電池步進(jìn)式充電控制方法以及電池步進(jìn)式充電裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電池步進(jìn)式充電控制方法以及電池步進(jìn)式充電裝置。本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制方法包括下述步驟：以階梯狀電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的預(yù)充電步驟；測(cè)量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時(shí)各個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)的電流值的電流測(cè)量步驟；根據(jù)所述預(yù)充電步驟中的階梯狀電壓的電壓值和所述電流測(cè)量步驟中測(cè)量得的對(duì)應(yīng)的電流值計(jì)算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計(jì)算步驟；根據(jù)所述內(nèi)阻計(jì)算步驟計(jì)算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測(cè)最大充電電壓的充電電壓預(yù)測(cè)步驟；以及以所述預(yù)測(cè)步驟預(yù)測(cè)到的最大充電電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的主充電步驟。利用本發(fā)明的充電控制方法及其裝置，不僅能夠防止過充電，而且能夠達(dá)到快速充電的目的。
【專利說明】電池步進(jìn)式充電控制方法以及電池步進(jìn)式充電裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蓄電池的充電管理方法，特別是涉及基于蓄電池的內(nèi)阻來對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的電池步進(jìn)式充電控制方法以及電池步進(jìn)式充電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電動(dòng)交通工具和便攜式電子產(chǎn)品的大量普及，作為它們動(dòng)力能源的蓄電池也成為關(guān)注的對(duì)象。由于這些電子產(chǎn)品或者電動(dòng)交通工具使用的連續(xù)性需要，電池的高效、快速充電顯得越來越重要。所謂快速充電就是要尋找一種能使在最短的時(shí)間內(nèi)，迅速恢復(fù)電池所能存儲(chǔ)的電量，且不會(huì)對(duì)電池的循環(huán)使用壽命造成負(fù)面影響的方法。目前在混合動(dòng)力車或純動(dòng)力車的領(lǐng)域中，對(duì)于其蓄電池采用三段式充電方方法。
[0003]三段式充電方主要包括恒流、恒壓和浮充這三個(gè)階段。恒流充電階段中，當(dāng)充電器接上蓄電池時(shí)，輸出電壓因接上負(fù)載而下降，充電電流經(jīng)充電器正極流向蓄電池并回到充電器負(fù)極，保持一個(gè)動(dòng)態(tài)的恒流充電狀態(tài)。在恒流充電階段之后，充電電壓逐漸上升，當(dāng)?shù)揭?guī)定時(shí)間時(shí)保持一個(gè)動(dòng)態(tài)恒壓充電的過程。在恒壓充電階之后，充電電流流逐漸減小，進(jìn)入浮充階段。
[0004]利用上述三段式充電法雖然能夠達(dá)到一定程度的快速充電，但是當(dāng)部分使用時(shí)間較長的電池在內(nèi)阻偏大時(shí)，一旦采用大電流快速充電，則會(huì)產(chǎn)生較大的過充電流，導(dǎo)致充電失敗。
[0005]另一方面，如果是車用的蓄電池，由于車輛發(fā)電機(jī)的電壓高，開始充電時(shí)的充電電流會(huì)很大,例如充電電流會(huì)超過必須要的30?50A左右，這樣會(huì)導(dǎo)致過充電而損害蓄電池。而且，由于不清楚電池的狀態(tài)而直接用大電流進(jìn)行充電，不僅對(duì)蓄電池會(huì)造成損害，也是對(duì)能源的一種無形浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明鑒于上述問題，旨在提出一種能夠基于電池內(nèi)阻來控制電池充電以防止過充的電池步進(jìn)式充電控制方法以及電池步進(jìn)式充電裝置。
[0007]本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制方法，其特征在于，包括下述步驟:
以階梯狀電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的預(yù)充電步驟；
測(cè)量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時(shí)各個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)的電流值的電流測(cè)量步驟；
根據(jù)所述預(yù)充電步驟中的階梯狀電壓的電壓值和所述電流測(cè)量步驟中測(cè)量得的對(duì)應(yīng)的電流值計(jì)算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計(jì)算步驟；
根據(jù)所述內(nèi)阻計(jì)算步驟計(jì)算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測(cè)最大充電電壓的充電電壓預(yù)測(cè)步驟；
以及
以所述預(yù)測(cè)步驟預(yù)測(cè)到的最大充電電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的主充電步驟。
[0008]優(yōu)選地，所述階梯狀電壓為上升狀的階梯狀電壓。[0009]優(yōu)選地，所述階梯狀的電壓的起始電壓值為等于大于開路電壓的電壓值。
[0010]優(yōu)選地，在所述主充電步驟之后還包括:
檢測(cè)電池的SOC并且在SOC達(dá)到規(guī)定值后以涓流充電方式進(jìn)行充電的涓流充電步驟。
[0011]本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制裝置，其特征在于，包括下述模塊:
以階梯狀電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的預(yù)充電模塊；
測(cè)量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時(shí)各個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)的電流值的電流測(cè)量模塊；
根據(jù)所述預(yù)充電步驟中的階梯狀電壓的電壓值和所述電流測(cè)量步驟中測(cè)量得的對(duì)應(yīng)的電流值計(jì)算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計(jì)算模塊；
根據(jù)所述內(nèi)阻計(jì)算步驟計(jì)算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測(cè)最大充電電壓的充電電壓預(yù)測(cè)模塊；
以及
以所述預(yù)測(cè)步驟預(yù)測(cè)到的最大充電電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的主充電模塊。
[0012]優(yōu)選地，所述階梯狀電壓為上升狀的階梯狀電壓。
[0013]優(yōu)選地，所述階梯狀的電壓的起始電壓值為等于大于開路電壓的電壓值。
[0014]優(yōu)選地，還包括:檢測(cè)電池的SOC并且在SOC達(dá)到規(guī)定值后以涓流充電方式進(jìn)行充電的涓流充電模塊。
[0015]基于上述本發(fā)明的步進(jìn)式充電控制方法和步進(jìn)式充電控制裝置，通過先以小電壓為起始點(diǎn)的淺階梯狀電壓對(duì)電池充電，測(cè)量其電流，由此得到電池內(nèi)阻的近似值，根據(jù)該電池內(nèi)阻的近似值，計(jì)算最大充電電壓，然后以最大充電電壓對(duì)電池進(jìn)行充電，具有能夠有效防止充電并且能夠進(jìn)行快速充電的優(yōu)異效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是直流充電時(shí)的電壓和電流的波形示意圖。
[0017]圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式電池步進(jìn)式充電控制方法的流程示意圖。
[0018]圖3是表示本發(fā)明第二實(shí)施方式電池步進(jìn)式充電控制方法的流程示意圖。
[0019]圖4是表示本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面介紹的是本發(fā)明的多個(gè)可能實(shí)施例中的一些，旨在提供對(duì)本發(fā)明的基本了解。并不旨在確認(rèn)本發(fā)明的關(guān)鍵或決定性的要素或限定所要保護(hù)的范圍。
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0022]在對(duì)本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制方法以及電池步進(jìn)式充電裝置進(jìn)行說明之前，先對(duì)電池內(nèi)阻進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
[0023]電池內(nèi)阻是指電流通過電池時(shí)所受到的阻力包括歐姆內(nèi)阻和極化電阻。歐姆內(nèi)阻由電機(jī)材料、電解液、隔膜的電阻以及各部分零件的接觸電阻組成。極化電阻是指正極與負(fù)極在進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)時(shí)極化所引起的內(nèi)阻，是電話學(xué)極化和濃差極化所引起的電阻之后。時(shí)間效應(yīng)幾秒到幾百毫秒的延遲。
[0024]電池內(nèi)阻是是電池壽命的反映，也是電池狀態(tài)全面反映。例如，在作為車用蓄電池常用的閥控密封鉛酸蓄電池中，如果出現(xiàn)早期容量損失、板柵腐蝕和膨脹、水水干涸，硫酸鹽化等都會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大。因此，對(duì)電池內(nèi)阻的測(cè)量可以反映電池的故障或失效信息。因此，通過測(cè)量電阻能夠全面把握電池狀態(tài)。因此，為了掌握電池性能，很重要的手段是對(duì)電池內(nèi)阻進(jìn)行測(cè)定。
[0025]為了對(duì)電池內(nèi)阻進(jìn)行測(cè)量，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過銳意的研究提出了以下直流充電
測(cè)量法。
[0026]圖1是直流充電時(shí)的電壓和電流的波形示意圖。
[0027]在該直流充電測(cè)量法中，以恒定電流I充電過程中，瞬間疊加一充電電流Λ I，這一疊加的電流在電池的內(nèi)阻上必將產(chǎn)生一個(gè)電壓增量AU。如圖1所不，由下述公式(I)可以近似地計(jì)算出電流的直流內(nèi)阻R#:
R內(nèi)=(U2-U1)/(Ι+Λ 1-1)= Δυ/ΔΙ...(I)
根據(jù)上述公式(I)可知，如果所疊加的增量充電電流△ I恒定，則電池上產(chǎn)生的電壓增量AU與電池的直流內(nèi)阻1^成正比。根據(jù)這一特性，假設(shè)用固定的增量電流I疊加到充電電流上，測(cè)量電池上瞬間產(chǎn)生的電壓增量U，由于該U的變化趨勢(shì)與蓄電池內(nèi)阻％的變化趨勢(shì)一致，因此，我們將U等效看作蓄電池內(nèi)阻R&因此，不必精確計(jì)算出電池內(nèi)阻的值，而只要根據(jù)其近似值就能夠確定之后要施加的充電電流或充電電壓。這里的蓄電池內(nèi)阻R#內(nèi)并不是真正的電池內(nèi)阻，僅是近似值，我們也可以把這里的蓄電池內(nèi)阻R內(nèi)稱作為“可充電接受性”，由于其線性度非常好，符合電阻特性，因此可以將其看作為電池內(nèi)阻。
[0028]第一實(shí)施方式
以下對(duì)本發(fā)明第一實(shí)施方式的電池步進(jìn)式充電控制方法進(jìn)行說明。
[0029]圖2是表示本發(fā)明第一實(shí)施方式電池步進(jìn)式充電控制方法的流程示意圖。
[0030]如圖2所示，本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制方法主要包括預(yù)充電步驟S100、電流測(cè)量步驟S200、內(nèi)阻計(jì)算步驟S300、充電電壓預(yù)測(cè)步驟S400、以及主充電步驟S500。
[0031]首先，在預(yù)充電步驟SlOO中，在開始充電時(shí)，預(yù)先給一個(gè)小電壓，以淺階梯狀的電壓對(duì)電池進(jìn)行充電。例如，以開路電壓為起始點(diǎn)，假設(shè)開路電壓為12.8V，我們可以以12.8或者12.9V的電壓作為起始點(diǎn)U1進(jìn)行充電，然后，給予一個(gè)大于該U1的電壓U2，電壓U2比電壓U1略大，這里我們將該階梯狀的電壓稱作為淺階梯狀上升的電壓。該階梯狀的電壓的壓差U1-U2記為AU。
[0032]然后，在電流測(cè)量步驟S200中，測(cè)量上述階梯狀的電壓UpU2進(jìn)行充電時(shí)的對(duì)應(yīng)的電流Ip I2,
接著，在內(nèi)阻計(jì)算步驟S300中，根據(jù)下述公式(2)可以求得電池內(nèi)阻R#也就是上面所提到的“可充電接受性”。
[0033]
R內(nèi)=(AU/)/( I1 -12)…(2)
接著，在充電電壓預(yù)測(cè)步驟S400中，根據(jù)上述求得的電池內(nèi)阻R @以及最大充電電流Imax (最大充電電流Iniax是已知的)，利用下述公式(3)求得最大充電電壓Uniax。
[0034]
Umax=R內(nèi) Ximax…(3)
然后，在主充電步驟S500中，以所述電壓預(yù)測(cè)步驟S400中預(yù)測(cè)到的最大充電電壓Umax對(duì)電池進(jìn)行充電。
[0035]利用上述本發(fā)明的步進(jìn)式充電控制方法，通過先以小電壓為起始點(diǎn)的淺階梯狀電壓對(duì)電池充電，測(cè)量其電流，由此得到電池內(nèi)阻的近似值，根據(jù)該電池內(nèi)阻的近似值，計(jì)算最大充電電壓，然后以最大充電電壓對(duì)電池進(jìn)行充電。本發(fā)明并沒有采用本領(lǐng)域通常測(cè)電池內(nèi)阻的直流放電法，而是采用了直流充電的方式來對(duì)電池電阻進(jìn)行測(cè)量，能夠節(jié)省能源。并且，通過先以小電壓進(jìn)行預(yù)充，然后根據(jù)小電壓預(yù)充時(shí)的得到的電流獲得電池內(nèi)阻，根據(jù)電池內(nèi)阻得到最大充電電壓，再按照最大充電電壓進(jìn)行充電，能夠有效地防止過充電的情況發(fā)生。而且，由于能夠根據(jù)電池內(nèi)阻迅速得知最大充電電壓，在淺階梯狀的充電電壓之后立即施加最大充電電壓，因此，還能夠達(dá)到快速充電的目的。
[0036]第二實(shí)施方式
以下對(duì)于本發(fā)明的步進(jìn)式充電控制方法的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。第二實(shí)施方式是在上述第一實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，在上述主充電步驟S500之后增加了一涓流充電步驟S600。
[0037]在涓流充電步驟S600中，檢測(cè)電池的SOC并且在SOC達(dá)到規(guī)定值后進(jìn)行涓流充電。
[0038]涓流充電是為了補(bǔ)償自放電，使電池保持在近似完全充電狀態(tài)的連續(xù)小電流充電。是用來彌補(bǔ)電池在充滿電后由于自放電而造成的容量損失。一般米用脈沖電流充電來實(shí)現(xiàn)涓流充電。
[0039]上面對(duì)本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制方法進(jìn)行了說明。以下對(duì)本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。
[0040]圖4是表示本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖4所示，本發(fā)明的充電控制裝置100用于電池200進(jìn)行充電，該充電控制裝置100包括:以階梯狀電壓對(duì)電池200進(jìn)行充電的預(yù)充電模塊101 ;測(cè)量由所述預(yù)充電模塊101以階梯狀電壓進(jìn)行充電時(shí)各個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)的電流值的電流測(cè)量模塊102 ;根據(jù)所述階梯狀電壓的電壓值和由所述電流測(cè)量模塊102測(cè)得與各個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)的電流值計(jì)算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計(jì)算模塊103 ;根據(jù)所述內(nèi)阻計(jì)算模塊103計(jì)算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測(cè)最大充電電壓的電壓預(yù)測(cè)模塊104 ;以及以所述電壓預(yù)測(cè)模塊104預(yù)測(cè)到的最大充電電壓對(duì)電池200進(jìn)行充電的主充電模塊105。
[0041]在本實(shí)施方式中，作為梯狀電壓采用上升狀的階梯狀電壓。該階梯狀的電壓的起始電壓值為等于大于開路電壓的電壓值。
[0042]利用上述本發(fā)明的步進(jìn)式充電控制裝置，通過先以小電壓進(jìn)行預(yù)充，然后根據(jù)小電壓預(yù)充時(shí)的得到的電流獲得電池內(nèi)阻，根據(jù)電池內(nèi)阻得到最大充電電壓，再按照最大充電電壓進(jìn)行充電，能夠有效地防止過充電的情況發(fā)生。而且，由于能夠根據(jù)電池內(nèi)阻迅速得知最大充電電壓，在淺階梯狀的充電電壓之后立即施加最大充電電壓，因此，還能夠達(dá)到快速充電的目的。
[0043]以上例子主要說明了本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制方法和電池步進(jìn)式充電控制裝置。盡管只對(duì)其中一些本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，本發(fā)明可以在不偏離其主旨與范圍內(nèi)以許多其他的形式實(shí)施。因此，所展示的例子與實(shí)施方式被視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權(quán)利要求所定義的本發(fā)明精神及范圍的情況下，本發(fā)明可能涵蓋各種的修改與替換。
【權(quán)利要求】
1.一種電池步進(jìn)式充電控制方法，其特征在于，包括下述步驟: 以階梯狀電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的預(yù)充電步驟； 測(cè)量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時(shí)各個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)的電流值的電流測(cè)量步驟； 根據(jù)所述預(yù)充電步驟中的階梯狀電壓的電壓值和所述電流測(cè)量步驟中測(cè)量得的對(duì)應(yīng)的電流值計(jì)算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計(jì)算步驟； 根據(jù)所述內(nèi)阻計(jì)算步驟計(jì)算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測(cè)最大充電電壓的充電電壓預(yù)測(cè)步驟；以及 以所述預(yù)測(cè)步驟預(yù)測(cè)到的最大充電電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的主充電步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的電池步進(jìn)式充電控制方法，其特征在于， 所述階梯狀電壓為上升狀的階梯狀電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的電池步進(jìn)式充電控制方法，其特征在于， 所述階梯狀的電壓的起始電壓值為等于大于開路電壓的電壓值。
4.如權(quán)利要求3所述的電池步進(jìn)式充電控制方法，其特征在于， 在所述主充電步驟之后還包括: 檢測(cè)電池的SOC并且在SOC達(dá)到規(guī)定值后以涓流充電方式進(jìn)行充電的涓流充電步驟。
5.一種電池步進(jìn)式充電控制裝置，其特征在于，包括下述模塊: 以階梯狀電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的預(yù)充電模塊； 測(cè)量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時(shí)各個(gè)電壓值對(duì)應(yīng)的電流值的電流測(cè)量模塊； 根據(jù)所述預(yù)充電步驟中的階梯狀電壓的電壓值和所述電流測(cè)量步驟中測(cè)量得的對(duì)應(yīng)的電流值計(jì)算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計(jì)算模塊； 根據(jù)所述內(nèi)阻計(jì)算步驟計(jì)算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測(cè)最大充電電壓的充電電壓預(yù)測(cè)模塊；以及 以所述預(yù)測(cè)步驟預(yù)測(cè)到的最大充電電壓對(duì)電池進(jìn)行充電的主充電模塊。
6.如權(quán)利要求5所述的電池步進(jìn)式充電控制裝置，其特征在于， 所述階梯狀電壓為上升狀的階梯狀電壓。
7.如權(quán)利要求6所述的電池步進(jìn)式充電控制裝置，其特征在于， 所述階梯狀的電壓的起始電壓值為等于大于開路電壓的電壓值。
8.如權(quán)利要求7所述的電電池步進(jìn)式充電控制裝置，其特征在于，還包括: 檢測(cè)電池的SOC并且在SOC達(dá)到規(guī)定值后以涓流充電方式進(jìn)行充電的涓流充電模塊。
【文檔編號(hào)】H01M10/44GK103531858SQ201210226584
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年7月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月3日
【發(fā)明者】鄧恒, 王笑益, 張崇生, 郝飛 申請(qǐng)人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司