确定电池状态及电池充电的方法技术

本发明专利技术的方法和装置包括加一或多个由等待周期（ＣＷ１）隔开的充电脉冲，若充电脉冲多于１，在最后的脉冲后有第二等待周期（ＣＷ２）。之后有由等待周期（ＤＷ１，ＤＷ２）隔开的放电脉冲，在下一充电脉冲前有最后的等待周期（ＤＷ３）。放电脉冲幅值与充电脉冲近似，其宽度明显小于充电脉冲。从而使电池内形成正常化学和电梯度，把离子更均匀地扩散入电解液，并不会使电池出现明显放电，加快电池的充电速度及充电效率，使充龟时间和发热量最小。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电池的充电技术，特别是揭示一种方法和一种装置，用于使电池快速充电，使冷冻的电池快速充电，使电池快速化成，确定电池的化成状态，以及确定电池的充电状态。电池充电的一般技术是广泛公知的即使电流流入电池。然而，尽管这种技术很简单，却能引起电池的过热，过量的气体，并且需要很长时间才能使电池充满。如果在充电脉冲之间施加一个去极化(放电)脉冲，就可以缩短电池充电的所需时间，如授予布克特(Burktt)等人的美国专利US3，597，673号中所述。电池充电时间及发热的进一步减少可以这样实现，即在放电脉冲结束之后且在施加下一个充电脉冲之前等待一个特定的周期。在授予布诺汉斯凯(Podrajhansky)等人的美国专利US4，829，225号中公开了这种技术。然而，电池的发热和充电时间还需要进一步地减少。可充电电池在放电以后需要重新充电，以便使电池恢复能量。由于一般的电池充电器在不使电池过热的条件下不能提供很大的充电电流，为电池充电通常需要数小时或更长。众所周知，电池过热会明显地缩短其使用寿命。因此就需要一种以某种方式提供大电流，又不使电池过热的电池充电器，以便对电池快速充电。在电池充电时，由于扩散层的形成而在电池内部产生内电阻，扩散层是由正离子向负极板的迁移和负离子向正极板的迁移而造成的。这种有时称为达夫耐(Duffeny)层的扩散层是不易击穿的，并且对离子流产生较高的内电阻。如果电池是冷冻的，这种内电阻会由于离子速度的降低而进一步增大。这种高内电阻造成实际上不可能对冷冻的电池充电。因此，采用直流电流对冷冻的电池充电是极为困难的，并且会延长其时间周期。因此，希望能缩短冷冻电池的充电时间。对于特别类型的电池，例如铅酸蓄电池，可以仅通过测量电池电压来确定充电状态。特别是电池电压在电池充满之前将会一直上升，此后电池电压就会下降。铅酸蓄电池中的电压下降很容易检测。因此，充电系统可以根据这一电压变化确定何时停止充电，并且避免不必要的能量损耗以及对电池的损害。然而，在某些类型的蓄电池中，这种电压下降很小，以至于很容易由噪声或电池电压的正常变化而掩盖。对某些类型的电池，例如NiCad和NiFe电池，没有已知的指示且能用来确定充电状态。因此，普通的电池充电系统无法确定停止充电的最佳点。因此需要象其它类型电池一样确定NiCad和NiFe电池的充电状态，以避免不必要的能量损耗以及对电池的损害。新造的电池需要化成(充电)，根据电池的类型和尺寸，充电需要12小时到数天不等。电解液装在电池里并且有部分电解液被电极板所吸收。最初的化学反应产生大量的热量并且电池温度会很容易地达到170°F。当电解液被电极板吸收后，温度将开始下降，从而显示吸收(酸浸)时间已过，和电池已作好化成的准备。电池化成所需的电解液温度为135°F至145°F。为了缩短化成时间，希望有较大的充电电流。然而，充电电流不应大于维持所需电池温度的电流，否则会出现过热并导致电池损坏。因此需要一种充电器，它能提供使化成时间最短的充电电流，且不会使电池过热。没有已知的方法能确定电池化成的状态。由于不能确定电池化成的状态，就很难确定停止电池化成的最佳点。因此，为了保证能完成电池化成，通常以固定的时间为电池充电。然而，这样做时常导致电池过热，浪费能量，由于水的电解产生气体，以及延长化成时间。如果充电时间短以致于不产生气体，电池则不能完全化成或充电。因此就需要确定电池的化成状态，以便确保电池完全化成，避免不必要的能量损耗，以及缩短化成过程的时间。本专利技术提供了一种方法和装置，用于为电池快速充电，为冷冻的电池快速充电，使电池快速化成，确定电池的化成状态，以及确定电池的充电状态。为了向电池充电，本专利技术设想对电池施加一个或一系列充电脉冲，对电池施加一系列去极化(放电)脉冲，脉冲之间由等待周期隔开，并且重复充电和放电程序直到电池完成充电。放电脉冲是通过为电池施加一个负载来实现的。放电脉冲宽度通常明显地比充电脉冲宽度窄。插入的等待周期可以具有相同的宽度或不同的宽度，并且可以具有与放电脉冲宽度不同的数值。使用一个或一系列充电脉冲，随后使用多个放电脉冲，在脉冲之间由等待周期隔开，就可以实现很迅速的充电，并且减少电池的发热。采用由等待周期隔开的多个放电脉冲，可以比采用单个放电脉冲产生更多的有效离子。充电脉冲则通常能利用全部有效离子，并且由于有更多的离子而允许施加较大的充电电流。由于有效离子的增加，电池的内阻减小，从而还能使电池发热减至最小。因此，本专利技术的一个目的是提供一种使电池快速再充电，同时使电池发热减至最小的方法和装置。本专利技术进一步提供了一种冷冻电池的快速充电方法和装置。本专利技术的设想是施加一或多个充电脉冲，随后施加一或多个放电脉冲，在脉冲之间用等待周期隔开，并且重复充电和放电过程直至电池解冻和充电完成。由于对电池施加了充电和放电脉冲，电池将会因水的产生和电池内部由发热产生的化学反应而解冻。因此，本专利技术的另一个目的是提供一种方法和装置，以便使冷冻的电池快速解冻和充电。由于在快速充电过程中采用的电流很大，电池的过充电可能会很快导致电池的损坏，因此本专利技术又提供了用于确定电池充电状态的方法和装置。在放电脉冲之后测量开路输出电压曲线以下的区域面积，当电池充电完成时该面积将达到一个稳定状态的数值。因此用该面积来确定何时停止快速充电过程。从而，本专利技术的再一个目的就是确定电池的充电状态。本专利技术还提供了一种使新电池快速化成的方法和装置。为了使电池化成，本专利技术的设想是施加一或一系列的充电脉冲，随后施加一系列放电脉冲，用等待周期把多个放电脉冲和充电脉冲隔开，并且重复这种程序直到电池完成充电。对充电脉冲的宽度，数量和幅值进行控制，以便把电解液的温度维持在由电池化成的最佳温度所确定的温度范围之内。由于在电池化成过程中会出现多方面的热致化学反应，以及由于充电过程中电池内阻的变化，这种温度控制是必需的。因此，本专利技术的下一个目的就是提供一种使新电池快速化成的方法和装置。本专利技术还提供了用于确定电池化成状态的方法和装置。在化成过程中，充电脉冲的起始点和放电脉冲的起始点上的电压波形会出现电压尖峰。电压尖峰的幅值表示正负极板上物质转换(化成)状态的指标。当负极板上的物质被完全转换时，在充电脉冲起始点上的电压尖峰将达到最大的、稳态的数值，并且当正极板上的物质被完全转换时，放电脉冲起始点上的电压尖峰也会达到最大数值。因此，本专利技术的另外一个目的就是确定电池的化成状态。附图说明图1是本专利技术最佳实施例的一个方框图;图2是表示充电脉冲/等待周期/放电脉冲/等待周期过程的示意图;图3是一个波形图，用于说明如何确定电池的充电状态;图4是一个波形图，用于说明如何确定电池的化成状态;图5是由控制器执行的电池充电过程的流程图。以下参见附图，图1是本专利技术最佳实施例的方框图。电池的充电，放电和解冻电路10包括一个键盘12，一个控制器13，一个显示器14，一个充电电路15，一个去极化(放电)电路16以及一个电池监视电路20。键盘12被连接到控制器13的“K”输入端并且允许使用者输入特定的参数，例如电池类型(铅酸，NiCad，NiFe等等)以及其他有关信息，例如正常电池电压或串联电池的数量。键盘12可以是键盘，刻度盘，开关阵列或者其他信息输入设备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池的充电方法，其特征是包括以下步骤：向上述电池施加一个充电脉冲；向上述电池施加第一放电脉冲；等待一个第一等待周期；向上述电池施加第二放电脉冲；以及重复上述步骤直至达到一个选定的参数。

【技术特征摘要】
US 1992-1-22 07/824,1131.一种电池的充电方法，其特征是包括以下步骤向上述电池施加一个充电脉冲；向上述电池施加第一放电脉冲；等待一个第一等待周期；向上述电池施加第二放电脉冲；以及重复上述步骤直至达到一个选定的参数。2.如权利要求1的方法，其特征是上述施加放电脉冲的步骤包括给上述电池施加一个负载。3.如权利要求1的方法，其特征是上述第一放电脉冲具有第一宽度，上述第二放电脉冲具有第二宽度，并且上述第一宽度近似地等于上述第二宽度。4.如权利要求1的方法，其特征是上述充电脉冲具有充电电流幅值，并且每个上述放电脉冲都具有一个放电电流幅值，其中至少有一个上述放电脉冲的上述放电电流幅值不小于上述充电电流幅值。5.如权利要求1的方法，其特征是进一步包括在施加上述充电脉冲之后及施加上述第一放电脉冲之前等待一个第二等待周期的步骤。6.如权利要求1的方法，其特征是进一步包括在上述第二放电脉冲之后及重复上述各步骤之前等待一个第二等待周期的步骤。7.如权利要求6的方法，其特征是上述第一等待周期的宽度近似地等于上述第二等待周期的宽度。8.如权利要求1的方法，其特征是上述选定的参数是上述电池的充电比例，并且上述方法进一步包括测量上述电池的充电比例的步骤。9.如权利要求8的方法，其特征是在施加上述充电脉冲时测量上述充电比例。10.如权利要求9的方法，其特征是测量上述充电比例的上述步骤包括测量上述电池的正向尖峰电压。11.如权利要求10的方法，其特征是在充电脉冲的起点得测量上述正向尖峰电压。12.如权利要求10的方法，其特征是测量上述充电比例的上述步骤进一步包括确定上述正向尖峰电压是否达到了一个稳态条件。13.如权利要求10的方法，其特征是测量上述充电程度的上述步骤进一步包括在放电脉冲之后的等待周期期间测量上述电池的电压峰值。14.如权利要求8的方法，其特征是在施加上述放电脉冲时测量上述充电比例。15.如权利要求14的方法，其特征是测量上述充电比例的上述步骤包括测量上述电池的负向尖峰电压。16.如权利要求15的方法，其特征是在放电脉冲的起点处测量上述负向尖峰电压。17.如权利要求15的方法，其特征是测量上述充电比例的上述步骤进一步包括确定上述负向尖峰电压是否已达到了一个稳态条件。18.如权利要求8的方法，其特征是在随着一个放电脉冲之后的等待周期期间测量上述充电比例。19.如权利要求18的方法，其特征是测量上述充电比例的上述步骤包括测量上述电池的电压幅值，提供一个幅值的测量值;以及在一个预定时间周期期间对上述幅值的测量值积分，提供一个积分幅值信号。20.如权利要求19的方法，其特征是上述预定的周期是随着上述放电脉冲之后的上述等待周期。21.如权利要求19的方法，其特征是测量上述充电比例的上述步骤进一步包括确定上述积分幅值信号是否达到了一个稳态条件。22.如权利要求18的方法，其特征是测量上述充电比例的上述步骤包括测量上述电池的电压变化速率。23.如权利要求22的方法，其特征是测量上述充电比例的上述步骤进一步包括确定上述变化速率是否已达到了一个稳态条件。24.一种电池的充电装置，其特征是包括向上述电池施加充电脉冲的充电装置;向上述电池施加放电脉冲的放电装置;以及控制装置，用于重复地使上述充电装置施加第一充电脉冲，使上述放电装置施加第一放电脉冲，等待一个等待周期，并且使上述放电装置施加第二放电脉冲。25.如权利要求24的装置，其特征是上述控制装置在上述第二放电脉冲之后和使上述充电装置施加下一个上述第一充电脉冲之前等待一个第二等待周期。26.如权利要求24的装置，其特征是上述控制装置在上述第一充电脉冲之后等待一个第二等待周期，并且在使上述放电装置施加上述第一放电脉冲之前再使上述充电装置施加一个第二充电脉冲。27.如权利要求24的装置，其特征是上述控制装置监视上述电池的一个预定参数。28.如权利要求27的装置，其特征是上述预定参数是上述电池的温度，并且上述控制装置响应上述温度调整至少一个下述参数上述充电脉冲的宽度;充电脉冲的数量;上述放电脉冲的宽度;放电脉冲的数量;上述等待周期的宽度;上述充电脉冲的幅值;以及上述放电脉冲幅值。29.如权利要求27的装置，其特征是上述预定参数是电池电压，并且上述控制装置响应上述电池电压调整至少一个下列参数上述充电脉冲的宽度;充电脉冲数量;上述放电脉冲的宽度;放电脉冲数量;上述充电脉冲的幅值;以及上述放电脉冲的幅值。30.如权利要求27的装置，其特征是上述预定参数是上述充电脉冲期间的正向尖峰电压，并且上述控制装置响应达到一个稳态条件的上述正向尖峰电压，停止对上述电池充电。31.如权利要求27的装置，其特征是上述预定参数是上述放电脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤里波德拉詹斯基，飞利普W鲍普，
申请(专利权)人：恩莱夫公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]