用于镍锌电池组的充电方法技术

温度补偿的恒压电池充电算法给电池快速且安全地充电。充电算法还包括储存之后恢复电池和校正电池组中的电池单元不均衡的方法。还公开了能够执行这些功能的电池充电器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及可充电电池技术，并且更具体地涉及镍锌可充电电池 单元和电池组。进一步更具体地，本专利技术涉及密封的镍锌可充电电池 单元的充电方法。
技术介绍
镍锌电池的充电方法对于它的性能来说是很重要的。性能因素， 例如电池寿命、比容量、充电时间和成本，都会受到充电方法的影响。 充电器设计者必须对快速充电的需求以由此快速恢复使用、低成本充 电器以及例如电池单元平衡、增加寿命和保留容量的其它需求进行权 衡。因为镍电极充电电位位于非常接近释出氧的电压，所以镍锌电池 充电引起了特殊的挑战。在电池充电期间，氧释出过程与镍电极充电 过程相互竟争，上述镍电极充电过程作为镍电极充电状态、充电电流 密度、几何形状和温度的函数。在给具有过多锌的常规设计的镍锌电池单元充电期间，氧释出发 生在镍变为充分充电之前。镍锌电池使用电极之间的隔膜隔离物，这 限制了运输和氧进入锌电极的直接再结合。因此，由于氧必须游离到 电极的端部以穿过该隔膜隔离物，所以限制了氧在锌电极处可以再结 合的速度。由于一些其它的电池类型，例如镍镉电池，不使用对氧迁 移率具有相同阻力的隔离物，所以这种挑战尤其是针对镍锌电池。由此，镍锌电池会受其相对低的氧再结合速度的限制。在氧释出体制的 密封电池单元中，充电电流密度必须不超过如下阈值，在该值之上， 在该电池单元内氧产生比再结合更快，或者将构建起氧压力。由于氧的释出，镍锌电池可能需要"过充电"来充分再还原镍电极的容量。在其它镍电池类型的充电方案中，这种过充电可以适当地快 速进行。然而，在镍锌的情况下，较低的再结合速度会限制使用过充电来解决这种不均衡。代替镍镉电池以C/3的速度过充电，而镍锌电 池仅能以C/100和C/10之间的速度过充电，对于2安时的电池单元一般 在40和200毫安之间。典型的充电方案包括恒定电位和恒定电流。为了避免在镍锌电池 单元中构建氧压力，恒定电流方案会迫使电流很小，而不能允许快速 充电。在恒定电压方案中，电池单元不均衡会加剧降低电池组的寿命。 当电压恒定时，与较强电池单元串联的较弱的电池单元以比该较强电 池单元更低的电压充电，进一步加剧了充电水平的降低。其它充电方 案包括多阶段恒定电流方案和利用放电周期的脉冲充电。充电方案越 复杂，充电器也就越昂贵。在高温存储或装配之后，发现一些电池组具有了高阻抗，这可能 是由电极上的钝化层造成的。由于高阻抗在恒定电压下仅允许低电 流，所以这些电池经仅能緩慢充电。在高恒定电流下，这些电池快速 达到电压限制。为了给这些电池快速充电，必须移除该钝化层以降低 阻抗。因此，需要快速、低成本、解决电池组中的各电池单元当中的充 电不均衡、对具有高阻抗的电池充电，且对电池和消费者安全的充电 方法。
技术实现思路
本专利技术提供了新颖的充电方案，以给镍锌电池组快速充电，修复 电池组中不均衡的电池单元，修复在出货或储存期间造成的高阻抗， 并且对于电池和消费者来说做这些都是安全的、低成本的。给出了几种充电方案用于给大多数电池充电的容积充电算法； 用于电池的手动和自动恢复的前端充电算法；充电结束终止算法；充 电状态维持的充电算法，以确保电池单元/电池在连接到充电器上时一 直被充电；以及几种交替充电算法。这些中的任何一种可以单独使用或组合使用。在这里列出了一些优选组合，但是本专利技术并不限于这些。 一方面，本专利技术涉及以恒定电流、然后以恒定电压对镍锌电池充电的方法。该方法包括测量电池的温度；至少基于该电池的温度计 算电压；以恒定电流(CI)对该电池充电直到达到计算的电压；以每 个镍锌电池单元计算的电压(CV)对该电池充电；以及在满足充电 结束条件时停止以每个电池单元计算的电压的充电。注意，在一个电 池中可以有一个或多个电池单元。典型地，这些电池单元串联连接。在CI阶段期间，例如，以l-2安充电电池，直到(a)电压等于 或大于阈值电压(其可以是温度补偿的)与串联充电的电池单元数目 的乘积，(b)经过指定的时间(例如， 一小时)，或者(c)电池的 温度升高指定的量(例如，大约15摄氏度或更高)。电池温度任选由 热电偶、热敏电阻器或其它温度测量装置测量，其通常位于电池组的 中部或热中心。注意，这里和该
技术实现思路
中的其它地方所列出的参数 值是针对大约2安时容量的一般镍锌电池而选择的。本领域的技术人 员将认识到 一些参数值可以与电池容量成比例。在一些实施例中， 线性比例是合适的。在完成了充电的任意恒定电流阶段之后，该容积充电算法进行到 CV阶段。这里，以温度补偿电压与电池单元数目的乘积对该电池充 电，直到满足充电结束条件。该充电结束条件可以是电流减小到小 于或等于设定值(例如，大约每个电池单元90毫安)，经过了设定的 时间(例如，大约1.5小时)，电流大于或等于指定的与电池中短路相 关的阅值(例如，对于2安时电池大约2.25安)，温度升高了指定的量 (例如，大约15摄氏度或更高-例如，达到37摄氏度的温度)，或者 这些条件的组合。温度补偿电压是电池温度以及在一些实施例中是充电状态的百 分比、电解质成分和恒定阶段充电电流的函数。根据充电硬件的复杂 程度，可以使用复杂变化的温度补偿方程式。在一个实施例中，充电 器使用二次方程式，但是其它实施例包括线性方程式或对应不同温度 范围的两个线性方程式，如表1所示。提供用于不同充电阶段(表示为完成充电的百分比)的方程式。 一旦确定了温度补偿电压，其将用 于容量充电算法(例如，作为用于充电过程的恒定电流阶段的截止电 压)。在充电期间电池温度随着时间改变时，该算法将更新温度补偿电压。在某些实施例中，在cv阶段期间使用的温度补偿电压大约为1.9至1.94伏。在某些实施例中，当被充电的电池单元具有大约20-25 摄氏度范围内的温度，优选为大约22摄氏度时适于使用该电压。此夕卜， 对于具有大约5和8.5摩尔之间的游离不含緩沖的碱度的电解质的镍锌 电池来说，1.9至1.94伏是合适的。在某些实施例中，在CV阶段期间 用于温度补偿电压的表达式是一V二0.004^T+2.035，其中V是恒定电 压值，T是以摄氏度计的温度。在使用镍锌电池单元的某些实施例中，其中该镍锌电池单元使用 高导电率电解质，例如，具有大约0.5至0.6 (ohm cm)—、范围内的导 电率的电解质，在CV阶段期间使用的恒定电压可以减小一些量。在 一个实施例中，CV设定电压相比上述电平降低了大约10至20毫伏。 由此，在一些实施例中，CV阶段期间的设定电压可以大约为1.88至 1.92伏。同样，在充电镍锌电池单元的CI阶段期间，从CI到CV的转变 可以发生在电池单元电压达到大约1.88至1.92伏时。在具体实施例中，该充电方法包括前端充电算法，其首先检查电 池温度在确定的范围内，例如在大约0和45摄氏度之间。如果该温度 在该范围之外，那么该算法将施加每2安时电池容量大约100至200毫 安之间的点滴电流或等效电流脉沖，直到温度升高到大约15摄氏度 (或其它指定的温度)，电压达到最小值，例如每个电池单元一伏特， 或者温度没有增加或没有最小电压的情况达到时间限制，例如大约 20hr②C/20速率。如果温度在该范围内，那么就跳过前端充电算法， 并且可以开始恒定电压或恒定电流/恒定电压充电。在某些实施例中，前端算法可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镍锌电池的充电方法，包括：　测量电池的温度，　至少基于所述电池的温度来计算计算电压，　以恒定电流对该电池充电，直到测量的电池电压与该计算电压相同，　以每个镍锌电池单元的计算电压对该电池进行充电，和　在满足充 电结束条件时停止以每个电池单元的计算电压对该电池的充电；　其中电池包括一个或多个电池单元。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：E阿尔杰，J菲利普斯，R本德特，S莫哈那塔，
申请(专利权)人：鲍尔热尼系统公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]