測得的0CV，由電池充電器18在恒定電流下為AGM電池12充電，比如，2安培的恒流下充電約M小時(shí)。電池充電器18應(yīng)能夠提供高達(dá)36伏特的驅(qū)動(dòng)電壓。對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是明顯的，在不偏離本發(fā)明的范圍的條件下，用于AGM電池充電的安培數(shù)、電壓和/或時(shí)間長度是可以變化的。為AGM電池12充電后，將電池12處于開路的狀態(tài)下至少兩個(gè)小時(shí)。之后將AGM 電池12連接到車輛，并且，通過打開車輛上的燈和/或各種各樣的其它附件使AGM電池12 放電。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知悉，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以將電池12連接至各種車輛的和非車輛的放電源上以使電池12放電。若AGM電池12連接到車輛上，將車輛上的發(fā)動(dòng)機(jī)罩保持開啟狀態(tài)是重要的。若車輛還包括燃料電池系統(tǒng)，在電池12正在放電時(shí)不應(yīng)該開啟燃料電池系統(tǒng)。直到電池12達(dá)到大約9. 0-10. 0伏特時(shí)，AGM電池12才停止放電。 電子控制器22記錄下直到電池12達(dá)到期望電壓時(shí)經(jīng)歷的放電時(shí)間長度。接下來，AGM電池12從車輛上斷開，并使用電池充電器18再進(jìn)行充電。AGM電池12被充電后，再令電池在開路狀態(tài)下放置至少2個(gè)小時(shí)。放置個(gè)少2個(gè)小時(shí)后，AGM電池12 再一次連接至放電源，比如車輛，對電池進(jìn)行放電。再一次地，直到達(dá)到大約9. 0-10. 0伏特時(shí)AGM電池12才停止放電。電池12放電達(dá)到期望電壓所需要的時(shí)間量再一次被記錄。AGM電池12進(jìn)行如上所述的充電和放電至少三次。在每一個(gè)周期過程中放電時(shí)間增加，這表明電池12具有良好的蓄電量。若電池12不能保持電量，比如，若放電時(shí)間沒有增加，電池12可能需要被丟棄掉。若放電時(shí)間量如預(yù)料一樣增加，電池可以被妥當(dāng)?shù)貥?biāo)記， 并且儲(chǔ)存以便將來使用。以上討論只是公開和描述了本發(fā)明的示例性的具體實(shí)施方式
。本領(lǐng)域技術(shù)人員將從這些討論及其附圖和權(quán)利要求中容易地認(rèn)識(shí)到，在不離開如所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行各種改變、修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于電池容量測試的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于為電池充電的電池充電器；負(fù)載測試電阻器；控制繼電器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和電池充電器；和電子控制器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和控制繼電器，并進(jìn)一步與電池充電器通信，所述電子控制器控制電池充電器以允許電池被充電，其中，電于控制器允許電池被進(jìn)行負(fù)載測試并且在負(fù)載測試結(jié)束時(shí)以安培-小時(shí)計(jì)算電池容量。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括，連接電池第一接線端子的第一導(dǎo)線、連接電池第二接線端子的第二導(dǎo)線、和也連接電池第二接線端子的第三導(dǎo)線，其中，第一導(dǎo)線將電池和控制繼電器相連接，第二導(dǎo)線將電池與電子控制器和負(fù)載測試電阻器相連接，和，第三導(dǎo)線將電池和電池充電器相連接。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，電池是AGM電池。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電壓選擇開關(guān)能使負(fù)載測試結(jié)束的結(jié)束條件是任何所期望的電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括電流選擇裝置以允許電池在不同的電流下被測試。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，電池被充電至大約100%荷電狀態(tài)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，負(fù)載被應(yīng)用于電池以去除任何表面電荷。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，使用具有所選擇的歐姆電阻的負(fù)載測試電阻器對電池進(jìn)行負(fù)載測試，直到達(dá)到所選擇的端點(diǎn)電壓。
9.一種用于電池容量測試的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于為電池充電的電池充電器，負(fù)載測試電阻器；控制繼電器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和電池充電器；電子控制器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和控制繼電器，并進(jìn)一步與電池充電器通信，所述電子控制器控制電池充電器以使電池充電至大約100 %荷電狀態(tài)，并且控制應(yīng)用于電池的負(fù)載以去除任何表面電荷，并且，確定電池開路電壓從而如果電池電壓被確定為處于可接受的水平，才允許使用負(fù)載測試電阻器對電池進(jìn)行負(fù)載測試直到達(dá)到所選定的端點(diǎn)電壓，其中，在負(fù)載測試結(jié)束時(shí)通過確定電流衰減曲線下的面積以安培一小時(shí)計(jì)算電池容量，該電流衰減曲線通過在負(fù)載測試過程中周期性地測量電壓得到；和顯示裝置，顯示測試之前、測試過程中和測試之后的電池的荷電狀態(tài)和條件，進(jìn)一步顯示測試進(jìn)程。
10.一種用于增加放電電池的容量的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于為電池充電的電池充電器，所述電池充電器包括恒定電流源；負(fù)載測試電阻器；控制繼電器，聯(lián)接于電池、負(fù)載測試電阻器和電池充電器；和電子控制器，聯(lián)接于電池和電池充電器，其中，控制器測量電池開路電壓，將電池開路電壓存儲(chǔ)于控制器存儲(chǔ)器中，并且，其中，電池充電器使用恒定電流源在恒定電流下為電池充電，之后，在開路狀態(tài)下放置了期望的一段時(shí)間后，電池被放電，其中在放電過程中消耗的時(shí)間被控制器測量并被存儲(chǔ)在控制器的存儲(chǔ)器中。
全文摘要
本發(fā)明涉及吸附式玻璃纖維板(AGM)電池恢復(fù)與容量測試器。一種用于電池恢復(fù)和容量測試的系統(tǒng)包括用于為電池充電的電池充電器、負(fù)載測試電阻器和控制繼電器。該系統(tǒng)也包括連接于電池、負(fù)載測試電阻器和控制繼電器的電子控制器，進(jìn)一步地，電子控制器與電池充電器通信，其中該電子控制器控制電池充電器以允許電池被充電，并還允許電池進(jìn)行負(fù)載測試。電子控制器在負(fù)載測試結(jié)束時(shí)以安培一小時(shí)計(jì)算電池容量。
文檔編號G01R31/36GK102207542SQ201110071719
公開日2011年10月5日 申請日期2011年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月18日
發(fā)明者M·J·法曼, P·J·索伊圖什 申請人:通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司