鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法的製作方法

2023-09-22 04:29:05 2

專利名稱：鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電方法.屬於鉛酸蓄電池 充電技術領域。
背景技術：
現在的鉛酸蓄電池的充電方法大都基於標準的三段式充電法，此法控制策略簡 單，比較成熟，也被公眾接受.但是，隨著社會節奏的加快和全球資源戰略的影響，運用此 法對鉛酸蓄電池充電，存在嚴重的不足1、充電時間過長一般運用標準的三段式充電方法給鉛酸蓄電池充電的總時間為纊10小時，已不 能滿足人們現今的社會需求，抵消了鉛酸蓄電池相對於其他蓄電池的性價比優勢；2、加速了鉛酸蓄電池失效的時間運用標準的三段式充電方法給鉛酸蓄電池充電，到了充電末期，析氣現象嚴重，長 期將會導致鉛酸蓄電池的充電不足，加速了鉛酸蓄電池的負極板硫酸鹽化，嚴重時導致熱 失控現象的發生；一般來說，標準的鉛酸蓄電池的理論使用壽命為1(Γ15年，而實際使用壽命僅為 廣3年，排除製造工藝的差別，充電方式在很大程度上影響其循環使用壽命的長短。針對這樣的狀況，美國科學家馬斯通過大量實驗，給出了鉛酸蓄電池快速充電的 理論基礎，即著名的馬斯三定律.隨之帶來的效應一是衍生出了各式各樣的快速充電理 論，如定電流定周期快速充電法，定電流定電壓快速充電法，定電壓定頻率快速充電法，變 電壓變電流波浪式間歇正負零脈衝快速充電法，恆電流慢脈衝充電法和智能型模糊充電法 等等；二是市場上出現了基於這些理論的各式各樣的快速充電器，如恆壓脈衝充電器，大電 流正負脈衝充電器，恆流脈衝充電器，多階段正負脈衝充電器，慢脈衝充電器等等。無論哪種充電器，其充電控制思路都是基於一點縮短鉛酸蓄電池的充電時間； 也大都忽略了一點鉛酸蓄電池的充電可接受能力，尤其當大電流充電時.這也不難解釋 為什麼現在越來越多的鉛酸蓄電池失效的主要原因是其內部構造遭到了嚴重破壞，再加上 不可避免的負極板硫酸鹽化問題，鉛酸蓄電池的使用壽命不增反減。而目前解決鉛酸蓄電池循環使用壽命的問題，大都是通過脈衝修復來解決，而且 都是在鉛酸蓄電池達到一定的硫化程度後才進行，修復時間大多是人工設定，修復後的鉛 酸蓄電池的使用時間大約在0. 5^1年左右，修復理論和修復裝置水平的參差不齊也造成了 鉛酸蓄電池二次失效問題的頻繁發生。

發明內容
本發明要解決的技術問題是針對目前鉛酸蓄電池快速充電器的研發和市場現 狀，將鉛酸蓄電池內部進行一定的改造，即在鉛酸蓄電池各單格內裝有溫度傳感器和檢測 電路模塊.在此基礎上，基於遞減慢脈衝的充電方式，運用灰色系統預測理論，給出一種鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電方法。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是該鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快 速充電法，其特徵在於在鉛酸蓄電池各單格內安裝溫度傳感器和檢測電路模塊；所述的 檢測電路模塊包括單格電壓及溫度採樣電路，單片機，採樣信號調理電路；對鉛酸蓄電池進行各單格端電壓及溫升變化率採樣，同時採樣充電電流，採樣數 據通 過各單格內的檢測電路模塊，以總線通信方式通過外設總線接口傳送至充電器的微處 理模塊，充電器的微處理模塊根據傳送的數據進行充電過程的自適應控制。所述充電器的微處理模塊根據傳送的數據進行充電過程的自適應控制的步驟如 下2. 1充電器按照事先設定的慢脈衝充電方式，以預先設定的初始充電電流進行充 電；同時，充電器的微處理模塊根據鉛酸蓄電池各單格檢測電路模塊通過總線通信傳輸過 來的某採樣時刻的鉛酸蓄電池的各單格端電壓Ui (k)和鉛酸蓄電池的各單格溫度Ti (k)，按 制高原則確定此採樣時刻的鉛酸蓄電池的端電壓U(k)；通過二次微分獲得此時刻鉛酸蓄 電池各單格的溫升變化率Ci2TiGO.其中，U (k) = 6max (U1 (k)，U2 (k)，U3 (k)，U4 (k)，U5 (k)，U6 (k)}，Cl2TiQO = ClTi (Hi)-ClTi (m-1)= (Ti (m) -Ti (m-1)) - (Ti (m_l) -Ti (m_2))，k，m為採樣時亥lj，且k = 3m ；2. 2按照步驟2. 1中的處理方法進行定周期採樣，獲得定周期內的鉛酸蓄電池的 端電壓採樣序列U(°)，各單格溫升變化率採樣序列Cl2Ti(°)；同時，在充電迴路中定周期採樣鉛 酸蓄電池充電電流，得到序列1(°)；其中，U(0) = IU(I)，U (2)，...U(k)，-U (Μ)},d2T〉0、= {d2T,⑴,Ci1Tl(I),…，cf-T,(k),· -,Ci2Ti(M)] 』I(0) = {1(1)，1(2)，...，I(k)，-I(M)},i e [1，6]，M為定周期內的採樣總數，且M彡4;2. 3將步驟2. 2中獲得的鉛酸蓄電池端電壓，各單格溫升變化率和充電電流的周
期採樣序列，分別進行灰色一次累加生成處理，得到鉛酸蓄電池端電壓的灰色一次累加生
成序列u(1)，各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列d2T,和充電電流的灰色一次累加
生成序列1(1)；其中， 2. 4將步驟2. 3中獲得的定周期採樣的鉛酸蓄電池端電壓的灰色一次累加生成 序列u(1)，各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列d2T,和充電電流的灰色一次累加生 成序列Ιω進行均值生成操作，獲得鉛酸蓄電池端電壓的灰色一次累加生成序列υω的均值生成序列U，各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列cfT/1)的均值生成序列Vi和充 電電流的灰色一次累加生成序列1(1)的均值生成序列w ；其中，
2. 5充電器的微處理模塊利用步驟2. 1-2. 4獲得的數據，計算鉛酸蓄電池各單格 溫升變化率進行灰色預測跟蹤所需的灰作用量《/；為；，同時計算鉛酸蓄電池充電電流進行 灰色系統自主量預測所需的灰作用量Spb1 ；其中，
2. 6充電器的微處理模塊根據步驟2. 5獲得的各單格溫升變化率進行灰色預測 跟蹤所需的灰作用量弋， ，利用鉛酸蓄電池單格溫升變化率的等維遞補灰色單變量一階 預測模型，進行鉛酸蓄電池各單格溫升變化率的灰色預測跟蹤，並將各單格溫升變化率的 跟蹤預測結果進行比對，若超出限定誤差，轉入步驟2. 7 ；否則，進行步驟2. 8 ；2. 7充電器的微處理模塊發送電平信號觸發脈衝修復模塊，進行鉛酸蓄電池維護 的自適應控制；2. 8充電器的微處理模塊根據步驟2. 5獲得的鉛酸蓄電池充電電流進行灰色系 統自主量預測所需的灰作用量aI; IDi，利用鉛酸蓄電池充電電流的等維遞補灰色單變量一階 預測模型，進行充電電流的自主預測；2. 9充電器的微處理模塊根據步驟2. 8中的預測結果，利用鉛酸蓄電池端電壓的 等維遞補灰色二變量一階預測模型，進行鉛酸蓄電池端電壓的灰色跟蹤預測.若預測端電 壓值超過設定充電電壓閾值，則進行步驟2. 10 ；否則，轉入步驟2. 1 ；2. 10充電器的微處理模塊發送電平信號至放電模塊，啟動短時放電操作，放電操 作完成後，進行充電電流調整，充電電流穩定後進行判斷，若電流值小於0. 5A則轉入步驟 2. 11 ；否則，轉入步驟2. 1 ；2. 11鉛酸蓄電池進入浮充充電階段，充電電壓為13. Π4. IV，充電時間為廣2小 時；整個自適應控制過程按照步驟2. 1-2. 11進行，直至充電過程結束.
所述步驟2. 6中的鉛酸蓄電池單格溫升變化率的等維遞補灰色單變量一階預測
模型，其具體數學表達式為 鉛酸蓄電池單格溫升變化率的灰色跟蹤預測值為 根據預測結果，若各單格溫升變化率灰色跟蹤預測值之間的差值小於一個事先給 定的ε，ε是常數，ε e
，則認為各單格溫升變化無明顯差異；否則，認為有顯
者差升。所述步驟2. 7中的進行鉛酸蓄電池維護的自適應控制的控制策略為當充電器的 微處理模塊發送電平信號至脈衝修復模塊時，脈衝修復模塊開始動作；與此同時，鉛酸蓄電 池的各單格內的檢測模塊按照步驟2. 1中的處理方法，進行鉛酸蓄電池各單格端電壓和溫 升變化率的定周期採樣，當規定周期內的各單格端電壓和各單格溫升變化率之差，均小於 一個事先給定的ε，ε是常數，ε e
，則充電器的微處理模塊發送電平信號至 脈衝修復模塊，停止鉛酸蓄電池的維護過程，轉入步驟2. 1 ；否則，繼續維護過程。所述步驟2. 8中的鉛酸蓄電池充電電流的等維遞補灰色單變量一階預測模型，其
具體數學表達式為 鉛酸蓄電池充電電流的灰色跟蹤自主預測值為 所述步驟2. 9中的鉛酸蓄電池端電壓的等維遞補灰色二變量一階預測模型，其具
體數學表達式為
其中，灰作用量％，％通過最小二乘獲得，具體計算表達式為， Gt表示矩陣G的轉置矩陣，Ο"1表示G的逆矩陣，M為採樣總數，且M彡4 ；鉛酸蓄電池端電壓的灰色跟蹤預測值為 所述步驟2. 9中的充電電壓閾值範圍為13. 8^14. 5。步驟2. 10中所述的短時放電操作，其放電參數為短時放電電流值為鉛酸蓄電池 端電壓每次灰色跟蹤預測值達到限制閾值前一時刻充電電流的60、0%，短時放電脈寬為 0. 4 0. 7ms，短時放電次數為廣10次。所述步驟2. 10中的放電操作完成後，進行充電電流調整，其調整方式為脈寬調 整，脈寬調整的步長為0. 25、. 5。與現有技術相比，本發明鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電方法，具有積極 的效果。1、鉛酸蓄電池內部裝有溫度傳感器和檢測電路模塊，將控制和監測目標具體到了 鉛酸蓄電池各單格，能夠較好的抑制單格過充和熱失控的發生，保證了鉛酸蓄電池的一致 性充電。2、採用灰色系統預測理論，跟蹤預測鉛酸蓄電池各單格溫升變換率，能夠提前預 測單格失效趨勢，抵消了鉛酸蓄電池對於外界響應的滯後效應，保證了鉛酸蓄電池充電時 內部變化的連續性；同時，將鉛酸蓄電池的充電電流作為鉛酸蓄電池充電系統的控制量，提 前預測各單格電壓的變化，及時進行充電策略的調整；另外，整個充電過程，微控單元根據 跟蹤的各單格溫升變化率的結果，確定脈衝修復裝置的觸發時間，及時抑制負極板硫酸鹽 化事件的發生；整個充電過程採用遞減慢脈衝的充電方式，有效的抑制了充電過程中產生的極化 現象，加快了充電速度；3、鉛酸蓄電池符合灰色系統預測理論的適用範圍要求，且灰色預測所需樣本數據 量少，在提高微處理單元處理速度的同時，增強了整個鉛酸蓄電池系統的動態響應性，更符 合鉛酸蓄電池的內部變化特點。


圖1本發明的溫度傳感器和檢測電路模塊在鉛酸蓄電池中的放置位置示意圖；圖2本發明的鉛酸蓄電池內部檢測電路模塊電路框圖；圖3本發明的鉛酸蓄電池的充電過程的自適應控制流程圖；圖4本發明的鉛酸蓄電池自維護的自適應控制流程圖；圖5本發明的鉛酸蓄電池的遞減慢脈衝充電方式示意圖；圖6本發明的鉛酸蓄電池的充電過程效果圖。圖1中的1單格正極板匯流排2單格負極板匯流排3單格正極板4單格負極板 5吸附式玻璃棉隔板(AGM) 6防腐高精度溫度傳感器7檢測電路模塊8通訊總線接口 9 單格間正極板與負極板匯流排串聯接線I表示第I單格II表示第II單格III表示第 III單格IV表示第IV單格V表示第V單格VI表示第VI單格。本發明中的防腐高精度溫度傳感器，檢測電路模塊及總線通訊接口的安裝位置和 單格的排序不具唯一性，凡在單格內安裝防腐高精度溫度傳感器和電路檢測模塊，單體內 安裝總線通訊接口和單格的任意排序均在本發明的發明範圍之內。
具體實施例方式下面結合附圖1-6對本發明鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電方法做進一 步說明 如圖1所示，為本發明的溫度傳感器和檢測電路模塊在鉛酸蓄電池中的放置位置 示意圖；第I單格的負極板匯流排2與第II單格的正極板匯流排通過單格間正極板與負極 板匯流排串聯接線9相連，同樣道理，第II單格的負極板匯流排與第III單格的正極板匯 流排通過單格間正極板與負極板匯流排串聯接線相連，第III單格的負極板匯流排與第IV 單格的正極板匯流排通過單格間正極板與負極板匯流排串聯接線相連，第IV單格的負極 板匯流排與第V單格的正極板匯流排通過單格間正極板與負極板匯流排串聯接線相連，第 V單格的負極板匯流排與第VI單格的正極板匯流排通過單格間正極板與負極板匯流排串 聯接線相連，由於充滿電後的各單格電壓在2. 25V左右，從而鉛酸蓄電池的單體電壓(6個 單格串聯)在13. 5V左右；檢測電路模塊7通過總線通信方式，從各單格極板上安裝的防腐 高精度溫度傳感器6採集溫度信號，各單格正負極匯流排採集端電壓信號和電流信號，並 經過檢測電路模塊進行簡單處理後，經由總線通訊接口 8傳送至充電器的微處理單元，進 行充電過程的自適應控制。單格正極板3和單格負極板4被吸附式玻璃棉隔板5隔開，各單格具有與此相同 的構造. 如圖2所示，為本發明鉛酸蓄電池內部檢測電路模塊電路框圖，採樣信號調理電 路分別與電壓採樣電路和溫度採樣電路相連，單片機分別與電壓採樣電路和溫度採樣電路 相連，原始採樣信號經由採樣信號調理模塊進行濾波處理，處理後信號分別經由電壓採樣 電路和溫度採樣電路進行電壓和溫度採樣，採樣結果送入單片機進行預處理，單片機將處 理結果按總線通信協議輸出。如圖3所示，為本發明的鉛酸蓄電池的充電過程的自適應控制流程圖，具體的控 制流程描述如下第一步，充電器按照事先設定的慢脈衝充電方式，以預先設定的初始充電電流進 行充電；同時，充電器的微處理模塊根據鉛酸蓄電池各單格檢測電路模塊通過總線通信 傳輸過來的某採樣時刻的鉛酸蓄電池的各單格端電壓UiGO和鉛酸蓄電池的各單格溫度 Ti(k)，按制高原則確定此採樣時刻的鉛酸蓄電池的端電壓u(k)；通過遞補二次微分獲得此 時刻鉛酸蓄電池各單格的溫升變化率Cl2Ti (k).其中，U (k) = 6max (U1 (k)，U2 (k)，U3 (k)，U4 (k)，U5 (k)，U6 (k)}，Cl2TiQO = ClTi (Hi)-ClTi (m-1)= (Ti (m) -Ti (m-1)) - (Ti (m_l) -Ti (m_2))，k，m為採樣時刻，且k = 3m.第二步進行定周期採樣，獲得定周期內的鉛酸蓄電池的端電壓採樣序列U(°)，各 單格溫升變化率採樣序列Cl2Ti(°)；同時，在充電迴路中定周期採樣鉛酸蓄電池充電電流，得 到序列1(°)；其中，U(0) = {U(l)，U (2)，…_，…_}，d2T:0、= V1T1(Y),Ci2Ti(I),…，d2Uk\...,Ci2Ti(M)] 』1(0) = {1(1)，1(2)，...,I(k), -KM)},
i e [1，6]，M為定周期內的採樣總數，且M彡4·第三步將獲得的鉛酸蓄電池端電壓，各單格溫升變化率和充電電流的周期採樣 序列，分別進行灰色一次累加生成處理，得到鉛酸蓄電池端電壓的灰色一次累加生成序列 U(1)，各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列cfT/1)和充電電流的灰色一次累加生成序 列ιω ；其中， 第四步將獲得的定周期採樣的鉛酸蓄電池端電壓的灰色一次累加生成序列U(1)， 各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列d2!^1)和充電電流的灰色一次累加生成序列 1(1)進行均值生成操作，獲得鉛酸蓄電池端電壓的灰色一次累加生成序列υω的均值生成序 列u，各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列d2!^1)的均值生成序列Vi和充電電流的 灰色一次累加生成序列1(1)的均值生成序列w ；其中， 第五步充電器的微處理模塊利用第一步至第四步獲得的數據，計算鉛酸蓄電池 各單格溫升變化率進行灰色預測跟蹤所需的灰作用量aT，bT，同時計算鉛酸蓄電池充電電流 進行灰色系統自主量預測所需的灰作用量Spb1 ；其中， 第六步充電器的微處理模塊根據第五步獲得的各單格溫升變化率進行灰色預測 跟蹤所需的灰作用量弋，利用鉛酸蓄電池單格溫升變化率的等維遞補灰色單變量一階 預測模型，進行鉛酸蓄電池各單格溫升變化率的灰色預測跟蹤，並將各單格溫升變化率的跟蹤預測結果進行比對，若超出限定誤差，轉入第七步；否則，進行第八步.鉛酸蓄電池單 格溫升變化率的等維遞補灰色單變量一階預測模型的具體數學表達式為 鉛酸蓄電池單格溫升變化率的灰色跟蹤預測值為 根據預測結果，若各單格溫升變化率灰色跟蹤預測值之間的差值小於一個事先給 定的ε，ε是常數，ε e
，則認為各單格溫升變化無明顯差異；否則，認為有顯
著差異.第七步充電器的微處理模塊發送電平信號觸發脈衝修復模塊，進行鉛酸蓄電池 維護的自適應控制.其具體的控制策略為當充電器的微處理模塊發送電平信號至脈衝修復模塊時，脈衝修復模塊開始動 作；與此同時，鉛酸蓄電池的各單格內的檢測模塊按照步驟1中的處理方法，進行鉛酸蓄電 池各單格端電壓和溫升變化率的定周期採樣，當規定周期內的各單格端電壓和各單格溫升 變化率之差，均小於一個事先給定的ε，ε是常數，ε e
，則充電器的微處理模 塊發送電平信號至脈衝修復模塊，停止鉛酸蓄電池的維護過程，轉入第一步；否則，繼續維 護過程.第八步充電器的微處理模塊根據第五步獲得的鉛酸蓄電池充電電流進行灰色系 統自主量預測所需的灰作用量aI; IDi，利用鉛酸蓄電池充電電流的等維遞補灰色單變量一階 預測模型，進行充電電流的自主預測.鉛酸蓄電池充電電流的等維遞補灰色單變量一階預
測模型，其具體數學表達式為 鉛酸蓄電池充電電流的灰色跟蹤自主預測值為 第九步充電器的微處理模塊根據第八步中的預測結果，利用鉛酸蓄電池端電壓 的等維遞補灰色二變量一階預測模型，進行鉛酸蓄電池端電壓的灰色跟蹤預測.若預測端 電壓值超過設定充電電壓閾值範圍13.814. 5，則進行第十步；否則，轉入第一步.鉛酸蓄
電池端電壓的等維遞補灰色二變量一階預測模型，其具體數學表達式為 其中，灰作用量％，％通過最小二乘獲得，具體計算表達式為，
Gt表示矩陣G的轉置矩陣，Ο"1表示G的逆矩陣，M為採樣總數，且M彡4.鉛酸蓄電池端電壓的灰色跟蹤預測值為).第十步充電器的微處理模塊發送電平信號至放電模塊，啟動短時放電操作.短時 放電電流值為鉛酸蓄電池端電壓每次灰色跟蹤預測值達到限制閾值前一時刻充電電流的 60 80%，短時放電脈寬為0. 4^0. 7ms，短時放電次數為廣10次.放電操作完成後，進行充電 電流調整，調整方式為脈寬調整方式，脈寬調整的步長為0. 05、. 25.充電電流穩定後進行 判斷，若電流值小於0. 5A則轉入第十一步；否則，轉入第一步.第十一步鉛酸蓄電池進入浮充充電階段，充電電壓為13.Γ14. IV，充電時間為 Γ2小時.如圖4所示，為本發明的鉛酸蓄電池自維護的自適應控制流程圖，其具體控制流 程如下所述第一步，判斷當各單格溫升變化率的跟蹤預測結果之差是否超出限定誤差，若是 轉入第二步；否則，按圖3所示規則按流程進行充電過程的自適應控制；第二步，充電器的微處理模塊發送電平信號至脈衝修復模塊，脈衝修復模塊開始 動作；第三步，鉛酸蓄電池的各單格內的檢測模塊按照具體實施方式
圖3中第一步的處 理方法，進行鉛酸蓄電池各單格端電壓和溫升變化率的定周期採樣；第四步，判斷規定周期內的各單格端電壓和各單格溫升變化率之差，是否均小於 一個事先給定的ε，ε是常數，ε e
，若是則進行第五步；否則，轉入第三步；第五步，充電器的微處理模塊發送電平信號至脈衝修復模塊，停止鉛酸蓄電池的 維護過程.如圖5所示，為本發明的鉛酸蓄電池的遞減慢脈衝充電方式示意圖，圖中Itl為小 電流充電，也作為初始階段的預充電流，其值的確定由專家經驗確定；Im為鉛酸蓄電池可接 受的初始最大充電電流，由微處理單元根據鉛酸蓄電池的初始狀態參數採集(荷電狀態， 健康狀態，端電壓，各單格溫度等)通過一定的算法獲得；12，I3為基於本發明進行控制的變 電流數值；坐標軸橫軸為充電時間軸，縱軸為充電電流軸，坐標軸下方為短時放電操作，其 各參數說明如具體實施方式
圖2中第十步描述.如圖6所示，為本發明的鉛酸蓄電池的充電過程效果圖，圖中橫軸表示充電採樣 數據個數，縱軸以電流為基準表示的相應採樣數值；其中的採樣溫度數據進行了一定倍數 的縮放；從圖中可以看出本發明很好的控制了鉛酸蓄電池充電電流，鉛酸蓄電池充電端電 壓的變化，整個充電過程溫升不超過7. 5°C，充電端電壓始終處於析氣率為0. 05 %的限制 電壓以下，充電時間為150分鐘，充電完成30分鐘後，蓄電池端電壓為13. 5V，12小時後蓄 電池端電壓為13. 19V，滿足國家測試標準規定的放電要求.
實施例本發明實施例充電對象選擇的是江西省南昌市強勁電源科技有限公司生產的強 盛免維護電動助力車蓄電池FC12-12，該蓄電池20小時放電率下的容量為12AH.按照本發 明中對於鉛酸蓄電池內部構造的要求，對電池內部進行了嚴密的改造，整個改造過程中，還 增加了鉛酸蓄電池過流保護裝置，確保了安全性。下面結合本發明的發明構思，針對鉛酸蓄電池的充電過程某一時段進行本發明方 法的詳細闡述需要說明的是此實施例中的ε取0.05，電壓限制閾值上限為14. 4，充電截 止電流為0. 5Α。第一步，單位周期採樣個數為5，獲取的鉛酸蓄電池充電端電壓U(°)，鉛酸蓄電池充 電電流1(°)，鉛酸蓄電池的各單格溫升變化率Cl2Ti的原始序列如表1所示表 1 第二步，對連續採樣數據鉛酸蓄電池充電端電壓U(°)，鉛酸蓄電池充電電流I (°)，鉛 酸蓄電池各單格溫升變化率Cl2Ti分別進行灰色一次累加生成，得到鉛酸蓄電池充電端電壓 灰色一次累加生成序列U(1)，鉛酸蓄電池充電電流灰色一次累加生成序列1(1)，鉛酸蓄電池 各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列Cl2Ti(1)，如表2所示表2 第三步，依次計算鉛酸蓄電池充電端電壓灰色一次累加生成序列Ua)的均值生成
序列u，鉛酸蓄電池充電電流灰色一次累加生成序列1(1)的均值生成序列w，鉛酸蓄電池的
各單格溫升變化率d2!^1)的灰色一次累加生成序列的均值生成序列Vi，如表3所示表3 第四步，計算鉛酸蓄電池充電電流I (°) (k)的灰作用量ai，Idi，鉛酸蓄電池各單格溫
升變化率(12Τ/°)的灰作用量 ， ，根據表達式
可得B1 = -0. 0118, bj = 5. 7624, = -0322,b^ = 0.096 』ah = —0.2865，\ = 0.0823 ,aTi = —0.2469力.,4 =0.115，α =—0.281 \,b.「 =0.1002, 第五步，根據鉛酸蓄電池單格溫升變化率的等維遞補灰色單變量一階預測模型
例(I)—丄C +1，和鉛酸蓄電池單格溫升變化率的灰色跟蹤預測值 計算表達式從+1) = (h 1) - Zf㈨，計算各單格溫升變化率分別為d2f,m{6) = 0.0637, /2Γ2(0) (6) = 0.016T,d2f3{0)(6) = 0.0693, cf-f:、(6) = 0.0797,d2T5i0)(6) = 0.0625, /2Γ6(0)(6) = 0.1083 』此時k = 5，絕對值最大之差為0. 039小於設定上限閾值0. 05，充電過程繼續第六
止
少·第六步，根據鉛酸蓄電池充電電流的等維遞補灰色單變量一階預測模型 和鉛酸蓄電池充電電流的灰色跟蹤自主預測值表達式 自主預測跟蹤鉛酸蓄電池的充電電流灰色導值/<"(6) = 36.1535和其原始值 7(0)(6) = 6.1538。第七步，利用鉛酸蓄電池端電壓的等維遞補灰色二變量一階預測模型
和鉛酸蓄電池端電壓的灰色跟蹤預 測值表達式例似+ 1) = J⑴0+1)-爐)(幻，進行鉛酸蓄電池端電壓的灰色跟蹤預測，通過 最小二乘原理所獲得的灰作用量具體數值為au = 0. 2458，bu = 0. 5191，根據預測電流值， 代入等維遞補灰色二變量一階預測模型，得到鉛酸蓄電池端電壓預測值爐」(6) = 12.997 .本 發明實施例給出的端電壓最高上限閾值為14. 4V，故可以判定充電過程繼續。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，並非是對本發明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬於本發明技術方案的保護範圍。
權利要求
鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在於在鉛酸蓄電池各單格內安裝溫度傳感器和檢測電路模塊；所述的檢測電路模塊包括單格電壓及溫度採樣電路，單片機，採樣信號調理電路；對鉛酸蓄電池進行各單格端電壓及溫升變化率採樣，同時採樣充電電流，採樣數據通過各單格內的檢測電路模塊，以總線通信方式通過外設總線接口傳送至充電器的微處理模塊，充電器的微處理模塊根據傳送的數據進行充電過程的自適應控制。
2.根據權利要求1所述的鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在於所 述充電器的微處理模塊根據傳送的數據進行充電過程的自適應控制的步驟如下2. 1充電器按照事先設定的慢脈衝充電方式，以預先設定的初始充電電流進行充電； 同時，充電器的微處理模塊根據鉛酸蓄電池各單格檢測電路模塊通過總線通信傳輸過來的 某採樣時刻的鉛酸蓄電池的各單格端電壓Ui (k)和鉛酸蓄電池的各單格溫度Ti (k)，按制高 原則確定此採樣時刻的鉛酸蓄電池的端電壓U(k)；通過二次微分獲得此時刻鉛酸蓄電池 各單格的溫升變化率Ci2TiGO.其中，U (k) = 6max (U1 (k)，U2 (k)，U3 (k)，U4 (k)，U5 (k)，U6 (k)}， Cl2TiGO = ClTi (m) -ClTi (m-1) =(Ti (m)-Ti (m-1))-(Ti (m-1)-Ti (m_2))， k，m為採樣時刻，且k = 3m；2. 2按照步驟2. 1中的處理方法進行定周期採樣，獲得定周期內的鉛酸蓄電池的端電 壓採樣序列U(°)，各單格溫升變化率採樣序列Cl2Ti(°)；同時，在充電迴路中定周期採樣鉛酸蓄 電池充電電流，得到序列1(°)；其中， M為定周期內的採樣總數，且M彡4;2. 3將步驟2. 2中獲得的鉛酸蓄電池端電壓，各單格溫升變化率和充電電流的周期採 樣序列，分別進行灰色一次累加生成處理，得到鉛酸蓄電池端電壓的灰色一次累加生成序 列U(1)，各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列d2T,和充電電流的灰色一次累加生成 序列1(1)；其中， 2. 4將步驟2. 3中獲得的定周期採樣的鉛酸蓄電池端電壓的灰色一次累加生成序列 U(1)，各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列cfT/1)和充電電流的灰色一次累加生成序 列Ιω進行均值生成操作，獲得鉛酸蓄電池端電壓的灰色一次累加生成序列Ua)的均值生 成序列u，各單格溫升變化率的灰色一次累加生成序列d2!^1)的均值生成序列Vi和充電電流的灰色一次累加生成序列Ι(1)的均值生成序列W ；其中， ·2. 5充電器的微處理模塊利用步驟2. 1-2. 4獲得的數據，計算鉛酸蓄電池各單格溫升 變化率進行灰色預測跟蹤所需的灰作用量氣為:，同時計算鉛酸蓄電池充電電流進行灰色 系統自主量預測所需的灰作用量^，h ；其中， ·2. 6充電器的微處理模塊根據步驟2. 5獲得的各單格溫升變化率進行灰色預測跟蹤所 需的灰作用量 ， ，利用鉛酸蓄電池單格溫升變化率的等維遞補灰色單變量一階預測模 型，進行鉛酸蓄電池各單格溫升變化率的灰色預測跟蹤，並將各單格溫升變化率的跟蹤預 測結果進行比對，若超出限定誤差，轉入步驟2. 7 ；否則，進行步驟2. 8 ；·2. 7充電器的微處理模塊發送電平信號觸發脈衝修復模塊，進行鉛酸蓄電池維護的自 適應控制；·2. 8充電器的微處理模塊根據步驟2. 5獲得的鉛酸蓄電池充電電流進行灰色系統自主 量預測所需的灰作用量&，h，利用鉛酸蓄電池充電電流的等維遞補灰色單變量一階預測模 型，進行充電電流的自主預測；·2. 9充電器的微處理模塊根據步驟2. 8中的預測結果，利用鉛酸蓄電池端電壓的等維 遞補灰色二變量一階預測模型，進行鉛酸蓄電池端電壓的灰色跟蹤預測，若預測端電壓值 超過設定充電電壓閾值，則進行步驟2. 10 ；否則，轉入步驟2. 1 ；·2. 10充電器的微處理模塊發送電平信號至放電模塊，啟動短時放電操作，放電操作完 成後，進行充電電流調整，充電電流穩定後進行判斷，若電流值小於0. 5A則轉入步驟2. 11 ； 否則，轉入步驟2. 1 ；·2.11鉛酸蓄電池進入浮充充電階段，充電電壓為13. Π4. IV，充電時間為廣2小時； 整個自適應控制過程按照步驟2. 1-2. 11進行，直至充電過程結束。
3.根據權利要求2所述的鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在於所 述步驟2. 6中的鉛酸蓄電池單格溫升變化率的等維遞補灰色單變量一階預測模型，其具體 數學表達式為 鉛酸蓄電池單格溫升變化率的灰色跟蹤預測值為 根據預測結果，若各單格溫升變化率灰色跟蹤預測值之間的差值小於一個事先給定的 ε，ε為常數，ε e
，則認為各單格溫升變化無明顯差異；否則，認為有顯著差已
4.根據權利要求2中鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在於所述步 驟2. 7中的進行鉛酸蓄電池維護的自適應控制的控制策略為當充電器的微處理模塊發送 電平信號至脈衝修復模塊時，脈衝修復模塊開始動作；與此同時，鉛酸蓄電池的各單格內的 檢測電路模塊按照步驟2. 1中的處理方法，進行鉛酸蓄電池各單格端電壓和溫升變化率的 定周期採樣，當規定周期內的各單格端電壓和各單格溫升變化率之差，均小於一個事先給 定的ε，ε為常數，ε e
，則充電器的微處理模塊發送電平信號至脈衝修復模 塊，停止鉛酸蓄電池的維護過程，轉入步驟2. 1 ；否則，繼續維護過程。
5.根據權利要求2中所述的鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在於 所述步驟2. 8中的鉛酸蓄電池充電電流的等維遞補灰色單變量一階預測模型，其具體數學 表達式為 鉛酸蓄電池充電電流的灰色跟蹤自主預測值為
6.根據權利要求2中鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在於所述步 驟2. 9中的鉛酸蓄電池端電壓的等維遞補灰色二變量一階預測模型，其具體數學表達式為 其中，灰作用量a ，b 通過最小二乘獲得，具體計算表達式為， Gt表示矩陣G的轉置矩陣，G—1表示G的逆矩陣，M為採樣總數，且M > 4 ；鉛酸蓄電池端 電壓的灰色跟蹤預測值為
7.根據權利要求2中所述的鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在於 所述步驟2. 9中的充電電壓閾值範圍為13. 8^14. 5。
8.根據權利要求2中所述的鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在 於步驟2. 10中所述的短時放電操作，其放電參數為短時放電電流值為鉛酸蓄電池端 電壓每次灰色跟蹤預測值達到限制閾值前一時刻充電電流的6(Γ80%，短時放電脈寬為`0. 4 0. 7ms，短時放電次數為廣10次。
9.根據權利要求2中所述的鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在於 所述步驟2. 10中的放電操作完成後，進行充電電流調整，其調整方式為脈寬調整，脈寬調 整的步長為0. 25 0.5。
全文摘要
鉛酸蓄電池自維護遞減慢脈衝快速充電法，其特徵在於在鉛酸蓄電池各單格內安裝溫度傳感器和檢測電路模塊；所述的檢測電路模塊包括單格電壓及溫度採樣電路，單片機，採樣信號調理電路；對鉛酸蓄電池進行各單格端電壓及溫升變化率採樣，同時採樣充電電流，採樣數據通過各單格內的檢測電路模塊，以總線通信方式通過外設總線接口傳送至充電器的微處理模塊，充電器的微處理模塊根據傳送的數據進行充電過程的自適應控制。能夠較好的抑制單格過充和熱失控的發生；能夠提前預測單格失效趨勢；整個充電過程採用遞減慢脈衝的充電方式，有效的抑制了充電過程中產生的極化現象，加快了充電速度等優點。
文檔編號H02J7/00GK101847885SQ201010159498
公開日2010年9月29日 申請日期2010年4月24日 優先權日2010年4月24日
發明者劉東林, 劉洪娥, 王任超, 高小群, 高述轅 申請人:山東申普汽車控制技術有限公司