電池快速充電控制方法

2023-07-24 02:12:11 3

專利名稱：電池快速充電控制方法
技術領域：
本發明涉及一種採用"直流充電測量法"檢淵並判斷二次電池的內阻變化狀態， 實現安全、快速充電的二次電池快速充電控制方法。具體地說是一種基於"直流充電 測量法"原理的電池快速充電控制方法。
背景技術：
隨著可攜式電子產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"關鍵"零部件轉變。同時，由於這些產品和工 具使用的連續性需要，二次電池的安全、快速充電技術的應用則顯得越發重要。然而, 目前所使用的快速充電模式具有一定的局限性。特別是當部分使用時間較長的二次電 池在內阻偏大時， 一旦採用大電流快速充電，則會產生較大的過衝電流，導致充電失 敗而不能使用，造成不必要的浪費。因此，設計一種簡單可行的、根據電池的內部狀 態來調節充電參數的快速充電裝置以滿足各種狀態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。發明內容為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種基於"直流充電測量法"原理的 電池快速充電控制方法。該方法採用"直流充電測量法"檢測並判斷二次電池的內阻 變化狀態，並根據電池內阻的大小合理調節充電電流，實現安全、快速充電。本發明 對包括內阻偏大等各種狀態的二次電池進行快速、安全的充電控制，能有效延長二次 電池的使用壽命。本發明的目的通過以下技術方案來實現一種電池快速充電控制方法，其特徵在於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阻的大小，並根據電池的內部狀態實現快 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,,充龜電流變為I+AI，這一疊加的電流在電池的內阻上產生一個電壓增量AU-U2 - Ul, 測量出充電電流疊加前後電池或電池組兩端的電壓Ul和U2:2) 根據所測量的電壓U1和U2計算出電壓增量AU-U2 - Ul,由AI和AU求 出此刻電池內阻Ri的值Rj=(U2 - Ul)/ (1+ AI- I ) = AU/AI 。3) 根據測量並計算出的電池內阻當前值，確定是增加還是保持充電電流的值， 並根據以下模糊控制規則確定第n次充電電流1 的調節策略如果第n-l次測量的內阻為大，即測量鵬過標準值的30%，則In = ; 如果第n-l次測量的內阻PU為較大，即測量值超過標準值在1% 30%之間，則ln-I^+Id,其中Ia為電流單位增量；如果第n-l次測量的內阻R^為不大，即測量值在標準值允許波動範圍內，則1 -In-i+kid, (k=2, 3, 4);如果連續三次所測量的內阻R^3、 R》2和R^均不大，貝1』1 = 1 ，其中Uc為最 大充電電流；4) 通過以上調節策略實現快速充電的最佳控制。本發明是一種基於"直流充電測量法"原理的電池快速充鬼控制方法，它採用單 片計算機作為控制器，測量、計算並分析二次電池的充電狀態，控制並調節電池的充 電電流；如果電池或電池組表面溫度超過設定值或者電池或電池組充電的電壓連續出 現-AU，則令In-IsmaU,結束快速充電，改為涓流充電，其中IsmtU為0. 05C。本發明基於"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阻的大小，並根據電池的內部狀態實現快速充電的最 佳控制；它的優點是1、能夠快速計算出二次電池內阻的變化量，以確定合適的充 電電流，方法簡便、安全2、本發明可以對內阻偏大的二次電池進行有效的充電， 能延長二次電池的使用壽命。本發明安全、經濟、實用、且容易實現。


圖1是本發明中電池快速充電控制系統電路結構框圖；圖2是直流充電時的瞬態電壓和電流變化波形。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。附圖1所示為基於"直流充電測量法"原理的電池快速充電控制系統電路結構框圖。該控制系統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5和電池或電池組6。可控充電電流電路1在單片機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用於測量並向單片計 算機5提供所調節的充電電流值；電壓檢測電路3用於檢測電池或電池組6兩端的瞬 時電壓並傳送給單片計算機5;溫度檢測電路4則用於測量電池或電池組6的表面溫 度並傳送給單片計算機5;單片計算機5則根據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並根據電流檢測電路的反饋信號調節電池充 電電流的值；同時當電池或電池組6的溫度超過上限值或者電池或電池組的充電電壓持續一定時間出現-AU的情況，則結束快速充電，並令充電電流In-IsmaU,改為涓流 充電。附圖2為直流充電時的瞬態電壓和電流變化波形。開始時，單片計算機控制可控充電電流電路以某一電流I對二次電池進行充電，然後，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阻上必將產生一個電壓增量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前的直流內阻Ri。然後根據所求出的電池內阻的大小，確定下一次充電電流In的調節策 略如果第n-l次測量的內阻R^為大，即測量皿過標準值的30%，則1 = 1 .1;如果第n-l次測量的內阻R^為較大，即測量值超過標準值的1%,不超過標準 值的30%，貝ijln-l^+ld,其中Id為電流單位增量；如果第n-l次測量的內阻R^為不大，即測量值在標準值允許波動範圍內，則1 -I^+kld, (k=2， 3， 4);如果連續三次所測量的內阻R^、 R^和R^均不大，則In-Imax,其中Imax為最 大充電電流。本發明採用單片計算機作為控制系統的核心，測量、計算並分析二次電池的充 電狀態，控制並調節電池的充電電流；如果電池或電池組表面溫度超過設定值或者電 池或電池組充電的電壓連續出現-AU，則令In-Ua,,結束快速充電，改為涓流充電，其中Ismail為0.05C。通過實驗證明，本發明不僅可以實現對內阻偏大的電池進行快速充電控制，還可 以及時發現劣化(內阻過大)的蓄電池，排除蓄電池(或蓄電池組)潛在的隱患。本 發明具有測試簡單、計算方便和易於電路實現的特點，能有效地提高電池的可用率，適用於產品化應用和推廣。
權利要求
1、一種電池快速充電控制方法，其特徵在於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阻的大小，並根據電池的內部狀態實現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，即充電電流變為I+ΔI，這一疊加的電流在電池的內阻上產生一個電壓增量ΔU＝U2-U1，測量出充電電流疊加前後電池或電池組兩端的電壓U1和U2；2)根據所測量的電壓U1和U2計算出電壓增量ΔU＝U2-U1，由ΔI和ΔU求出此刻電池內阻Ri的值Ri＝(U2-U1)/(I+ΔI-I)＝ΔU/ΔI。3)根據測量並計算出的電池內阻當前值，確定是增加還是保持充電電流的值，並根據以下模糊控制規則確定第n次充電電流In的調節策略如果第n-1次測量的內阻Rn-1為大，則In＝In-1；如果第n-1次測量的內阻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次測量的內阻Rn-1為不大，則In＝In-1+kId，(k＝2，3，4)；如果連續三次所測量的內阻Rn-3、Rn-2和Rn-1均不大，則In＝Imax，其中Imax為最大充電電流；4)通過以上調節策略實現二次電池快速充電的最佳控制。
2、 根據權利要求l所述的電池快速充電控制方法，其特徵在於採用單片計算 機作為控制器，測量、計算並分析二次電池的充電狀態，控制並調節電池的充電電流; 如果電池或電池組表面溫度超過設定值或者電池或電池組充電的電壓連續出現-AU, 則令1 = I皿u,結束快速充電，改為涓流充電，其中I^n為0.05C。
全文摘要
本發明公開了一種基於「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阻的大小；然後根據所測電池內阻所處的範圍和所制定的調節策略，實時輸出充電電流的控制量；同時，根據所測電池表面溫度是否超過設定值或電池充電電壓有否連續出現-ΔU，確定是否結束快速充電過程，以達到安全、快速、高效充電的目標。本發明實現起來比較簡單，效果顯著，採用本發明設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 優先權日2008年3月5日
發明者曹建平, 江國棟 申請人:南京工業職業技術學院