專利名稱：電池快速充電控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用"直流充電測量法"檢淵并判斷二次電池的內(nèi)阻變化狀態(tài)， 實(shí)現(xiàn)安全、快速充電的二次電池快速充電控制方法。具體地說是一種基于"直流充電 測量法"原理的電池快速充電控制方法。
背景技術(shù)：
隨著便攜式電子產(chǎn)品和電動交通工具的大量普及,作為向它們提供電力能源的二 次電池的角色巳從過去的"配角"向"關(guān)鍵"零部件轉(zhuǎn)變。同時，由于這些產(chǎn)品和工 具使用的連續(xù)性需要，二次電池的安全、快速充電技術(shù)的應(yīng)用則顯得越發(fā)重要。然而, 目前所使用的快速充電模式具有一定的局限性。特別是當(dāng)部分使用時間較長的二次電 池在內(nèi)阻偏大時， 一旦采用大電流快速充電，則會產(chǎn)生較大的過沖電流，導(dǎo)致充電失 敗而不能使用，造成不必要的浪費(fèi)。因此，設(shè)計一種簡單可行的、根據(jù)電池的內(nèi)部狀 態(tài)來調(diào)節(jié)充電參數(shù)的快速充電裝置以滿足各種狀態(tài)電池的充電需求顯得尤其重要。目 前市面上還沒有這種簡單有效的控制方法。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于"直流充電測量法"原理的 電池快速充電控制方法。該方法采用"直流充電測量法"檢測并判斷二次電池的內(nèi)阻 變化狀態(tài)，并根據(jù)電池內(nèi)阻的大小合理調(diào)節(jié)充電電流，實(shí)現(xiàn)安全、快速充電。本發(fā)明 對包括內(nèi)阻偏大等各種狀態(tài)的二次電池進(jìn)行快速、安全的充電控制，能有效延長二次 電池的使用壽命。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種電池快速充電控制方法，其特征在于該方法在改變充電電流的同時，通過 檢測二次電池電壓的變化來獲得此刻電池內(nèi)阻的大小，并根據(jù)電池的內(nèi)部狀態(tài)實(shí)現(xiàn)快 速充電的最佳控制它包括以下步驟1)在電池或電池組以某一電流I充電過程中，瞬間疊加一充電電流AI,,充龜電流變?yōu)镮+AI，這一疊加的電流在電池的內(nèi)阻上產(chǎn)生一個電壓增量AU-U2 - Ul, 測量出充電電流疊加前后電池或電池組兩端的電壓Ul和U2:2) 根據(jù)所測量的電壓U1和U2計算出電壓增量AU-U2 - Ul,由AI和AU求 出此刻電池內(nèi)阻Ri的值Rj=(U2 - Ul)/ (1+ AI- I ) = AU/AI 。3) 根據(jù)測量并計算出的電池內(nèi)阻當(dāng)前值，確定是增加還是保持充電電流的值， 并根據(jù)以下模糊控制規(guī)則確定第n次充電電流1 的調(diào)節(jié)策略如果第n-l次測量的內(nèi)阻為大，即測量鵬過標(biāo)準(zhǔn)值的30%，則In = ; 如果第n-l次測量的內(nèi)阻PU為較大，即測量值超過標(biāo)準(zhǔn)值在1% 30%之間，則ln-I^+Id,其中Ia為電流單位增量；如果第n-l次測量的內(nèi)阻R^為不大，即測量值在標(biāo)準(zhǔn)值允許波動范圍內(nèi)，則1 -In-i+kid, (k=2, 3, 4);如果連續(xù)三次所測量的內(nèi)阻R^3、 R》2和R^均不大，貝1』1 = 1 ，其中Uc為最 大充電電流；4) 通過以上調(diào)節(jié)策略實(shí)現(xiàn)快速充電的最佳控制。本發(fā)明是一種基于"直流充電測量法"原理的電池快速充鬼控制方法，它采用單 片計算機(jī)作為控制器，測量、計算并分析二次電池的充電狀態(tài)，控制并調(diào)節(jié)電池的充 電電流；如果電池或電池組表面溫度超過設(shè)定值或者電池或電池組充電的電壓連續(xù)出 現(xiàn)-AU，則令I(lǐng)n-IsmaU,結(jié)束快速充電，改為涓流充電，其中IsmtU為0. 05C。本發(fā)明基于"直流充電測量法"原理，在改變充電電流的同時，通過檢測二次電 池電壓的變化來獲得此刻電池內(nèi)阻的大小，并根據(jù)電池的內(nèi)部狀態(tài)實(shí)現(xiàn)快速充電的最 佳控制；它的優(yōu)點(diǎn)是1、能夠快速計算出二次電池內(nèi)阻的變化量，以確定合適的充 電電流，方法簡便、安全2、本發(fā)明可以對內(nèi)阻偏大的二次電池進(jìn)行有效的充電， 能延長二次電池的使用壽命。本發(fā)明安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、且容易實(shí)現(xiàn)。


圖1是本發(fā)明中電池快速充電控制系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)框圖；圖2是直流充電時的瞬態(tài)電壓和電流變化波形。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。附圖1所示為基于"直流充電測量法"原理的電池快速充電控制系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)框圖。該控制系統(tǒng)包括可控充電電流電路1、電流檢測電路2、電壓檢測電路3、溫度檢測電路4、單片計算機(jī)5和電池或電池組6?？煽爻潆婋娏麟娐?在單片機(jī)5的 控制下向被充電電池或電池組6提供充電電流；電流檢測電路2用于測量并向單片計 算機(jī)5提供所調(diào)節(jié)的充電電流值；電壓檢測電路3用于檢測電池或電池組6兩端的瞬 時電壓并傳送給單片計算機(jī)5;溫度檢測電路4則用于測量電池或電池組6的表面溫 度并傳送給單片計算機(jī)5;單片計算機(jī)5則根據(jù)充電電流改變瞬間所引起的電池端電 壓變化情況，計算出充電電流修正的增量并根據(jù)電流檢測電路的反饋信號調(diào)節(jié)電池充 電電流的值；同時當(dāng)電池或電池組6的溫度超過上限值或者電池或電池組的充電電壓持續(xù)一定時間出現(xiàn)-AU的情況，則結(jié)束快速充電，并令充電電流In-IsmaU,改為涓流 充電。附圖2為直流充電時的瞬態(tài)電壓和電流變化波形。開始時，單片計算機(jī)控制可控充電電流電路以某一電流I對二次電池進(jìn)行充電，然后，每間隔一定時間疊加一充電 電流增量AI,這一疊加的電流在電池的內(nèi)阻上必將產(chǎn)生一個電壓增量AU = U2 - Ul， 如圖2。由公式R-(U2 - Ul)/ (1+ AI- I ) == AU/AI可以近似計算出電池當(dāng)前的直流內(nèi)阻Ri。然后根據(jù)所求出的電池內(nèi)阻的大小，確定下一次充電電流In的調(diào)節(jié)策 略如果第n-l次測量的內(nèi)阻R^為大，即測量皿過標(biāo)準(zhǔn)值的30%，則1 = 1 .1;如果第n-l次測量的內(nèi)阻R^為較大，即測量值超過標(biāo)準(zhǔn)值的1%,不超過標(biāo)準(zhǔn) 值的30%，貝ijln-l^+ld,其中Id為電流單位增量；如果第n-l次測量的內(nèi)阻R^為不大，即測量值在標(biāo)準(zhǔn)值允許波動范圍內(nèi)，則1 -I^+kld, (k=2， 3， 4);如果連續(xù)三次所測量的內(nèi)阻R^、 R^和R^均不大，則In-Imax,其中Imax為最 大充電電流。本發(fā)明采用單片計算機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心，測量、計算并分析二次電池的充 電狀態(tài)，控制并調(diào)節(jié)電池的充電電流；如果電池或電池組表面溫度超過設(shè)定值或者電 池或電池組充電的電壓連續(xù)出現(xiàn)-AU，則令I(lǐng)n-Ua,,結(jié)束快速充電，改為涓流充電，其中Ismail為0.05C。通過實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明不僅可以實(shí)現(xiàn)對內(nèi)阻偏大的電池進(jìn)行快速充電控制，還可 以及時發(fā)現(xiàn)劣化(內(nèi)阻過大)的蓄電池，排除蓄電池(或蓄電池組)潛在的隱患。本 發(fā)明具有測試簡單、計算方便和易于電路實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，能有效地提高電池的可用率，適用于產(chǎn)品化應(yīng)用和推廣。
權(quán)利要求
1、一種電池快速充電控制方法，其特征在于該方法在改變充電電流的同時，通過檢測二次電池電壓的變化來獲得此刻電池內(nèi)阻的大小，并根據(jù)電池的內(nèi)部狀態(tài)實(shí)現(xiàn)快速充電的最佳控制；它包括以下步驟1)在電池或電池組以某一電流I充電過程中，瞬間疊加一充電電流ΔI，即充電電流變?yōu)镮+ΔI，這一疊加的電流在電池的內(nèi)阻上產(chǎn)生一個電壓增量ΔU＝U2-U1，測量出充電電流疊加前后電池或電池組兩端的電壓U1和U2；2)根據(jù)所測量的電壓U1和U2計算出電壓增量ΔU＝U2-U1，由ΔI和ΔU求出此刻電池內(nèi)阻Ri的值Ri＝(U2-U1)/(I+ΔI-I)＝ΔU/ΔI。3)根據(jù)測量并計算出的電池內(nèi)阻當(dāng)前值，確定是增加還是保持充電電流的值，并根據(jù)以下模糊控制規(guī)則確定第n次充電電流In的調(diào)節(jié)策略如果第n-1次測量的內(nèi)阻Rn-1為大，則In＝In-1；如果第n-1次測量的內(nèi)阻Rn-1為較大，則In＝In-1+Id，其中Id為電流單位增量；如果第n-1次測量的內(nèi)阻Rn-1為不大，則In＝In-1+kId，(k＝2，3，4)；如果連續(xù)三次所測量的內(nèi)阻Rn-3、Rn-2和Rn-1均不大，則In＝Imax，其中Imax為最大充電電流；4)通過以上調(diào)節(jié)策略實(shí)現(xiàn)二次電池快速充電的最佳控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電池快速充電控制方法，其特征在于采用單片計算 機(jī)作為控制器，測量、計算并分析二次電池的充電狀態(tài)，控制并調(diào)節(jié)電池的充電電流; 如果電池或電池組表面溫度超過設(shè)定值或者電池或電池組充電的電壓連續(xù)出現(xiàn)-AU, 則令1 = I皿u,結(jié)束快速充電，改為涓流充電，其中I^n為0.05C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于“直流充電測量法”原理的電池快速充電控制方法。該方法首先是在改變充電電流的同時，通過檢測二次電池或電池組兩端電壓的變化情況來獲得此刻電池內(nèi)阻的大?。蝗缓蟾鶕?jù)所測電池內(nèi)阻所處的范圍和所制定的調(diào)節(jié)策略，實(shí)時輸出充電電流的控制量；同時，根據(jù)所測電池表面溫度是否超過設(shè)定值或電池充電電壓有否連續(xù)出現(xiàn)-ΔU，確定是否結(jié)束快速充電過程，以達(dá)到安全、快速、高效充電的目標(biāo)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)起來比較簡單，效果顯著，采用本發(fā)明設(shè)計的充電器可以有效地延長二次電池的使用壽命，提高二次電池的利用率。
文檔編號H02J7/04GK101299542SQ20081002041
公開日2008年11月5日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者曹建平, 江國棟 申請人:南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院