一種鎳氫、鎳鎘電池的充電方法
2023-04-25 23:24:16
專利名稱：一種鎳氫、鎳鎘電池的充電方法
技術領域：
本發明涉及快速充電技術，尤其涉及一種鎳氫、鎳鎘電池的充電方法。
技術背景對鎳氬、鎳鎘充電電池快速充電，會涉及到充電時間、是否過充、溫度、 電池壽命等一系列問題。如圖1-1、圖1-2所示，在室溫下，鎳氫、鎳鎘電池充足電時，即，圖 示的充電至電池容量的100%時，電壓均達到1.4v以上，而在充足電後繼續充 電，電池電壓開始下降，電池的溫度迅速上升。高溫會縮短電池壽命，為了保 證電池充足電又不至過充電造成電池高溫，目前一般採用定時控制或電壓控制 等方法。定時控制，採用1.25C充電速率時電池lh可充足，釆用2.5C充電速率時 30min可充足，因此，根據電池的容量和充電電流，很容易確定所需的充電時 間，控制方法簡單，但是由於電池的起始充電狀態不完全相同，常出現有的電 池充不足、有的電池過充電的情況。電壓控制，常用的電壓控制法有最高電壓控制，當電池電壓達到設置的電池充足電的最高電壓後，立即停 止充電。這種控制方法的缺點是電池充足電的最高電壓隨環境溫度、充電速 率而變，而且電池組中各單體電池的最高充電壓也有差別，因此採用這種方法 並不能非常準確地判斷電池是否已足充電。電壓負增量控制，由於電池電壓的負增量與電池組的絕對電壓無關，而且 不受環境溫度和充電速率等因素影響，因此可以比4交準確地判斷電池是否已充 足電。這種控制方法的缺點是如圖1-l單節鎳氳、鎳鎘電池在室溫25。C時的充電電壓曲線所示，電池電壓出現負增量後，電池已經過充電，因此電池的 溫度較高。尤其，鎳氫電池充足電後，電池電壓要經過較長時間，才出現負增 量，過充電較嚴重。上述方法，不能發現充電過程中的充電異常，並採取保護措施，例如定時 控制，當環境溫度很高導致了充電異常，電壓上升緩慢，甚至出現負增長時， 維持快速充電狀態到設定時間，即停止充電，而設定時間為電池在正常充電時充足電所需的時間，這樣，即使還未充足電時電池已停止充電；電壓控制，則 達到最高電壓或出現負電壓時，才停止充電，當環境溫度很高導致充電異常， 電壓上升緩慢時，維持快速充電，這樣，因電壓上升緩慢，延長了達到最高電 壓或過充的時間，即延長了電池內部溫度累積的時間，進而因電池內部溫度太 高，嚴重縮短電池壽命，甚至毀壞電池。發明內容有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種鎳氫、鎳鎘電池的充電方法， 在電池出現異常時，可快速進入充電保護態，達到了安全充電的目的。為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的一種鎳氫、鎳鎘電池的充電方法，該方法將充電過程分為N個區段，各區 段都設置有閥值、限值和計數器，並包括以下步驟A、 充電開始，確定初始電池電壓所屬的區段，將該區段作為當前區段；B、 電池以所述當前區段的脈沖電流充電，同時，當前區段的計數器計數；C、 確定是否出現電壓負增量，如果是，執行步驟D;否則，所述計數器 正常工作，電池繼續以所述當前區段的脈沖電流充電，直至計悽t至當前區段的 限值時，執行步驟E;D、 加快所述計數器的計數速率，確定是否出現電壓正增量，如果出現電 壓正增量時，計數器恢復正常工作，電池繼續以所述當前區段的脈衝電流充電， 直至計數至當前區段的限值時，執行步驟E;否則，計數器以加快後的速率計 數至當前區段的限值後，跳轉到第N區段，執行步驟F;E、 比較當前電池電壓是否小於該區段的閥值，如果是，跳轉到第N區段，執行步驟F;否則，將該當前區段的下一個區段作為當前區段，返回步驟B;F、 電池以第N區4史對應的脈衝電流充電，直到當前電池電壓值不小於第 N區段的閥值時，停止充電。進一步地，步驟A之前還包括確定各個區段的脈沖電流，使第i區4殳脈衝電流的有效電流值，小於第i -1區段脈沖電流的有效電流值，且第N區段採用涓流充電方式充電。進一步地，步-腺F後還包括當自^:電至電池電壓等於該電池的容量時， 返回步驟F。進一步地，步驟A中，所述確定初始電池電壓所屬的區段具體包括 釆才羊初始電池電壓；比較初始電池電壓與所述各區段的限制，如果初始電池電壓，大於第i-l 區段的限值，並且小於第i區段的限值，則該電池電壓屬於第i區段。 進一步地，步驟C中，所述確定電池是否出現電壓負增量具體包括 以設定的頻率對電池電壓進行採樣；比較當前採樣值與前一次採樣值，當本次的電壓採樣值小於前一次的採樣 值時，則為出現電壓負增量，否則為出現電壓正增量。本發明所提供的鎳氫、鎳鎘電池的充電方法，具有以下的優點和特點1) 在充電過程中，當出現電壓負增值時，判斷充電是否異常，如異常，進 入涓流充電狀態，以保護電池，且當任一區段的限值對應的電池電壓小於該區 段的閥值時，進入涓流充電狀態，以保護電池，達到了安全充電的目的；2) 隨著電池電位的升高，減小充電時間/停充時間的值，使電池在充電時 間累積的溫度會在停充時間得到釋放，避免了隨著電池電壓的升高，電池內部 溫度急速升高的問題；3) 當前電池電壓值不小於第N區段的閥值時，停止充電、及當自放電至 電池電壓等於該電池的容量時開始充電，使電池一直維持在高電位充飽狀態， 但不會發燙；4)不需要檢測溫度，通過電池電壓的增量判斷溫度是否異常，不需要設計 電池溫度採樣電路，節省成本。
圖1-l為單節鎳氫、鎳鎘電池在室溫25。C時的充電電壓曲線示意圖； 圖l-2為單節鎳氫、鎳鎘電池在室溫25。C時的充電溫度曲線示意圖； 圖2為本發明實施例所述的鎳氫、鎳鎘電池的充電方法的分區段及參數確 定流程圖；圖3為本發明實施例所述的鎳氫、鎳鎘電池的充電方法的實現流程圖。
具體實施方式
本發明方法的基本思想是將電池的充電過程分為N個區段，並確定各區 段的閥值、限值；在充電過程中，當出現電壓負增值時，判斷充電是否異常， 如異常，直接跳轉至第N區段，進入涓流充電狀態，以保護電池，即負壓保護； 當任一區段的限值對應的當前電池電壓小於該區段的閥值時，直接跳轉至第N 區段，進入涓流充電狀態，以保護電池，即限時保護；負壓保護與限時保護結 合使用，防止了充電過程中出現電壓負增量的情況損壞電池，及充電時在任一 區段內，充電速度低於正常充電速度，進而延長電池溫度累積的時間，損壞電 池的情況。本發明實施例所述的鎳氫、鎳鎘電池的充電方法的分區段及參數確定流程 如圖2所示，包括以下步驟步驟201:將電池的充電過程分為1、 2、…N， N個區,史，並確定各個區 段電池電壓的閥值；閥值是電池正常充電時，各區段電池電壓的最大值。確定各區段閥值的具體步驟為將OV ~ 1.05電池容量，分為N個區間，N可以設定，區間i表示為(Vw, Vj],將Vj作為第i區段的閥值，Vw〈Vi〈Vw…〈1.05電池容量。步驟202:確定各個區段的脈衝電流，使第i區段脈衝電流的有效電流值，小於第i-l區^:脈沖電流的有效電流值；第N區,殳採用涓流充電方式充電。為第一區段設定一個脈衝電流，其餘各個區段的脈沖電流的幅值與第一區 段的脈衝電流的幅值相同，但第i區段充電時間/停充時間，小於第i-l區段充 電時間/停充時間，從而使第i區段脈衝電流的有效電流值，小於第i-l區段脈 衝電流的有效電流值，而充電時間/停充時間的值的增大，使電池在充電時間累 積的溫度會在停充時間得到釋放，進而避免了隨著電池電壓的升高，電池內部 溫度急速升高的問題。步驟203:分別為每個區段設置一個計數器，並確定各區段的充電時間的 限值；所述計數器用於控制各區段的充電時間；所述限值為電池正常充電時， 由各區段的起始電池電壓充電至閥值時，所用的充電時間。本實施例中，各區段的限值、段脈沖電流的有效電流值根據公式充電時間=容量* 1.1/充電電流*60計算。其中，充電時間的單位為分鐘，充電時間作為第i區段的限值，容 量為第i區段與第i-l區段的閥值之差，充電電流為第i區段的脈衝電流的有效 值，單位為mA。本發明實施例所述的鎳氫、鎳鎘電池的充電方法的實現流程如圖3所示， 包括以下步驟步驟301:充電開始，確定該電池電壓所屬的區段，將該區段作為當前區段。所述確定該電池電壓所屬的區段具體包括 採才羊初始電池電壓；比較初始電池電壓與所述各區段的閥值，如果初始電池電壓，大於第i-l 區段的閥值，並且小於第i區段的閥值，則該電池電壓屬於第i區段。步驟302:電池以所述當前區段的脈沖電流充電，同時，當前區段的計lt 器計數。步驟303:確定是否出現電壓負增量，如果是，執行步驟304;否則，所述 計數器正常工作，電池繼續以所述當前區段的脈沖電流充電，直至計數至當前區段的限值時，執行步驟306。所述確定電池是否出現電壓負增量具體包括 以設定的頻率對電池電壓進4亍採樣；比較當前採樣值與前一次釆樣值，當本次的採樣值小於前一次的採樣值時， 則為出現電壓負增量，否則為出現電壓正增量。當電池處於過充或環境溫度很高等時候，電池電壓會不升反降，即出現電 壓負增量，此時，認為電池處於充電異常狀態，如不能及時發現，並採取保護 措施，可能會導致電池內部溫度積累上升，進而毀壞電池；所述環境溫度很高， 一般指環境溫度大於或等於55。C時。步驟304:加快所述計數器的計數速率，使判斷電壓負增量是由充電異常 造成或由釆樣時產生的偶然誤差造成所用的時間、小於限值與電壓負增量的時 刻的差值，以減小電壓負增量是由充電異常造成時、出現電壓負增量至跳轉至 第N區段進入涓流充電狀態的時間，以更好的保護電池。步驟305:確定是否出現電壓正增量，如果出現電壓正增量時，認為上述 電壓負增量是由採樣時產生的偶然誤差造成的，電池充電正常，計數器恢復正 常工作，電池繼續以所述當前區段的脈衝電流充電，直至計數至當前區段的限 值時，執行步驟306;否則，認為電池充電異常，計數器以加快後的速率計數 至當前區段的限值後，跳轉到第N區段，執行步驟307。本步驟防止了將採樣時產生的偶然誤差，使充電過程中出現的電壓負增量， 判定為充電異常，而切入涓流充電狀態的情況，更準確的判定充電異常，進而 保護電池。步驟306:比較當前區段的限值對應的電池電壓是否小於自身的閥值，如 果是，認為電池充電異常，跳轉到第N區段，執行步驟307;否則，認為電池 充電正常，將該當前區段的下一個區段作為當前區段，返回步驟302，直到所 述當前區段的下一個區段為第N區段，執行步驟307。步驟307:電池以第N區賴:對應的脈衝電流充電，直到當前電池電壓值不 小於第N區段的閥值時，停止充電；所述第N區段的閥值等於1.05電池容量。本發明實施例在電池充足電後，還包括步驟308:當自放電至電池電壓等 於該電池的容量時，返回步驟307。步驟307、 308中，當前電池電壓值不小於第N區段的閥值時，停止充電、 及當自放電至電池電壓等於該電池的容量時開始充電的理由為以涓流方式充 電時，電池已經處於高電位狀態，長時間充電下去，電池依然存在發燙的可能， 但是又不能對電池完全停止充電，因為即使不是電池供電，在不充電的情況下， 電池也存在自放電的現象，可能導致在需要電池供電的時候，達不到要求的待 機時間，因此，採用步驟307、 308,使電池一直維持在高電位充飽狀態，但電 池也不會發燙。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種鎳氫、鎳鎘電池的充電方法，其特徵在於，該方法將充電過程分為N個區段，各區段都設置有閥值、限值和計數器，並包括以下步驟A、充電開始，確定初始電池電壓所屬的區段，將該區段作為當前區段；B、電池以所述當前區段的脈衝電流充電，同時，當前區段的計數器計數；C、確定是否出現電壓負增量，如果是，執行步驟D；否則，所述計數器正常工作，電池繼續以所述當前區段的脈衝電流充電，直至計數至當前區段的限值時，執行步驟E；D、加快所述計數器的計數速率，確定是否出現電壓正增量，如果出現電壓正增量時，計數器恢復正常工作，電池繼續以所述當前區段的脈衝電流充電，直至計數至當前區段的限值時，執行步驟E；否則，計數器以加快後的速率計數至當前區段的限值後，跳轉到第N區段，執行步驟F；E、比較當前電池電壓是否小於該區段的閥值，如果是，跳轉到第N區段，執行步驟F；否則，將該當前區段的下一個區段作為當前區段，返回步驟B；F、電池以第N區段對應的脈衝電流充電，直到當前電池電壓值不小於第N區段的閥值時，停止充電。
2、 根據權利要求1所述的鎳氫、鎳鎘電池的充電方法，其特徵在於，步驟 A之前還包括確定各個區段的脈沖電流，使第i區段脈衝電流的有效電流值，小於第i -1區段脈衝電流的有效電流值，且第N區段釆用涓流充電方式充電。
3、 根據權利要求1所述的鎳氬、鎳鎘電池的充電方法，其特徵在於，步驟 F後還包括當自放電至電池電壓等於該電池的容量時，返回步驟F。
4、 根據權利要求1所述的鎳氫、鎳鎘電池的充電方法，其特徵在於，步驟 A中，所述確定初始電池電壓所屬的區段具體包括釆才羊初始電池電壓；比較初始電池電壓與所述各區段的限制，如果初始電池電壓，大於第i-1區段的限值，並且小於第i區段的限值，則該電池電壓屬於第i區段。
5、根據權利要求1所述的鎳氫、鎳鎘電池的充電方法，其特徵在於，步驟C中，所述確定電池是否出現電壓負增量具體包括 以設定的頻率對電池電壓進行採樣；比較當前採樣值與前一次採樣值，當本次的電壓採樣值小於前一次的採樣 值時，則為出現電壓負增量，否則為出現電壓正增量。
全文摘要
本發明公開了一種鎳氫、鎳鎘電池的充電方法，將電池的充電過程分為N個區段，並確定各區段的閥值、限值；在充電過程中，當出現電壓負增值時，判斷充電是否異常，如異常，直接跳轉至第N區段，進入涓流充電狀態；當任一區段的限值對應的電池電壓小於該區段的閥值時，直接跳轉至第N區段，進入涓流充電狀態。採用本發明所述的方法和裝置，在電池出現異常時，可快速進入充電保護態，達到安全充電的目的。
文檔編號H02J7/00GK101252213SQ20081008579
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月24日 優先權日2008年3月24日
發明者楊建衛 申請人:中興通訊股份有限公司