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：以階梯狀電壓對電池進(jìn)行充電的預(yù)充電步驟；測量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時各個電壓值對應(yīng)的電流值的電流測量步驟；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量步驟中測量得的對應(yīng)的電流值計算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計算步驟；根據(jù)所述內(nèi)阻計算步驟計算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測最大充電電壓的充電電壓預(yù)測步驟；以及以所述預(yù)測步驟預(yù)測到的最大充電電壓對電池進(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]隨著電動交通工具和便攜式電子產(chǎn)品的大量普及，作為它們動力能源的蓄電池也成為關(guān)注的對象。由于這些電子產(chǎn)品或者電動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間內(nèi)，迅速恢復(fù)電池所能存儲的電量，且不會對電池的循環(huán)使用壽命造成負(fù)面影響的方法。目前在混合動力車或純動力車的領(lǐng)域中，對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、恒壓和浮充這三個階段。恒流充電階段中，當(dāng)充電器接上蓄電池時，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，保持一個動態(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)定時間時保持一個動態(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)部分使用時間較長的電池在內(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，開始充電時的充電電流會很大,例如充電電流會超過必須要的30?50A左右，這樣會導(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，不僅對蓄電池會造成損害，也是對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:
以階梯狀電壓對電池進(jìn)行充電的預(yù)充電步驟；
測量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時各個電壓值對應(yīng)的電流值的電流測量步驟；
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量步驟中測量得的對應(yīng)的電流值計算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計算步驟；
根據(jù)所述內(nèi)阻計算步驟計算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測最大充電電壓的充電電壓預(yù)測步驟；
以及
以所述預(yù)測步驟預(yù)測到的最大充電電壓對電池進(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:
以階梯狀電壓對電池進(jìn)行充電的預(yù)充電模塊；
測量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時各個電壓值對應(yīng)的電流值的電流測量模塊；
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量步驟中測量得的對應(yīng)的電流值計算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計算模塊；
根據(jù)所述內(nèi)阻計算步驟計算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測最大充電電壓的充電電壓預(yù)測模塊；
以及
以所述預(yù)測步驟預(yù)測到的最大充電電壓對電池進(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的淺階梯狀電壓對電池充電，測量其電流，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，計算最大充電電壓，然后以最大充電電壓對電池進(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。
【具體實施方式】
[0020]下面介紹的是本發(fā)明的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本發(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)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0022]在對本發(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，先對電池內(nèi)阻進(jìn)行簡單介紹。
[0023]電池內(nèi)阻是指電流通過電池時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，硫酸鹽化等都會導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大。因此，對電池內(nèi)阻的測量可以反映電池的故障或失效信息。因此，通過測量電阻能夠全面把握電池狀態(tài)。因此，為了掌握電池性能，很重要的手段是對電池內(nèi)阻進(jìn)行測定。
[0025]為了對電池內(nèi)阻進(jìn)行測量，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
測量法。
[0026]圖1是直流充電時的電壓和電流的波形示意圖。
[0027]在該直流充電測量法中，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)生一個電壓增量AU。如圖1所不，由下述公式(I)可以近似地計算出電流的直流內(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，測量電池上瞬間產(chǎn)生的電壓增量U，由于該U的變化趨勢與蓄電池內(nèi)阻％的變化趨勢一致，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]第一實施方式
以下對本發(fā)明第一實施方式的電池步進(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、電流測量步驟S200、內(nèi)阻計算步驟S300、充電電壓預(yù)測步驟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，預(yù)先給一個小電壓，以淺階梯狀的電壓對電池進(jìn)行充電。例如，以開路電壓為起始點，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U1進(jìn)行充電，然后，給予一個大于該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，在電流測量步驟S200中，測量上述階梯狀的電壓UpU2進(jìn)行充電時的對應(yīng)的電流Ip I2,
接著，在內(nèi)阻計算步驟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)測步驟S400中預(yù)測到的最大充電電壓Umax對電池進(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的淺階梯狀電壓對電池充電，測量其電流，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，計算最大充電電壓，然后以最大充電電壓對電池進(jìn)行充電。本發(fā)明并沒有采用本領(lǐng)域通常測電池內(nèi)阻的直流放電法，而是采用了直流充電的方式來對電池電阻進(jìn)行測量，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]第二實施方式
以下對于本發(fā)明的步進(jìn)式充電控制方法的第二實施方式進(jìn)行說明。第二實施方式是在上述第一實施方式的基礎(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現(xiàn)涓流充電。
[0039]上面對本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制方法進(jìn)行了說明。以下對本發(fā)明的電池步進(jìn)式充電控制裝置進(jìn)行簡單說明。
[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:以階梯狀電壓對電池200進(jìn)行充電的預(yù)充電模塊101 ;測量由所述預(yù)充電模塊101以階梯狀電壓進(jìn)行充電時各個電壓值對應(yīng)的電流值的電流測量模塊102 ;根據(jù)所述階梯狀電壓的電壓值和由所述電流測量模塊102測得與各個電壓值對應(yīng)的電流值計算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計算模塊103 ;根據(jù)所述內(nèi)阻計算模塊103計算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測最大充電電壓的電壓預(yù)測模塊104 ;以及以所述電壓預(yù)測模塊104預(yù)測到的最大充電電壓對電池200進(jìn)行充電的主充電模塊105。
[0041]在本實施方式中，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。盡管只對其中一些本發(fā)明的實施方式進(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施。因此，所展示的例子與實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: 以階梯狀電壓對電池進(jìn)行充電的預(yù)充電步驟； 測量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時各個電壓值對應(yīng)的電流值的電流測量步驟； 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量步驟中測量得的對應(yīng)的電流值計算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計算步驟； 根據(jù)所述內(nèi)阻計算步驟計算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測最大充電電壓的充電電壓預(yù)測步驟；以及 以所述預(yù)測步驟預(yù)測到的最大充電電壓對電池進(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: 以階梯狀電壓對電池進(jìn)行充電的預(yù)充電模塊； 測量在所述預(yù)充電步驟中以階梯狀電壓進(jìn)行充電時各個電壓值對應(yīng)的電流值的電流測量模塊； 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量步驟中測量得的對應(yīng)的電流值計算電池內(nèi)阻的內(nèi)阻計算模塊； 根據(jù)所述內(nèi)阻計算步驟計算得到的電池內(nèi)阻預(yù)測最大充電電壓的充電電壓預(yù)測模塊；以及 以所述預(yù)測步驟預(yù)測到的最大充電電壓對電池進(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】H01M10/44GK103531858SQ201210226584
【公開日】2014年1月22日 申請日期: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 申請人:上海汽車集團(tuán)股份有限公司