專利名稱：蓄電池的充電方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池的充電方法。
蓄電池的充電方法一般可以分為恒壓與恒流兩種方法。恒流方法可以迅速充電但很可能造成充電過(guò)度。恒壓方法一般將充電電壓控制在相等或略低于在蓄電池內(nèi)產(chǎn)生的氫氣的電壓水平上。結(jié)果，在充電過(guò)程中充電電流不斷減少，因此極少充電過(guò)度。
然而，盡管恒壓方法極少產(chǎn)生充電過(guò)度，但卻可能會(huì)引起充電不足。所以，恒壓與恒流這兩種方法已被結(jié)合著使用。
在恒壓與恒流兩種方法的結(jié)合使用的場(chǎng)合，控制電壓、電流和充電時(shí)間被嚴(yán)格控制以使合適的充電電量等于已放電電量的約105％至120％。
近些年來(lái)，鉛基蓄電池已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的液體型的鉛蓄電池并在諸如電動(dòng)汽車等的各種循環(huán)使用領(lǐng)域充當(dāng)著動(dòng)力源。尤其是通過(guò)使用限量的電解液，吸收在電池內(nèi)負(fù)極板產(chǎn)生氧氣的封閉型的鉛蓄電池，已經(jīng)一直被使用。
循環(huán)使用的密封型鉛蓄電池有各種負(fù)載情況，例如，取決于使用的特殊裝置、不同的使用時(shí)間和/或使用的頻率。因此，密封型鉛蓄電池的放電程度或稱“放電深度”在各個(gè)電源中都是不同的。
業(yè)已發(fā)現(xiàn)，對(duì)于前面提到的循環(huán)使用的密封型鉛蓄電池，僅僅相對(duì)于放電量預(yù)設(shè)一定的充電量，并不能使得密封型鉛蓄電池表現(xiàn)出理想的壽命特性。
例如，能夠想象一個(gè)未有充分放電(即，淺度放電)的密封型鉛蓄電池可以用供密封型鉛蓄電池進(jìn)行充分放電的充電器來(lái)進(jìn)行充電。這種充電器具有相對(duì)高的充電電壓。這樣，密封型鉛蓄電池的壽命可能會(huì)顯著縮短，即使將放電量對(duì)充電量的比例控制在習(xí)慣接受的范圍內(nèi)。對(duì)于以Pa-Ca-Sn合金(不含任何Sb)作為陽(yáng)極柵格并使用限量電解液的密封型鉛蓄電池，這種縮短壽命的問(wèn)題尤為突出。
另外，上面提及的問(wèn)題也許在預(yù)計(jì)不到的情況下發(fā)生或許根本不可能發(fā)生，而取決于用戶所使用的與這種密封型鉛蓄電池密切相關(guān)的裝置的方式上。而根據(jù)用戶使用與這種密封型鉛蓄電池密切相關(guān)裝置的方式來(lái)選擇不同型號(hào)的充電器是不現(xiàn)實(shí)的。
按照本發(fā)明提供的蓄電池的充電方法包括對(duì)蓄電池進(jìn)行預(yù)充電的第一步驟；在完成預(yù)充電后測(cè)量第一蓄電池電壓Vba1的第二步驟；和在測(cè)量第一蓄電池電壓Vba1的基礎(chǔ)上對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的第三步驟。
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，所述第一步驟包括在蓄電池充電之前，測(cè)量第二蓄電池電壓Vba0的第四步驟；所述第三步驟包括將第一蓄電池電壓Vba1與第一預(yù)設(shè)電壓V1、第二預(yù)設(shè)電壓V2、第三.預(yù)定電壓V3進(jìn)行比較的第五步驟，其中V3＜V2＜V1；如果第一蓄電池電壓Vba1在小于等于第一預(yù)設(shè)電壓V1和大于等于第二預(yù)設(shè)電壓V2之間，以第一充電模式進(jìn)行第一充電的第六步驟；如果第一蓄電池電壓Vba1在小于等于第二預(yù)設(shè)電壓V2和大于等于第三預(yù)設(shè)電壓V3之間，以第二充電模式進(jìn)行第二充電的第七步驟；如果第一蓄電池電壓Vba1小于第三預(yù)設(shè)電壓V3，進(jìn)行活性充電的第八步驟。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第八步驟包括在預(yù)定的循環(huán)期限內(nèi)，重復(fù)循環(huán)的第九步驟，該第九步驟包括活性充電及隨后測(cè)量第三蓄電池電壓Vba2的步驟，直到第三蓄電池電壓Vba2大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，以及如果第三蓄電池電壓Vba2在預(yù)定循環(huán)期限內(nèi)大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，以第二種充電模式進(jìn)行第二充電的步驟；如果第三蓄電池電壓Vba2在預(yù)定循環(huán)期限內(nèi)沒(méi)有大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，結(jié)束對(duì)蓄電池充電的第十步驟。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第六步驟包括使用第一充電電壓Vch1對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電的步驟；在充電電流減少到預(yù)定值Ia后，使用第二充電電壓Vch2對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電的步驟，其中Vch2＜Vch1。第七步驟包括使用第三充電電壓Vch3對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電的步驟；在充電電流減少到預(yù)定值Ib后，使用預(yù)定充電電流Ic對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流充電的第十一步驟，以及在第十一步驟后，使用充電電壓Vch4對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電的步驟，其中，Vch4＜Vch3。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，該方法還包括以下步驟如果預(yù)充電后測(cè)量的第一蓄電池電壓Vba1大于第一預(yù)設(shè)電壓V1或者如果第一蓄電池電壓Vba1小于第四預(yù)設(shè)電壓V4，結(jié)束對(duì)蓄電池充電的步驟，其中V4＜V3。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一步驟包括在第二蓄電池電壓Vba0等于或大于第五預(yù)設(shè)電壓V5時(shí)執(zhí)行的步驟包括以下步驟在預(yù)充電期間，如果充電電流Ip等于或小于Imax并且大于或等于Imin(Imin＞0)，在預(yù)充電后測(cè)量第一蓄電池電壓Vba1；如果充電電流Ip大于Imax，顯示充電設(shè)備工作不正常信息并終止充電；或者如果預(yù)充電期間充電電流小于Imin，則顯示蓄電池不正常的警示信息并終止充電；以及在第二蓄電池電壓Vba0小于第五預(yù)設(shè)電壓V5時(shí)執(zhí)行的步驟包括如果充電電流Ip大于Imax，顯示充電設(shè)備工作不正常信息并終止充電；以及如果預(yù)充電期間充電電流Ip等于或小于Imax，則在預(yù)充電后測(cè)量第一蓄電池電壓Vba1。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一步驟包括在蓄電池充電之前測(cè)量環(huán)境溫度Ta的步驟，并且，第一充電電壓Vch1、第二充電電壓Vch2、第三充電電壓Vch3和第四充電電壓Vch4相對(duì)于環(huán)境溫度Ta具有相反的特性。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種鉛蓄電池的充電方法，該蓄電池包括Pb-Ca型合金的正極柵格，以及含有稀硫酸且在20℃其比重等于或大于1.280的電解溶液，所述充電方法包括控制充電電壓使之大約為或小于2.40伏特/單元，鉛蓄電池的放電深度大約為或小于該鉛蓄電池額定容量的50％。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，充電開(kāi)始后即刻的電池值被用作指示放電深度的參數(shù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，從充電起始開(kāi)始直到獲得預(yù)定的電池值的充電時(shí)間用于指示放電深度的參數(shù)。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，控制充電電壓以保持相對(duì)于進(jìn)行充電時(shí)的環(huán)境溫度具有相反的特性。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，鉛蓄電池包括密封型的鉛蓄電池，該電池在密封型鉛蓄電池的負(fù)極板吸收氧氣，該氧氣由密封型鉛蓄電池的正極板產(chǎn)生。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種通過(guò)控制充電電壓使之等于或小于預(yù)定控制電壓值的對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的方法，其中，控制所述控制電壓值使之維持相對(duì)于進(jìn)行充電的環(huán)境溫度的相反的特性，以及維持相對(duì)于蓄電池放電深度的正的特性。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，從充電開(kāi)始時(shí)的充電電壓值和從充電開(kāi)始到充電電壓增加到預(yù)定值所經(jīng)過(guò)的時(shí)間中選出指示放電深度的參數(shù)。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種對(duì)蓄電池充電的充電裝置，包括充電電壓控制單元，用于控制充電電壓以便使之等于或低于預(yù)定的控制電壓值；環(huán)境溫度測(cè)量單元，用于在充電時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度，以及放電深度檢測(cè)單元，用于檢測(cè)蓄電池的放電深度，其中，充電電壓控制單元控制所述控制電壓值以保持相對(duì)于由環(huán)境溫度測(cè)量單元測(cè)量到的環(huán)境溫度具有相反特性，以及保持相對(duì)于由放電深度檢測(cè)單元測(cè)量到的放電深度具有正的特性。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，放電深度檢測(cè)單元包括用于對(duì)從充電開(kāi)始時(shí)的充電電壓值和從充電開(kāi)始到充電電壓增加到預(yù)定值所經(jīng)過(guò)的時(shí)間中選出的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的裝置，并且，放電深度檢測(cè)單元使用檢測(cè)到的參數(shù)來(lái)檢測(cè)放電深度。
按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種對(duì)鉛蓄電池進(jìn)行充電的方法，包括檢測(cè)鉛蓄電池放電狀態(tài)的第一步驟，以及第二步驟，即如果檢測(cè)到的放電狀態(tài)與預(yù)定放電狀態(tài)相比較是淺的，則將鉛蓄電池進(jìn)行恒壓充電，如果檢測(cè)到的放電狀態(tài)與預(yù)定放電狀態(tài)相比較是深的，則將鉛蓄電池進(jìn)行恒流充電。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第二步驟包括根據(jù)從充電開(kāi)始時(shí)的充電電壓值和從充電開(kāi)始到得到預(yù)定充電電壓所經(jīng)過(guò)的時(shí)間中選出的參數(shù)檢測(cè)放電深度。
這樣，在此所述的本發(fā)明有可能提供一種循環(huán)使用的充電器，能夠避免密封型鉛蓄電池壽命縮短的典型問(wèn)題，而與用戶使用的密封型鉛蓄電池有關(guān)的設(shè)備無(wú)關(guān)。
參照附圖，通過(guò)閱讀和理解以下的詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的這種和其他優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將顯而易見(jiàn)。
圖1A是說(shuō)明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池充電方法的流程圖。
圖1B是說(shuō)明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池充電器的方框圖。
圖2是說(shuō)明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池充電方法的詳細(xì)流程圖。
圖3是說(shuō)明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池充電方法中以第一充電模式進(jìn)行第一充電的充電圖形。
圖4是說(shuō)明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池充電方法中以第二充電模式進(jìn)行第二充電的充電圖式的圖形。
圖5是說(shuō)明使用按照本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池充電方法和按照傳統(tǒng)實(shí)例充電方法分別獲得的密封型鉛蓄電池相應(yīng)的周期壽命特性的圖形。
圖6是說(shuō)明使用按照本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池充電方法和按照傳統(tǒng)實(shí)例充電方法分別獲得的過(guò)度放電的密封型鉛蓄電池相應(yīng)的容量恢復(fù)特性的圖形。
圖7是說(shuō)明按照本發(fā)明第二實(shí)施例的充電特性的圖形。
圖8是說(shuō)明按照本發(fā)明第二實(shí)施例的充電特性一種變形的圖形。
圖9是說(shuō)明在按照本發(fā)明第二實(shí)施例的初步實(shí)驗(yàn)中，相對(duì)于各種正極柵格合金、各種比重值的電解液以及各種放電深度的周期壽命的測(cè)試結(jié)果的圖形。
圖10是說(shuō)明在按照本發(fā)明第二實(shí)施例的初步實(shí)驗(yàn)中，相對(duì)于各種充電控制電壓和各種放電深度的周期壽命的測(cè)試結(jié)果的圖形。
圖11是說(shuō)明使用按照本發(fā)明第二實(shí)施例的蓄電池充電方法和按照傳統(tǒng)實(shí)例充電方法獲得的相對(duì)于各種放電深度的周期壽命的測(cè)試結(jié)果的圖形。
圖12是說(shuō)明使用傳統(tǒng)恒壓充電方法的充電特性的圖形。
圖13是說(shuō)明按照本發(fā)明第三實(shí)施例充電方法的流程圖；圖14是說(shuō)明按照本發(fā)明第三實(shí)施例的充電特性的圖形；圖15是說(shuō)明按照本發(fā)明第三實(shí)施例充電方法的一種變形的流程圖；圖16是說(shuō)明按照本發(fā)明第三實(shí)施例的充電特性的圖形；圖17是說(shuō)明傳統(tǒng)恒壓充電方法的充電特性的圖形；圖18是說(shuō)明使用按照本發(fā)明第三實(shí)施例的蓄電池充電方法和按照傳統(tǒng)實(shí)例充電方法分別獲得的蓄電池相應(yīng)的周期壽命的圖形。
圖19是說(shuō)明按照本發(fā)明第四實(shí)施例的充電特性的圖形；圖20是說(shuō)明按照本發(fā)明第四實(shí)施例一種變形的充電特性的圖形；圖21是說(shuō)明按照本發(fā)明第四實(shí)施例和傳統(tǒng)實(shí)例1和2的各個(gè)周期特性的圖形；圖22是說(shuō)明傳統(tǒng)恒壓充電方法的充電特性的圖形；圖23是說(shuō)明傳統(tǒng)恒流充電方法的充電特性的圖形。
下面，結(jié)合


按照本發(fā)明第一實(shí)施例對(duì)蓄電池充電的方法。
圖1A是說(shuō)明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池充電方法的流程圖。假設(shè)在示例性實(shí)施例中被充電的蓄電池是密封型鉛蓄電池。
在密封型鉛蓄電池充電之前，測(cè)量第二蓄電池電壓Vba0和環(huán)境溫度Ta(S101)。接著，對(duì)密封型鉛蓄電池進(jìn)行預(yù)充電(S102、S103)。在大約5秒鐘間隔后，測(cè)量第一蓄電池電壓Vba1(S105)。
然后，將第一蓄電池電壓Vba1與第一預(yù)設(shè)電壓V1、第二預(yù)設(shè)電壓V2和第三預(yù)設(shè)電壓V3進(jìn)行比較，其中V3＜V2＜V2。
如果第一蓄電池電壓Vba1在第一預(yù)設(shè)電壓V1和第二預(yù)設(shè)電壓V2之間，以第一種充電模式進(jìn)行第一充電(S106)。如果第一蓄電池電壓Vba1在第二預(yù)設(shè)電壓V2和第三預(yù)設(shè)電壓V3之間，以第二種充電模式進(jìn)行第二充電(S107)。
如果第一蓄電池電壓Vba1小于第三預(yù)設(shè)電壓V3，進(jìn)行活性充電(S108)。在預(yù)定期限內(nèi)，重復(fù)由活性充電并隨后測(cè)量第三蓄電池電壓Vba2組成的周期直到第三蓄電池電壓Vba2大于第三預(yù)設(shè)電壓V3。如果第三蓄電池電壓Vba2在預(yù)定周期內(nèi)大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，以第二充電模式進(jìn)行第二充電(S108、S107)。如果第三蓄電池電壓Vba2在預(yù)定周期內(nèi)不大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，結(jié)束密封型鉛蓄電池的充電操作(S108)。
如果第一蓄電池電壓Vba1大于第一預(yù)設(shè)電壓V1，或者如果第一蓄電池Vba1小于第四預(yù)設(shè)電壓V4(V4＜V3)，則結(jié)束充電操作(S110、S109)。
在第二蓄電池電壓Vba0等于或大于第五預(yù)設(shè)電壓V5的情況下，進(jìn)行以下操作中的一個(gè)如果在前述充電期間充電電流Ip等于或小于Imax且等于或大于Imin(Imin＞0)，則測(cè)量在預(yù)充電后第一蓄電池電壓Vba1(S103)。如果預(yù)充電期間充電電流Ip大于Imax，則顯示報(bào)警信息，指出充電器工作不正常并終止充電操作(S103)。如果預(yù)充電時(shí)充電電流Ip小于Imin，則顯示報(bào)警信息，指出電池不正常并終止充電操作(S103)。
在第二蓄電池電壓Vba0小于第五預(yù)設(shè)電壓V5的情況下，進(jìn)行以下操作中的一個(gè)如果在前述預(yù)充電期間充電電流Ip大于Imax，則顯示報(bào)警信息，指出充電器工作不正常并終止充電操作(S102)。如果預(yù)充電期間充電電流Ip等于或小于Imax，則測(cè)量預(yù)充電后第一蓄電池電壓Vba1(S102)。
圖1B是說(shuō)明按照本發(fā)明實(shí)施例的蓄電池101的充電器100的方框圖。
蓄電池充電器100包括以等于或低于預(yù)定值控制蓄電池101充電電壓的充電電壓控制單元104，用于在充電時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度Ta的環(huán)境溫度測(cè)量單元102，以及用于檢測(cè)蓄電池101的放電深度的放電深度檢測(cè)單元103，以及用于提供電源到充電電壓控制單元104的電源輸入單元105。
充電電壓控制單元104控制充電電壓以保持相對(duì)于由環(huán)境溫度測(cè)量單元102測(cè)量到的環(huán)境溫度Ta具有正的特性，以及保持相對(duì)于由放電深度檢測(cè)單元103測(cè)量到的放電深度具有正的特性。
在此處，當(dāng)前一參數(shù)與后一參數(shù)成正比關(guān)系時(shí)，說(shuō)所述前一參數(shù)值具有或保持與后一參數(shù)值”正的特性”。同樣，當(dāng)前一參數(shù)與后一參數(shù)成反比關(guān)系時(shí)，說(shuō)所述前一參數(shù)值具有或保持與后一參數(shù)值”相反的特性”。同樣放電深度檢測(cè)單元103或者測(cè)量充電開(kāi)始時(shí)的充電電壓或者測(cè)量從充電操作開(kāi)始到充電電壓達(dá)到預(yù)定電壓值所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。放電深度檢測(cè)單元103通過(guò)使用充電操作開(kāi)始的充電電壓或從充電操作開(kāi)始到充電電壓達(dá)到預(yù)定電壓值所經(jīng)過(guò)的時(shí)間作為參數(shù)檢測(cè)放電深度。
圖2是說(shuō)明按照本發(fā)明第一實(shí)施例的蓄電池充電方法的詳細(xì)流程圖。
首先，測(cè)量開(kāi)路狀態(tài)蓄電池的蓄電池電壓Vba0以及蓄電池周圍的環(huán)境溫度Ta(S201)。例如，用熱敏電阻來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量。
在測(cè)量蓄電池電壓Vba0后，使用充電電流Ip進(jìn)行預(yù)定時(shí)間的預(yù)充電(S203、204)。按照本實(shí)施例，利用充電電流Ip的測(cè)量來(lái)檢測(cè)充電器或電池的不正常。尤其是，將預(yù)充電前測(cè)量的蓄電池電壓Vba0與第五預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行比較(S202)。
如果蓄電池電壓Vba0小于第五預(yù)設(shè)電壓V5并且在前述預(yù)充電期間的充電電流Ip大于Imax(在S209表示為Ip＞Imax)，或者如果蓄電池Vba0等于或大于第五預(yù)設(shè)電壓V5并且前述預(yù)充電期間的充電電流Ip小于Imin(在S205表示為Ip＜Imin)，則結(jié)束充電操作(S210、S206)。這有可能檢測(cè)出內(nèi)部短路的蓄電池和/或由于過(guò)度充電和放電損壞的蓄電池。
如果在預(yù)充電前檢測(cè)的蓄電池電壓Vba0等于或大于第五預(yù)設(shè)電壓V5并且充電電流Ip大于Imax，則確定充電器不正常并終止充電操作(在S205表示為Ip＞Imax)。
在完成預(yù)充電后的預(yù)定期間以后，檢測(cè)開(kāi)路狀態(tài)下的蓄電池電壓Vba1(S207，S208，S211)。本發(fā)明根據(jù)蓄電池電壓Vba1來(lái)確定蓄電池的狀態(tài)(尤其是放電狀態(tài))。
如上所述，最好在完成預(yù)充電后的預(yù)定期間后測(cè)量蓄電池電壓Vba1。應(yīng)該注意到根據(jù)蓄電池充電期間所需充電電壓值確定蓄電池放電狀態(tài)可能導(dǎo)致誤檢測(cè)。其原因在于在蓄電池過(guò)度放電或長(zhǎng)期未使用時(shí)，蓄電池的充電電壓會(huì)增加，這樣增加的充電電壓會(huì)虛假地產(chǎn)生蓄電池充電已經(jīng)完成的指示。
另一方面，如果只是根據(jù)開(kāi)路狀態(tài)的蓄電池電壓確定放電狀態(tài)而不進(jìn)行任何預(yù)充電，在放電狀態(tài)確定過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)大的波動(dòng)。其原因是現(xiàn)有同樣放電狀態(tài)的蓄電池以后會(huì)有各種開(kāi)路電壓，取決于各個(gè)蓄電池的存儲(chǔ)和維護(hù)方式。
進(jìn)一步說(shuō)明前述現(xiàn)象。如果處于一定放電狀態(tài)的鉛蓄電池未使用，由于自放電，尤其在負(fù)極活性材料表面上形成硫酸鉛薄層。由于這種層本身具有自放電量，在蓄電池一直未用后其放電狀態(tài)基本未變。但是，負(fù)極板的電勢(shì)會(huì)增加陽(yáng)極化以至降低蓄電池電壓。
在這種情況下僅僅根據(jù)蓄電池開(kāi)路電壓確定放電狀態(tài)可能會(huì)對(duì)實(shí)際放電狀態(tài)虛假地指示過(guò)大的放電深度，從而妨礙正確地充電。進(jìn)一步，由于電解溶液的集中極化在放電后即刻的蓄電池電壓是不穩(wěn)定的。在放電狀態(tài)識(shí)別中使用這種不穩(wěn)定電壓會(huì)大大降低判斷精度。
按照本發(fā)明，在完成預(yù)充電后的預(yù)定期間后測(cè)量開(kāi)路狀態(tài)的蓄電池電壓Vba1。結(jié)果，可使放電狀態(tài)判斷中的波動(dòng)最小化以便允許精確的放電狀態(tài)判定。預(yù)充電用于減少由于少許自充電產(chǎn)生的硫酸鉛薄層以及消除放電后即刻的集中極化，從而有可能獲得可反映實(shí)際放電狀態(tài)的開(kāi)路的蓄電池電壓。
按照本發(fā)明，蓄電池電壓Vba1用作控制充電操作的參數(shù)。具體地說(shuō)，如果蓄電池電壓Vba1在第一預(yù)設(shè)電壓V1和第二預(yù)設(shè)電壓之間(V2＜V1)，蓄電池的放電狀態(tài)確定為“淺”，因此以第一充電方式進(jìn)行第一充電(充電1)(S212)。
如果蓄電池電壓Vba1在第二預(yù)設(shè)電壓V2和第三預(yù)設(shè)電壓V3(V3＜V2)之間，確定放電狀態(tài)為“深”，因此執(zhí)行第二充電方式的第二充電。
如果蓄電池電壓Vba1甚至小于第三預(yù)設(shè)電壓V3，確定蓄電池由于過(guò)度放電等對(duì)充電有低的接收度，因此執(zhí)行活性充電(S214)。例如可以通過(guò)使用短周期間的恒流來(lái)執(zhí)行活性充電，以便對(duì)由于過(guò)度放電和在蓄電池長(zhǎng)期未使用形成的擴(kuò)大的硫酸鉛(有低的充電接收度)在正柵格和正的活性材料之間形成的鈍化層進(jìn)行充電。這樣，蓄電池可再生做進(jìn)一步充電。
在活性充電后，蓄電池被認(rèn)為具有“深”的放電狀態(tài)，以便以第二種充電模式進(jìn)行第二充電。
根據(jù)過(guò)放電的程度和蓄電池未被使用的時(shí)間長(zhǎng)度，通過(guò)單一的活性充電已不能恢復(fù)蓄電池。所以，在預(yù)定的周期期限(N個(gè)周期)內(nèi)重復(fù)由活性充電和隨后以開(kāi)路狀態(tài)檢測(cè)蓄電池電壓Vba2組成的周期，直到蓄電池電壓Vba2大于第三預(yù)設(shè)電壓V3。在預(yù)定期限內(nèi)(N個(gè)周期)一旦第三蓄電池電壓Vba2已經(jīng)大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，以第二充電模式進(jìn)行第二充電(充電2)(S215、S216、S217、S213)。如果第三蓄電池電壓Vba2在預(yù)定期限(N個(gè)周期)內(nèi)沒(méi)有大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，確定蓄電池不正?；蛴猛?，結(jié)束對(duì)密封型鉛蓄電池的充電操作(S210)。
為了在充電過(guò)程中更安全，如果在預(yù)充電完成后蓄電池電壓Vba1高于第一預(yù)設(shè)電壓V1，或如果蓄電池電壓Vba1低于第四預(yù)設(shè)電壓V4(其中V4＜V3)，那么，最好是確定充電器為異?；蛐铍姵禺惓?耗盡，并且終止充電操作(S206，S210)。
其次，參照附圖3和附圖4，給出了在第一種充電模式中的第一充電(充電1)(S212)和在第二種充電模式中的第二充電(充電2)(S213)的最佳實(shí)施例。
圖3示出了第一充電模式的第一充電(充電1)的充電圖形。第一充電(充電1)起始于根據(jù)第一控制電壓Vch1的恒壓充電(起始充電電流Ii(A))。當(dāng)蓄電池的充電電壓達(dá)到控制電壓Vch1時(shí)，充電電流隨恒壓控制電壓而降低。一旦充電電流降至預(yù)定的值Ia，用于充電的控制電壓Vch1降低到Vch2，其中Vch2＜Vch1。結(jié)果，防止了由于對(duì)僅僅經(jīng)過(guò)淺度的放電的蓄電池進(jìn)行充電而造成的過(guò)度充電，因而，將對(duì)蓄電池的壽命的降低減到最小。
圖4示出了第二種充電模式的第二充電(充電2)的充電圖形。第二充電(充電2)起始于根據(jù)第三控制電壓Vch3的恒壓充電(起始充電電流Ii(A))。當(dāng)蓄電池的充電電壓達(dá)到第三控制電壓Vch3時(shí)，充電電流隨恒壓控制電壓而降低。一旦充電電流降至預(yù)定的值Ib，就使用電流值Ic在一個(gè)預(yù)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行恒流充電。如果Ib和Ic的值相等則較佳。
用電流值為Ic的恒流充電可以防止由于對(duì)經(jīng)過(guò)深度放電的蓄電池進(jìn)行充電而造成的充電不足，因而，使得蓄電池的壽命達(dá)到最大。在恒流充電之后，用控制電壓Vch4進(jìn)行充電，其中Vch4＜Vch3。
可以將第一種充電模式和第二種充電模式中分別使用的起始控制電壓Vch1和Vch3預(yù)設(shè)成相同的值。將充電接受度看成充電過(guò)程中的環(huán)境溫度的函數(shù)，最好是對(duì)控制電壓Vch1和Vch3進(jìn)行控制，以便使其保持相對(duì)于充電前測(cè)量的環(huán)境溫度Ta的相反的特性，從而使本發(fā)明的效果達(dá)到最佳。
還可以將第二控制電壓Vch2和第四控制電壓Vch4預(yù)設(shè)成相同的值，因而充電電壓控制單元的相關(guān)部分在第一和第二種充電模式中都可以使用，從而有效地降低了充電器的費(fèi)用。最好也對(duì)控制電壓Vch2和Vch4進(jìn)行控制，以便使其保持相對(duì)于環(huán)境溫度Ta的相反的特性。本發(fā)明的第一實(shí)施例例一參照?qǐng)D5，將對(duì)本發(fā)明的第一實(shí)施例的例1進(jìn)行描述。
通過(guò)使用本發(fā)明的第一實(shí)施例的充電方法，發(fā)明人對(duì)一個(gè)額定電壓為24V，額定容量為28Ah的密封型的鉛蓄電池進(jìn)行充電/放電循環(huán)周期測(cè)試。
在測(cè)試中使用了以下的參數(shù)值在預(yù)充電過(guò)程中的電流值為 Ip0.6AImax0.7AImin0.2A預(yù)充電時(shí)間10秒蓄電池電壓Vba1的測(cè)量定時(shí)完成預(yù)充電后5秒第一預(yù)設(shè)電壓V1 34V第二預(yù)設(shè)電壓V2 24V第三預(yù)設(shè)電壓V3 20V第四預(yù)設(shè)電壓V4 2V第五預(yù)設(shè)電壓V5 20V起始充電電流I1 5A第一控制電壓Vch129.4-0.06(Ta-25)第二控制電壓Vch227.6-0.06(Ta-25)預(yù)定電流Ia 0.6A第三控制電壓Vch329.4-0.06(Ta-25)第四控制電壓Vch4 27.6-0.06(Ta-25)電流值Ib 0.6A電流值Ic 0.6A活性(active)充電電流 0.6A活性充電時(shí)間 15分鐘/周期活性充電周期限制N9個(gè)周期(在上述參數(shù)情況下，Ta表示環(huán)境溫度(℃)。)在測(cè)試中，使用了A，B，C三種放電條件條件A(在圖5中標(biāo)為A)執(zhí)行放電①(用7A的恒流放電2.4小時(shí))(大約是額定放電容量的60％)。條件B(在圖5中標(biāo)為B)執(zhí)行放電②(用7A的恒流放電22分鐘)(大約是額定放電容量的10％)。條件C(在圖5中標(biāo)為C)對(duì)奇數(shù)周期執(zhí)行放電①并對(duì)偶數(shù)周期執(zhí)行放電②作為常規(guī)的實(shí)例，對(duì)相同的24V/28Ah的蓄電池(如上所述)所進(jìn)行的測(cè)試是使用以下的放電條件D，E，F(xiàn)和G條件D(在圖5中標(biāo)為D)執(zhí)行放電①之后，單獨(dú)完成第一充電模式的充電1。條件E(在圖5中標(biāo)為E)執(zhí)行放電①之后，單獨(dú)完成第二充電模式的充電2。條件F(在圖5中標(biāo)為F)執(zhí)行放電②之后，單獨(dú)完成第一充電模式的充電1。條件G(在圖5中標(biāo)為G)執(zhí)行放電②之后，單獨(dú)完成第二充電模式的充電2。
完成每個(gè)測(cè)試的充電時(shí)間為12小時(shí)。蓄電池的容量的測(cè)量是通過(guò)使蓄電池每20個(gè)周期完全放電到21V(電流為7A)來(lái)完成的。這些測(cè)試的結(jié)果如圖5所示。
從圖5中所示的結(jié)果可以看出，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，總是可以通過(guò)檢測(cè)所使用的密封型鉛蓄電池的放電深度的任何變化來(lái)進(jìn)行合適的放電。根據(jù)本發(fā)明，所有被檢測(cè)的密封型鉛蓄電池穩(wěn)定地顯示出大約450到500個(gè)周期的壽命而沒(méi)有顯著的變化。
然而，根據(jù)常規(guī)的例子，放電深度和放電方法對(duì)蓄電池的壽命影響很大，結(jié)果其壽命是在大約150到500個(gè)周期之間變化。這些不穩(wěn)定性表明，由于使用者所使用的與密封型鉛蓄電池有關(guān)的設(shè)備的操作方式上的變化，可能會(huì)導(dǎo)致短的壽命。本發(fā)明第一實(shí)施例實(shí)例2其次，通過(guò)將例1中所使用的24V/28Ah的密封型鉛蓄電池與一個(gè)2Ω的固定電阻連接達(dá)24小時(shí)，然后該蓄電池不被使用達(dá)一個(gè)月，從而制備一個(gè)過(guò)度放電的蓄電池。然后，對(duì)該過(guò)度放電的蓄電池進(jìn)行5個(gè)周期的處理，其中，每個(gè)周期包含有一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的例1的充電過(guò)程和一個(gè)恒流(7A)放電過(guò)程(最終電壓為21V)(條件H；在圖6中標(biāo)為H)。
作為一個(gè)常規(guī)的實(shí)例，類似的制備過(guò)度放電的蓄電池是經(jīng)過(guò)5個(gè)周期的處理，其中，每個(gè)周期包含有一個(gè)在第二充電模式中單獨(dú)使用的充電過(guò)程2和一個(gè)恒流(7A)放電過(guò)程(最終電壓為21V)(條件I；在圖6中標(biāo)為I)。這些測(cè)試的結(jié)果在圖6中表示。
從圖6中所示的結(jié)果可以看出，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，在第一個(gè)周期，已經(jīng)獲得一個(gè)充分的放電量。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，要達(dá)到第一個(gè)周期中獲得的放電容量的水平，通常的方法需要采用三個(gè)周期。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，可以檢測(cè)到對(duì)蓄電池的過(guò)度放電，其中，蓄電池是經(jīng)過(guò)活性充電的?；钚猿潆娛怯脕?lái)在相對(duì)少的周期內(nèi)恢復(fù)足夠的容量。結(jié)果，使用者可以很方便地通過(guò)使用蓄電池的相關(guān)設(shè)備，防止不需要的和不希望的蓄電池的容量的降低。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，總是可以通過(guò)檢測(cè)所使用的蓄電池(尤其是密封型鉛蓄電池)的放電深度的任何變化來(lái)進(jìn)行合適的放電。結(jié)果，密封型鉛蓄電池可以獲得更長(zhǎng)的壽命，因而在工業(yè)上帶來(lái)顯著的積極效果。本發(fā)明的第二實(shí)施例下面，參照附圖，將描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的方法。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的充電方法的充電特性。首先，對(duì)一個(gè)鉛蓄電池進(jìn)行起始充電電流為Is的恒流充電。對(duì)充電開(kāi)始后的充電電壓(Vs)進(jìn)行測(cè)量。將Vs的值與放電深度參考電壓(Vc)進(jìn)行比較。如果Vs Vc，即確定為淺度放電狀態(tài)(即，放電深度為大約50％或更少)。
然后，通過(guò)使用一個(gè)控制電壓V1(2.4V/單元；在圖7中用實(shí)線表示)進(jìn)行恒壓充電，該控制電壓低于深度放電狀態(tài)的充電控制電壓V2(在圖7中用虛線表示)。最好是使用一個(gè)定時(shí)器，這樣，當(dāng)充電電壓到達(dá)一個(gè)預(yù)定值(V3)點(diǎn)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)一段預(yù)定的時(shí)間(T2)，可以終止充電，例如，為了在一個(gè)預(yù)定的充電時(shí)間內(nèi)保證一個(gè)合適的充電電量。
為了同樣的目的，當(dāng)使用較高的充電控制電壓時(shí)，也可以預(yù)先設(shè)定更短的充電時(shí)間T2，T3。為了無(wú)論在檢測(cè)電壓中有任何波動(dòng)都確保安全的檢測(cè)，盡管也可以使用V3＝V1，V2，各個(gè)控制電壓最好滿足V3＜V1，V2。(本發(fā)明的第二實(shí)施例-改進(jìn))圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例對(duì)充電圖形的一個(gè)改進(jìn)，其中，使用了一個(gè)不同的方法來(lái)確定放電深度。尤其是，使用了一個(gè)起始充電電流(Is)的恒流充電，并且對(duì)從充電開(kāi)始到充電電壓到達(dá)一個(gè)預(yù)定電壓值(V4)的所經(jīng)過(guò)的時(shí)間(T4)進(jìn)行了測(cè)量。將測(cè)量時(shí)間T4與放電深度參考時(shí)間(Tc)進(jìn)行比較。如果T4 Tc，確定為淺度放電狀態(tài)(即，放電深度為大約50％或更少)。然后，對(duì)充電進(jìn)行控制，采用與本發(fā)明的第二實(shí)施例中，Vs Vc的情況下的相同的方式對(duì)充電進(jìn)行控制。
在上述本發(fā)明的第二實(shí)施例及其改進(jìn)中，在確定淺度放電狀態(tài)(即，放電深度大約為50％或更少)的例子中所進(jìn)行的充電控制是通過(guò)使用一個(gè)定時(shí)器而表示為一個(gè)單級(jí)的恒壓控制。盡管如此，本發(fā)明并不局限于此；還可以取決于Vs或T4的值而進(jìn)行多級(jí)恒壓控制，以獲得更好的充電。本發(fā)明的第二實(shí)施例-例1作為預(yù)備實(shí)驗(yàn)，通過(guò)使用圖12中所示的常規(guī)的充電方法對(duì)12V/30Ah鉛蓄電池進(jìn)行了周期壽命測(cè)試。充電方法中采用了15.0V(25℃下)充電控制電壓V1，5.0A的最大充電電流和12小時(shí)的充電時(shí)間。通過(guò)使用恒流7.5A，改變放電時(shí)間，進(jìn)行了多種放電深度的放電。重復(fù)充電和放電。
進(jìn)行了50個(gè)周期的這種充電和放電之后，通過(guò)使用恒流7.5A，將蓄電池完全放電至最終電壓10.5V，以檢測(cè)每個(gè)蓄電池的容量。當(dāng)放電容量到達(dá)初始值的50％或更少時(shí)，確定蓄電池的耗盡，或者是滿壽命。
作為一種陽(yáng)極柵格合金，被檢測(cè)的電池與一個(gè)Pb-Ca(0.08％)-Sn(1.0％)合金組合，該合金為常用的Pb-Ca型合金，或與一個(gè)Pb-Sb(3.0％)-As(0.2％)合金組合，該合金為Pb-Sb型合金，主要用于液體型鉛蓄電池。
使用一種比重為1.320(20℃)的電解液，用于組合有Pb-Sb型陽(yáng)極柵格合金的鉛蓄電池，將多種比重1.260到1.340的電解液用于組合有Pb-Ca型陽(yáng)極柵格合金的鉛蓄電池，以確定電解液比重對(duì)周期壽命的影響。
結(jié)果如圖9所示。從圖9中可見(jiàn)，在電解液比重為1.280或更多(20℃)和放電深度為大約50％或更少的區(qū)間上，可以觀察到組合有Pb-Ca型陽(yáng)極柵格合金的鉛蓄電池的壽命的降低。該壽命降低是由陽(yáng)極板的容量的降低而造成的。更進(jìn)一步，在陽(yáng)極活性材料和柵格之間的界面附近，可以觀察到硫酸鉛的鈍化積累。另一方面，通過(guò)充電被轉(zhuǎn)化為二氧化鉛的陽(yáng)極活性材料，可能會(huì)由于過(guò)度充電而表現(xiàn)出鈍化。根據(jù)不確定的推測(cè)，在陽(yáng)極活性材料的鈍化中，涉及到由于部分放電而產(chǎn)生的放電分布的不均勻。
其次，在上述預(yù)備實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)使用多種充電控制電壓，進(jìn)行周期壽命的測(cè)試。結(jié)果如圖10所示。測(cè)試中所使用的電池組合有Pb-Ca型陽(yáng)極柵格合金，并且使用了在20℃下比重為1.320的電解液。
從圖10中所示的結(jié)果可以看出，通過(guò)使用2.40V/單元或更少的充電控制電壓，在相應(yīng)于放電深度為大約50％或更少的區(qū)域，可以減少周期壽命的降低，而同時(shí)，由于不充分的充電，在相應(yīng)于大的放電深度的區(qū)域，可以觀察到周期壽命的顯著降低。在相應(yīng)于小的放電深度的區(qū)域的周期壽命的降低的減少，可能是充電反應(yīng)相對(duì)均勻的結(jié)果，這是通過(guò)將充電電壓降到大約2.40V/單元來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
使用高充電電壓，其中，在充電過(guò)程中發(fā)生了大范圍的陽(yáng)極板的陽(yáng)極極化。在這種情況下，充電反應(yīng)在帶有相對(duì)較高的充電接受度的區(qū)域進(jìn)行。盡管如此，在其他區(qū)域，可能會(huì)產(chǎn)生出氣態(tài)氧氣，而不是生成二氧化鉛的氧化反應(yīng)，因而導(dǎo)致硫酸鉛的積累。據(jù)推測(cè)，被轉(zhuǎn)化成二氧化鉛的部分在充電上更為優(yōu)先，因而導(dǎo)致過(guò)度充電并且因此降低壽命。
在使用2.40V/單元或更低的充電控制電壓的本發(fā)明的第二實(shí)施例中，預(yù)計(jì)會(huì)有小程度的陽(yáng)極極化存在，因而充電反應(yīng)以相對(duì)較慢和均勻的方式進(jìn)行。這可能會(huì)造成不均勻分布的硫酸鉛(由于部分反應(yīng)而產(chǎn)生)有效地反應(yīng)成二氧化鉛，從而顯著地消除其他部分的過(guò)度充電并將周期壽命的降低減到最小。
因此，可以確認(rèn)，根據(jù)本實(shí)施例的方法，通過(guò)檢測(cè)可能造成多種放電深度的應(yīng)用中的放電深度來(lái)控制充電電壓，可以有效地將周期壽命的降低減至最小。(本發(fā)明的第二實(shí)施例-例2)通過(guò)采用如圖7所示的根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的充電方法，并與常規(guī)的充電方法比較，在大氣壓和25℃下，對(duì)前面所述的12V/30Ah鉛蓄電池進(jìn)行周期壽命測(cè)試。①在以下條件下施行根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的充電方法初始充電電流(Is)＝5.0A；放電深度參考電壓(Vc)＝12.0V；并且，(a)在Vs Vc的情況下(其中Vs是充電開(kāi)始以后的瞬時(shí)充電電壓)，使用以下條件充電控制電壓(V1)＝14.1V(2.35V/單元)充電時(shí)間當(dāng)充電電壓達(dá)到V3(＝14.0V)時(shí)開(kāi)始使用定時(shí)器，并且，在定時(shí)器開(kāi)始8個(gè)小時(shí)后終止充電；或者(b)在Vs＜Vc的情況下，使用以下條件充電控制電壓(V1)＝15.0V(2.50V/單元)充電時(shí)間當(dāng)充電電壓達(dá)到V3(＝14.0V)時(shí)開(kāi)始使用定時(shí)器，并且，在定時(shí)器開(kāi)始8個(gè)小時(shí)后終止充電。②在以下條件下施行根據(jù)常規(guī)的充電方法初始充電電流(Is)＝5.0A；充電控制電壓＝14.7V；并且充電時(shí)間＝12小時(shí)。
通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的例2的充電方法，并通過(guò)使用上述的常規(guī)的充電方法，用不同比重的電解液，不同的陽(yáng)極柵格合金，和不同的放電深度，進(jìn)行了周期壽命比較測(cè)試。結(jié)果如圖11所示。
從圖11所示的結(jié)果可以看出，在相應(yīng)于放電深度為大約50％或更少的有問(wèn)題的區(qū)域，對(duì)于使用Pb-Ca型陽(yáng)極柵格合金的鉛蓄電池和比重為1.280或更多的電解液，周期壽命的降低被成功地減至最小。偶爾，在相應(yīng)于小放電深度的區(qū)域，充電電量指示為一個(gè)極好的數(shù)值，大約為105％至113％的放電電量，并具有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定性。
最好是根據(jù)大約50％的參考放電深度改變充電控制電壓的值。這種充電方法對(duì)組合有Pb-Ca型陽(yáng)極柵格合金的鉛蓄電池尤其有用?？梢哉J(rèn)識(shí)到根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的充電方法對(duì)密封型鉛蓄電池尤其有用，該種蓄電池因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的原因無(wú)法組合上Pb＝Sb型陽(yáng)極柵格合金。
正如本發(fā)明的第二實(shí)施例的前述的改進(jìn)中所描述的那樣，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的例2，從充電開(kāi)始到充電電壓到達(dá)一個(gè)預(yù)定電壓值的時(shí)間可以被用來(lái)作為一個(gè)參數(shù)，以指示放電深度，因?yàn)樗?jīng)歷的時(shí)間隨放電深度的減小而減少，隨放電深度的增大而增加。
盡管本例中使用了12.0V的放電深度參考電壓Vs，該值容易取決于每個(gè)蓄電池的不同的設(shè)計(jì)因子而變化，并且應(yīng)該根據(jù)這些設(shè)計(jì)因子而調(diào)節(jié)。類似地，從充電開(kāi)始到充電電壓到達(dá)一個(gè)預(yù)定的電壓值所經(jīng)歷的時(shí)間應(yīng)該根據(jù)這些設(shè)計(jì)因子而確定。
將認(rèn)識(shí)到，最好是預(yù)設(shè)控制電壓的值，使其相對(duì)于環(huán)境溫度Ta保持相反的特性。因?yàn)椋h(huán)境溫度Ta的增加，即使充電控制電壓相同，也可能造成與例如存在強(qiáng)化的極化相同的現(xiàn)象。這必須通過(guò)降低充電電壓來(lái)補(bǔ)償。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的充電方法，在相對(duì)于小放電深度的區(qū)域上的周期壽命的降低，可以通過(guò)使用Pb-Ca型陽(yáng)極柵格合金和在20℃下比重為1.280或更高的電解液來(lái)減到最小。本發(fā)明的第二實(shí)施例的充電方法對(duì)密封型鉛蓄電池尤其有用，對(duì)此，Pb-Ca型陽(yáng)極柵格合金是必不可少的。(本發(fā)明的第三實(shí)施例)圖13示出根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的充電方法的流程圖。首先，蓄電池以初始充電電流Is(S1301)充電。測(cè)量充電開(kāi)始以后的瞬時(shí)充電電壓Vs(S1302)。將Vs的值與放電深度參考電壓Vr(S1303)進(jìn)行比較。如果Vs等于或大于Vr，放電深度確定為小(即“淺度”)，這樣，充電控制電壓Vc降低(S1305)。如果Vs低于Vr，放電深度確定為大(即“深度”)，這樣，充電控制電壓Vc增加(S1304)。
圖14示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的充電特性圖，其中，實(shí)線表示確定為深度放電深度的情形，虛線表示確定為淺度放電深度的情形。(本發(fā)明的第三實(shí)施例-改進(jìn))圖15示出了根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的充電方法的改進(jìn)的流程圖。
首先，蓄電池以初始充電電流Is(S1301)充電，并且啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器以測(cè)量時(shí)間(S1502)。定時(shí)器當(dāng)充電電壓達(dá)到一個(gè)預(yù)定電壓Va時(shí)停止，從而測(cè)量出充電開(kāi)始至充電電壓達(dá)到Va(S1503)所經(jīng)歷的時(shí)間Tt。將Tt的值與放電深度參考時(shí)間Tr(S1504)進(jìn)行比較。如果Tr等于或大于Tt，放電深度確定為大(即“深度”)，這樣，充電控制電壓Vc增加(S1505)。如果Tr等于或小于Tt，放電深度確定為小(即“淺度”)，這樣，充電控制電壓Vc減小(S1506)。
圖16是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的改進(jìn)的充電特性圖，其中，實(shí)線表示確定為深度放電深度的情形，虛線表示確定為淺度放電深度的情形。
在上述本發(fā)明的第三實(shí)施例及其改進(jìn)中，最好是確定放電深度，將大于額定容量的30％到50％的放電深度定義為深度，將小于額定容量的30％到50％的放電深度定義為淺度，以便將蓄電池的壽命的降低減到最小。
除了上述參照預(yù)設(shè)的參考值將放電深度二分為“深度”或“淺度”之外，更佳的方法是相應(yīng)于放電深度參數(shù)Tt或Vs連續(xù)改變充電控制電壓Vc。更進(jìn)一步，象常規(guī)的恒壓充電控制方法中所做的那樣，需要預(yù)設(shè)控制電壓的值，以便使其相對(duì)于環(huán)境溫度保持相反的特性。
圖18示出了通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的充電方法和如圖17所示的常規(guī)的恒壓充電方法而分別進(jìn)行的密封型鉛蓄電池(6V/10Ah)的周期壽命測(cè)試。在這些測(cè)試中，放電深度被變化為額定容量的10％，20％，30％，40％，50％，或70％。預(yù)設(shè)充電控制電壓值Vc和充電深度參考值Vr使充電控制電壓值在放電深度為大約40％或更少時(shí)被控制為6.9V，在放電深度大于40％時(shí)為7.35V。
常規(guī)的恒壓充電方法在充電控制電壓為6.9V或7.35V時(shí)進(jìn)行。在這些測(cè)試中所進(jìn)行的所有充電方法中，充電電流為4A，充電時(shí)間為8小時(shí)，并且充電是在25℃的環(huán)境溫度下進(jìn)行。這些周期壽命測(cè)試的結(jié)果如圖18所示。
如同在圖18所示的結(jié)果中可見(jiàn)，與常規(guī)的恒壓充電方法相比，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的充電方法，與放電深度的變化相關(guān)的周期壽命的降低被減至最小。根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的充電方法，可以使充電電量總是保持在放電電量的大約105％至110％。
在環(huán)境溫度40℃下進(jìn)行了一個(gè)附加的周期壽命的測(cè)試，其中，證實(shí)了給予充電控制電壓的合適的反比率是每增加1℃為-0.0025到0.0035V/單元·℃。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的充電方法，無(wú)論蓄電池的放電深度如何變化，總是可以通過(guò)合適的電壓，獲得合適的充電控制。結(jié)果，與常規(guī)的恒壓充電方法相關(guān)的充電不足和過(guò)度充電的問(wèn)題可以被減輕，以將蓄電池的周期壽命的降低減到最小，從而在工業(yè)上作出顯著的貢獻(xiàn)。本發(fā)明的第四實(shí)施例以下，將參照附圖，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的蓄電池的充電方法進(jìn)行描述。
圖19示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的充電特性圖。首先，鉛蓄電池以初始充電電流Is(A)充電。測(cè)量充電開(kāi)始時(shí)的充電電壓(Vs)。將Vs的值與放電深度參考電壓Vc(S1303)進(jìn)行比較。根據(jù)如下的Vs和Vc之間的關(guān)系對(duì)充電進(jìn)行控制①如果Vs Vc(如圖19中用實(shí)線所表示的那樣)，就確定為淺度放電狀態(tài)，并進(jìn)行恒壓充電(在控制電壓V2之下，在圖19中用實(shí)線表示)。最好使用一個(gè)定時(shí)器，這樣，當(dāng)從充電電壓到達(dá)一個(gè)預(yù)定值(V1)起經(jīng)過(guò)一段預(yù)定的時(shí)間(T3)，充電就被終止，例如，為了保證適當(dāng)?shù)某潆婋娏?。最好是控制電壓分別滿足V1＜V2，使無(wú)論檢測(cè)的電壓如何波動(dòng)，都保證安全的檢測(cè)，盡管使用V1＝V2也是可行的。②如果Vs＜Vc(如圖19中用虛線所表示的那樣)，就確定為深度放電狀態(tài)，并進(jìn)行恒流充電(在圖19中用虛線表示)。最好使用一個(gè)定時(shí)器，這樣，當(dāng)從充電電壓到達(dá)一個(gè)預(yù)定值(V3)起經(jīng)過(guò)一段預(yù)定的時(shí)間(T4)，充電就被終止，以防止過(guò)度充電，并且保證適當(dāng)?shù)某潆婋娏俊?br> 盡管在上面的例子中比較結(jié)果被分為①Vs Vc和②Vs＜Vc，也可以根據(jù)特別的控制方法的需要使用①Vs＞Vc和②Vs Vc。本發(fā)明的第四實(shí)施例-改進(jìn)圖20示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的充電圖形的一個(gè)改進(jìn)，其中，使用了一個(gè)不同的方法以確定放電深度。具體而言，施行了初始充電電流(Is)的恒流充電，并且測(cè)量了從開(kāi)始充電到充電電壓達(dá)到一個(gè)預(yù)設(shè)電壓值(V4)所經(jīng)歷的時(shí)間(T5)。將測(cè)量的時(shí)間T5與放電深度參考時(shí)間(Tc)進(jìn)行比較。①如果T5 Tc(如圖20中用虛線所表示的那樣)，就確定為深度放電狀態(tài)。然后，采用如本發(fā)明的第四實(shí)施例中的“②Vs＜Vc”的情況中相同的方法對(duì)充電進(jìn)行控制。②如果T5＜Tc(如圖20中用實(shí)線所表示的那樣)，就確定為淺度放電狀態(tài)。然后，采用如本發(fā)明的第四實(shí)施例中的“①Vs Vc”的情況中相同的方法對(duì)充電進(jìn)行控制。
盡管在上面的例子中，比較結(jié)果被分為①T5 Tc和②T5＜Tc，也可以如本發(fā)明的第四實(shí)施例中那樣，根據(jù)特別的控制方法的需要，使用①T5＞Tc和②T5 Tc。
在上述本發(fā)明的第四實(shí)施例及其改進(jìn)中，在確定淺度放電狀態(tài)的例子中所進(jìn)行的充電控制表示為一個(gè)單級(jí)的恒壓控制。盡管如此，本發(fā)明并不局限于此；例如，可以施行兩級(jí)恒壓控制，其中充電電壓根據(jù)檢測(cè)的充電電流的降低而降低。在確定為深度放電的狀態(tài)時(shí)，可以施行兩級(jí)恒流充電，其中充電電流根據(jù)檢測(cè)的充電電壓V3的增加而降低，從而進(jìn)一步將過(guò)度充電減到最小。
在具有上述充電特性的充電器中，恒壓充電和恒流充電的控制電路可以基于基本相同的電路構(gòu)建。因此，這樣的充電器可以通過(guò)僅僅增加用于檢測(cè)在充電開(kāi)始時(shí)充電電壓V1和V2的電路和用于選擇恒壓充電或恒流充電的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的第四實(shí)施例-實(shí)例發(fā)明人通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的充電方法和使用常規(guī)的恒壓充電和恒流充電方法進(jìn)行充電/放電周期壽命的測(cè)試。
在測(cè)試中使用了以下參數(shù)值本發(fā)明的第四實(shí)施例-如圖19所示的根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的充電方法初始充電電流Is 4.5A放電深度參考電壓Vc 12.0V用于淺度放電狀態(tài)的充電控制電壓V2 14.7V(當(dāng)充電電壓等于V1＝14.5V時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，并且從定時(shí)器啟動(dòng)開(kāi)始經(jīng)過(guò)T3＝10h后充電終止)用于深度放電狀態(tài)的充電控制電流 4.5A
(當(dāng)充電電壓等于V3＝14.5V時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，并且從定時(shí)器啟動(dòng)開(kāi)始經(jīng)過(guò)T4＝1.5h后充電終止)常規(guī)實(shí)例1-如圖22所示的恒壓充電方法初始充電電流 4.5A充電控制電壓 14.7V充電時(shí)間 12hs(常規(guī)例2-如圖23所示的恒流充電方法)初始充電電流 4.5A(當(dāng)充電電壓等于14.5V時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，并且從定時(shí)器啟動(dòng)開(kāi)始經(jīng)過(guò)T4＝1.5h后充電終止)通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例和常規(guī)實(shí)例1、2的充電方法，將放電深度改變?yōu)轭~定容量的5％，10％，30％，60％，或90％對(duì)密封型鉛蓄電池(12V/30Ah)進(jìn)行周期壽命測(cè)試。結(jié)果如圖21所示。
從圖21所示的結(jié)果可以看出，無(wú)論放電深度如何，充電電量是放電電量的大約105％到大約115％，指標(biāo)相當(dāng)穩(wěn)定。與常規(guī)例1的恒壓充電所獲得的結(jié)果相比，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例，處于深度放電狀態(tài)的蓄電池的周期壽命大大改善。與常規(guī)例2的恒流充電所獲得的結(jié)果相比，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例，處于淺度放電狀態(tài)的蓄電池的周期壽命大大改善。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的充電方法，根據(jù)放電狀態(tài)，可以選擇恒壓充電或恒流充電，這樣，無(wú)論放電深度，都可以提供相對(duì)于放電電量為常數(shù)的充電電量。結(jié)果，無(wú)論是深度或淺度放電狀態(tài)，都可以獲得穩(wěn)定的周期壽命。如圖21所示的結(jié)果可以看出，額定容量的30％到大約50％可以適合用來(lái)作為確定放電深度的參考值。最好是確定放電深度，將大于額定容量的30％到50％的放電深度定義為深度(以施行恒流控制)，將小于額定容量的30％到50％的放電深度定義為淺度(以施行恒壓控制)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的充電方法，無(wú)論蓄電池的放電深度如何變化，通過(guò)合適的充電控制，總是可以提供合適的充電電量，而不會(huì)造成充電不足或過(guò)度充電。結(jié)果，蓄電池的周期壽命的降低被減到最小，從而在工業(yè)上作出了相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的充電方法，通過(guò)檢測(cè)蓄電池(尤其是密封型鉛蓄電池)的放電深度中的任何用戶感應(yīng)造成的變化，總是可以施行適當(dāng)充電。結(jié)果，密封型鉛蓄電池的壽命得到延長(zhǎng)，從而在工業(yè)上作出了相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的充電方法，在相應(yīng)于小放電深度的區(qū)域，對(duì)采用Pb-Ca型陽(yáng)極柵格合金和在20℃比重為1.280或更多的電解液的鉛蓄電池，周期壽命的降低可以被減到最小。本發(fā)明的充電方法對(duì)密封型鉛蓄電池尤其有用，對(duì)此，Pb-Ca型陽(yáng)極柵格合金是必不可少的。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的充電方法，無(wú)論蓄電池的放電深度如何變化，總是可以通過(guò)合適的電壓，獲得合適的充電控制。結(jié)果，與常規(guī)的恒壓充電方法相關(guān)的充電不足和過(guò)度充電的問(wèn)題可以被減輕，以將蓄電池的周期壽命的降低減到最小，從而在工業(yè)上作出顯著的貢獻(xiàn)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的充電方法，無(wú)論蓄電池的放電深度如何變化，通過(guò)合適的充電控制，總是可以提供合適的充電電量，而不會(huì)造成充電不足或過(guò)度充電。結(jié)果，蓄電池的周期壽命的降低被減到最小，從而在工業(yè)上作出了相當(dāng)大的貢獻(xiàn)。
在本發(fā)明的范圍和本質(zhì)之內(nèi)的各種其他的改進(jìn)是顯而易見(jiàn)的，并可以由熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員輕易實(shí)現(xiàn)。因此，在此所附的權(quán)利要求的范圍并不局限于前面的說(shuō)明書(shū)的描述，而是可以做更寬的解釋。
權(quán)利要求
1.一種對(duì)蓄電池充電的方法，其特征在于包括以下步驟對(duì)蓄電池預(yù)充電的第一步驟；在進(jìn)行預(yù)充電后，測(cè)量第一蓄電池電壓Vba1的第二步驟；根據(jù)第一蓄電池電壓Vba1的測(cè)量對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的第三步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一步驟包括在蓄電池充電之前，測(cè)量第二蓄電池電壓Vba0的第四步驟；所述第三步驟包括將第一蓄電池電壓Vba1與第一預(yù)設(shè)電壓V1、第二預(yù)設(shè)電壓V2、第三.預(yù)定電壓V3進(jìn)行比較的第五步驟，其中V3＜V2＜V1；如果第一蓄電池電壓Vba1在小于等于第一預(yù)設(shè)電壓V1和大于等于第二預(yù)設(shè)電壓V2之間，以第一充電模式進(jìn)行第一充電的第六步驟；如果第一蓄電池電壓Vba1在小于等于第二預(yù)設(shè)電壓V2和大于等于第三預(yù)設(shè)電壓V3之間，以第二充電模式進(jìn)行第二充電的第七步驟；如果第一蓄電池電壓Vba1在小于第三預(yù)設(shè)電壓V3，進(jìn)行活性充電的第八步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，第八步驟包括重復(fù)循環(huán)的第九步驟，該第九步驟包括活性充電并隨后測(cè)量第三蓄電池電壓Vba2的步驟，其中，預(yù)定循環(huán)期限直到第三蓄電池電壓Vba2大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，以及如果第三蓄電池電壓Vba2在預(yù)定循環(huán)期限內(nèi)大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，以第二充電模式進(jìn)行第二充電的步驟；如果第三蓄電池電壓Vba2在預(yù)定循環(huán)期限內(nèi)沒(méi)有大于第三預(yù)設(shè)電壓V3，結(jié)束對(duì)蓄電池充電的第十步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第六步驟包括使用第一充電電壓Vch1對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電的步驟；在充電電流減少到預(yù)定值Ia后，使用第二充電電壓Vch2對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電的步驟，其中；Vch2＜Vch1，以及第七步驟包括使用第三充電電壓Vch3對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電的步驟；在充電電流減少到預(yù)定值Ib后，使用預(yù)定充電電流Ic對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流充電的第十一步驟，以及在第十一步驟后，使用充電電壓Vch4對(duì)蓄電池進(jìn)行恒壓充電的步驟，其中，Vch4＜Vch3。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于還包括如果預(yù)充電后測(cè)量的第一蓄電池電壓Vba1大于第一預(yù)設(shè)電壓V1或者如果第一蓄電池電壓Vba1小于第四預(yù)設(shè)電壓V4，結(jié)束對(duì)蓄電池充電的步驟，其中V4＜V3。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第一步驟包括在第二蓄電池電壓Vba0等于或大于第五預(yù)設(shè)電壓V5時(shí)執(zhí)行的步驟包括在預(yù)充電期間，如果充電電流Ip等于或小于Imax和大于或等于Imin(Imin＞0)，在預(yù)充電后測(cè)量第一蓄電池電壓Vba1；如果充電電流Ip大于Imax，則顯示充電設(shè)備工作不正常信息并終止充電，或者如果預(yù)充電期間充電電流小于Imin，則顯示蓄電池不正常的警示信息并終止充電，以及在第二蓄電池電壓Vba0小于或大于第五預(yù)設(shè)電壓V5時(shí)執(zhí)行的步驟包括如果充電電流Ip大于Imax，顯示指示充電設(shè)備工作不正常信息并終止充電，以及如果預(yù)充電期間充電電流Ip等于或小于Imax，則在預(yù)充電后測(cè)量第一蓄電池電壓Vba1。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一步驟包括在對(duì)蓄電池充電之前測(cè)量環(huán)境溫度的步驟，以及第一充電電壓Vch1、第二充電電壓Vch2、第三充電電壓Vch3和第四充電電壓Vch4相對(duì)于環(huán)境溫度Ta具有相反的特性。
8.一種包括Pb-Ca型合金陽(yáng)極柵格和含有稀硫酸且在20℃其比重等于或大于1.280的電解溶液的鉛蓄電池的充電方法，其特征在于，所述充電方法包括控制充電電壓使之大約為或小于2.40伏特/單元，鉛蓄電池的放電深度大約為或小于鉛蓄電池額定容量的50％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，充電開(kāi)始后即刻的電池值開(kāi)始被用作指示放電深度的參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，從充電起始開(kāi)始直到獲得預(yù)定的電池值的充電時(shí)間用于指示放電深度的參數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，控制充電電壓以保持與在進(jìn)行充電時(shí)環(huán)境溫度相反特性。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，鉛蓄電池包括密封的鉛蓄電池，該電池在密封型鉛蓄電池的負(fù)極板吸收氧氣，該氧氣由密封型鉛蓄電池的正極板產(chǎn)生。
13.一種通過(guò)控制充電電壓使之等于或小于預(yù)定控制電壓值的對(duì)蓄電池的充電方法，其特征在于，控制所述控制電壓值使之維持相對(duì)于進(jìn)行充電的環(huán)境溫度的相反的特性，以及維持相對(duì)于蓄電池放電深度的正的特性。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，從充電開(kāi)始時(shí)的充電電壓值和從充電開(kāi)始到充電電壓增加到預(yù)定值所經(jīng)過(guò)的時(shí)間中選出指示放電深度的參數(shù)。
15.一種對(duì)蓄電池充電的充電裝置，其特征在于，包括充電電壓控制單元，用于控制充電電壓以便使之等于或低于預(yù)定的控制電壓值；環(huán)境溫度測(cè)量單元，用于在充電時(shí)測(cè)量環(huán)境溫度，以及放電深度檢測(cè)單元，用于檢測(cè)蓄電池的放電深度，其中，充電電壓控制單元控制控制電壓值以保持相對(duì)于由環(huán)境溫度測(cè)量單元測(cè)量到的環(huán)境溫度具有相反特性，以及保持相對(duì)于由放電深度檢測(cè)單元測(cè)量到的放電深度具有正的特性。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的充電裝置，其特征在于，放電深度檢測(cè)單元包括用于對(duì)從充電開(kāi)始時(shí)的充電電壓值和從充電開(kāi)始到充電電壓增加到預(yù)定值所經(jīng)過(guò)的時(shí)間中選出的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量的裝置，其中，放電深度檢測(cè)單元使用檢測(cè)到的參數(shù)檢測(cè)放電深度。
17.一種對(duì)鉛蓄電池進(jìn)行充電的方法，其特征在于，包括檢測(cè)鉛蓄電池放電狀態(tài)的第一步驟，以及如果檢測(cè)到的放電狀態(tài)與預(yù)定放電狀態(tài)相比較是淺的，則將鉛蓄電池進(jìn)行恒壓充電，如果檢測(cè)到的放電狀態(tài)與預(yù)定放電狀態(tài)相比較是深的，則將鉛蓄電池進(jìn)行恒流充電。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，第二步驟包括根據(jù)參數(shù)檢測(cè)放電深度，所述參數(shù)從充電開(kāi)始時(shí)的充電電壓值和從充電開(kāi)始到獲得預(yù)定充電電壓所經(jīng)過(guò)的時(shí)間中選出。
全文摘要
一種蓄電池充電方法,包括對(duì)蓄電池預(yù)充電的第一步驟;在預(yù)充電后測(cè)量第一蓄電池電壓Vbal的第二步驟;和根據(jù)對(duì)第一蓄電池電壓Vbal的測(cè)量對(duì)蓄電池充電的第三步驟。
文檔編號(hào)H02J7/10GK1241042SQ9910757
公開(kāi)日2000年1月12日 申請(qǐng)日期1999年5月27日 優(yōu)先權(quán)日1998年5月27日
發(fā)明者小池喜一, 室地晴美, 石渡正人, 神保裕行, 齋藤典男 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社