專利名稱：恒壓脈沖快速充電法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蓄電池充電方法，尤其是一種恒壓脈沖快速充電法。
技術(shù)背景隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通訊、交通等領(lǐng)域?qū)π铍姵氐氖褂迷絹碓蕉啵?研究與蓄電池有關(guān)的技術(shù)，提高蓄電池的充電和儲能效率，節(jié)約有限的能源， 提高蓄電地W吏用壽命，成為該領(lǐng)域的重要課題。目前，國內(nèi)外現(xiàn)行的充電技術(shù)一般規(guī)定充電電流不得大于O. 1 c (c是蓄電 池額定容量)，即10小時(shí)率充電，充電時(shí)間長達(dá)14小時(shí)以上。4艮顯然，這樣的 充電方式充電時(shí)間^^艮長，不論是對于經(jīng)常停電的地區(qū)，還是應(yīng)急充電來說，均 不能滿足要求。因此，需要采用快充方法。目前在業(yè)界普遍采用的蓄電池快速充電方法主要有以下幾種1. 脈沖式充電法，這種充電法不4義遵循蓄電池固有的充電接受率，而且能 夠提高蓄電池充電接受率，從而打破了蓄電池指數(shù)充電接受曲線的限制，這也 是蓄電池充電理論的新發(fā)展。脈沖充電方式首先是用脈沖電流對電池充電，然 后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)，如圖1所示。充電脈沖使蓄電池充滿電量， 而間歇期使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉， 使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下 一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸收更多的電量。間歇脈 沖使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接 受率。2. 變電流間歇充電法，這種充電方法建立在恒流充電和脈沖充電的基礎(chǔ)上， 如圖2所示。其特點(diǎn)是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。充電前期的 各段采用變電流間歇充電的方法，保證加大充電電流，獲得絕大部分充電量。充電后期釆用定電壓充電段，獲得過充電量，將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。通過 間歇停充，使蓄電池經(jīng)化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時(shí)間重新化合而被吸收掉， 削弱或使電化學(xué)極化、濃差極化和歐姆極化自然而然的得到消除，從而減輕蓄 電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒流充電能夠更加順利地進(jìn)^f亍，^吏蓄電池可以吸收更 多的電量。3. 變電壓間歇充電法，如圖3所示。與變電流間歇充電方法不同之處在于 第一階段的不是間歇恒流，而是間歇恒壓。該方法更加符合最佳充電曲線。在 每個(gè)恒電壓充電階段，充電電流自然按照指數(shù)規(guī)律下降，符合電池電流可接受 率隨著充電的進(jìn)行逐漸下降的特點(diǎn)。4. 變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法，如圖4所示，脈沖電 流幅值和PWM信號的頻率均固定，PWM占空比可調(diào)，在此基礎(chǔ)上加入間歇停充階 段，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)充進(jìn)更多的電量，提高蓄電池的充電接受能力?，F(xiàn)行快速充電方法的缺點(diǎn)是所提供的充電電流與電池的接受能力不相匹 配，充電時(shí)間較長，又不能準(zhǔn)確判斷何時(shí)電已充足而中斷終止充電，因而不能 避免過充，導(dǎo)致較高的溫升，及大量析氣，以致?lián)p害電極極板活性物質(zhì)，電流 效率充電效率降低，電池容量下降，影響電池壽命，乃至快充過程中發(fā)生爆炸。 傳統(tǒng)的充電理論認(rèn)為，充電速率越大，析氣及溫升越大.要對蓄電池實(shí)現(xiàn)快充， 涉及的中心問題是析氣、溫升及電池壽命三大問題。因此，減少及降低充電過 程中析氣及溫升，不危及或者提高電池壽命，是研制蓄電池快速充電方法的技 術(shù)關(guān)鍵。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是提供一種恒壓脈沖快速充電法，該方法充電 速度快、充電效率高、溫升小、析氣少、對電池?fù)p害小、才喿作簡單。為解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是 一種恒壓脈沖快速充電法， 保持恒定的充電電壓，以恒定周期的充電脈沖對蓄電池充電，其每個(gè)充電周期 的充電電流曲線包括正脈沖充電、零脈沖停充、負(fù)脈沖放電、零脈沖停放四個(gè)階段，其中正脈沖充電電流幅度初始值為1C并隨充電時(shí)間呈指數(shù)變化，負(fù)脈沖 放電電流幅度始終為2C。所述充電周期為120-240s。所述每個(gè)充電周期中零脈沖停充、負(fù)脈沖放電、零脈沖停放脈沖寬度分別為 119 - 239s、 500_700ms、 50-150ms、 200-400ms。所述最佳充電周期為180s,每個(gè)充電周期中正脈沖、零脈沖、負(fù)脈沖、零 脈沖寬度分別為179s、 600ms、 100ms、 300ms。充電過程中通過檢測電池端電壓和充電電流的大小，與電池充滿狀態(tài)的設(shè) 定值進(jìn)行比較，來控制充電終止。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于本發(fā)明集恒壓充電法與脈沖充 電法的優(yōu)點(diǎn)于一體，以恒壓的大電流進(jìn)行充電，并采取瞬間放電和停充等去極 化措施，形成周期性充電脈沖，使蓄電池接近初始充電狀態(tài)；該方法具有充電 時(shí)間短、充電效率高、溫升小、析氣少，4喿作筒單等特點(diǎn)，可適用于各種類型 的鉛酸蓄電池充電。


圖l是脈沖式充電曲線；圖2是變電流間歇充電曲線；圖3是變電壓間歇充電曲線；圖4是波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電；圖5是蓄電池最佳充電曲線；圖6是采用本發(fā)明方法的充電曲線。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述如圖5所示，蓄電池的最佳充電電流曲線呈指數(shù)形式，該曲線表明了蓄電 池充電時(shí)的接受能力。因此，要想實(shí)現(xiàn)快速充電時(shí)，不損害蓄電池電池性能， 不大量析氣，不產(chǎn)生較高的溫升，不損害電極活性物質(zhì)，必須使充電電流曲線盡量接近甚至等同于最佳充電曲線，而恒壓充電的充電曲線是最接近最佳充電 曲線的，因此，本發(fā)明人采用恒壓充電方式為基礎(chǔ)對蓄電池進(jìn)行充電，即以蓄 電池"電流接受能力"對蓄電池進(jìn)行充電，同時(shí)，為了解決在恒壓充電方式下， 蓄電池容易產(chǎn)生極化的現(xiàn)象，加入負(fù)脈沖方式消除極化，使蓄電池始終處于最 佳的電流接受狀態(tài)，提高蓄電池的充電電流接受能力，構(gòu)成本發(fā)明的恒壓脈沖快速充電法。其工作原理是在恒壓充電狀態(tài)下，蓄電池充電電流很大，蓄電 池接受能力較強(qiáng)，隨著充電時(shí)間的延長，電流呈指數(shù)規(guī)律變化，由此產(chǎn)生的歐 姆極化、濃差極化、電化學(xué)極化阻礙了蓄電池的接受能力，使電流曲線偏離最 佳曲線，同時(shí)，產(chǎn)生熱量，析出氬氣和氧氣，吸附在極板表面，進(jìn)一步阻礙充 電的進(jìn)行，而負(fù)脈沖放電正好能夠消除這些極化現(xiàn)象，使產(chǎn)生的氧氣和氬氣重 新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然而然地得到消除，從而減輕了 蓄電池的內(nèi)壓，使下一周期的恒壓充電能夠更加順利地進(jìn)行，使蓄電池可以吸 收更多的電量。恒壓充電的主要優(yōu)點(diǎn)是充電電流隨蓄電池端電壓的升高而逐漸減小，其充 電特性接近蓄電池充電接受特性；同時(shí)，恒壓充電過程初期由于蓄電池端電壓 較低，充電電流較大，因而充電速度較快。脈沖充電法的主要優(yōu)點(diǎn)是采取瞬間 放電和(或)停充等去極化措施，以比常規(guī)充電大得多的電流進(jìn)行充電，大大 縮短了充電時(shí)間。本發(fā)明將恒壓充電法與脈沖充電法進(jìn)行結(jié)合，集其優(yōu)點(diǎn)于一 體，首先以恒壓的大電流進(jìn)行充電，在充電過程中，雖然充電電流呈指數(shù)規(guī)律 逐漸減小，但仍會產(chǎn)生極化，當(dāng)極化嚴(yán)重到使充電電流顯著減小時(shí)，采取瞬間 放電和停充的去極化措施，消除極化，使蓄電池在每個(gè)充電周期的開始始終盡 量接近初始充電狀態(tài)，再以恒壓的大電流進(jìn)行充電，如此往復(fù)，形成周期性的 脈沖充電方式，其每個(gè)周期的波形依次為正脈沖充電、零脈沖停充、負(fù)脈沖放 電、零脈沖停放(參考圖6)。由于充電電流的大小直接影響充電時(shí)間，并且每個(gè)充電周期的充電時(shí)間、 停充時(shí)間、放電時(shí)間均影響極化的產(chǎn)生和消除，相應(yīng)的影響充電時(shí)間。為了使充電電流曲線無限接近最佳充電曲線，需要對各個(gè)充電參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算和試 驗(yàn)測定，以確定最佳充電電流曲線。下面通過具體實(shí)施例對本發(fā)明的方法進(jìn)一步說明基于傳統(tǒng)充電理論，發(fā)明人經(jīng)過一系列的試驗(yàn)得出，待充蓄電池恒壓下的 初始充電電流為1C時(shí)，即能很快充滿，又不會產(chǎn)生較大的溫升，析氣也較少。 基于現(xiàn)有技術(shù)理論，負(fù)脈沖充電可以消除極化現(xiàn)象，并且當(dāng)負(fù)脈沖幅度為2C時(shí)， 可以較快較好的消除極化。實(shí)施例1定義初始充電電流1C，負(fù)脈沖放電電流2C，脈沖周期120S，其中正脈沖充 電時(shí)間為119s,零脈沖停充500ms，負(fù)脈沖放電50ms、零脈沖停放450ms，在 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行充電試驗(yàn)，充滿總充電時(shí)間(檢測停充)3h,實(shí)測蓄電 池電解液比重，已經(jīng)充滿，充電過程中蓄電池溫升4艮小，析氣;f艮少。實(shí)施例2調(diào)整零脈沖停充為70Oms,負(fù)脈沖放電5 Oms 、零脈沖停放25Oms,其它條件 與實(shí)施例1相同，充滿總充電時(shí)間(檢測停充)3h,實(shí)測蓄電池電解液比重， 已經(jīng)充滿，充電過程中蓄電池溫升很小，析氣很少。實(shí)施例3調(diào)整零脈沖停充為600ms,負(fù)脈沖放電100ms、零脈沖停放300ms,其它條 件與實(shí)施例l相同，充滿總充電時(shí)間U全測停充)3h，實(shí)測蓄電池電解液比重， 已經(jīng)充滿，充電過程中蓄電池溫升很小，析氣很少。實(shí)施例4調(diào)整零脈沖停充為600ms，負(fù)脈沖放電150ms、零脈沖停》丈250ms，其它條 件與實(shí)施例1相同，充滿總充電時(shí)間(檢測停充)3. lh,實(shí)測蓄電池電解液比 重，已經(jīng)充滿，充電過程中蓄電池溫升很小，析氣#>少。實(shí)施例5調(diào)整脈沖周期為240s,并將正脈沖沖電時(shí)間調(diào)整為239s，其它條件與實(shí)施例1相同，充滿總充電時(shí)間(檢測停充)0. 4h，實(shí)測蓄電池電解液比重，蓄電 池并未充滿，充電過程中蓄電池溫升較高，析氣較多。 實(shí)施例6調(diào)整脈沖周期為180s，并將正脈沖沖電時(shí)間調(diào)整為179s，其它條件與實(shí)施 例1相同，充滿總充電時(shí)間(檢測停充)1. 2h,實(shí)測蓄電池電解液比重，已經(jīng) 充滿，充電過程中蓄電池溫升很小，析氣很少。實(shí)施例7調(diào)整脈沖周期為180s，并將正脈沖沖電時(shí)間調(diào)整為179s,調(diào)整零脈沖停充 為700ms，負(fù)脈沖放電50ms、零脈沖停放250ms，其它條件與實(shí)施例l相同，充 滿總充電時(shí)間(檢測停充)1.2h,實(shí)測蓄電池電解液比重，已經(jīng)充滿，充電過 程中蓄電池溫升很小，析氣很少。實(shí)施例8調(diào)整脈沖周期為180s,并將正脈沖沖電時(shí)間調(diào)整為179s,調(diào)整零脈沖停充 為600ms，負(fù)脈沖放電100ms、零脈沖停放300ms，其它條件與實(shí)施例l相同， 充滿總充電時(shí)間(檢測停充)l. lh，實(shí)測蓄電池電解液比重，已經(jīng)充滿，充電 過程中蓄電池溫升很小，析氣很少。實(shí)施例9調(diào)整脈沖周期為180s，并將正脈沖沖電時(shí)間調(diào)整為179s，調(diào)整零脈沖停充 為6OOms ，負(fù)脈沖放電15Oms 、零脈沖停放25Oms ，其它條件與實(shí)施例1相同， 充滿總充電時(shí)間(檢測停充)1, lh,實(shí)測蓄電池電解液比重，已經(jīng)充滿，充電 過程中蓄電池溫升很小，析氣很少。通過上述實(shí)施例可以看出，采用本發(fā)明方法對蓄電池充電，在初始充電電 流和負(fù)脈沖放電電流已經(jīng)確定的情況下，其充電時(shí)間主要取決于每個(gè)周期中正 脈沖充電時(shí)間的長短，經(jīng)試驗(yàn)測定，在周期為180s,正脈沖充電時(shí)間為179s時(shí)， 充電時(shí)間較短，且對蓄電池性能無影響，蓄電池在充放電過程中始終存在電化 學(xué)極化、濃差極化及主要由前兩種極化引起的歐姆極化，停充脈沖一方面給極板表面近區(qū)利于充電的電化學(xué)反應(yīng)提供時(shí)間，另一方面給充電脈沖在極板表面 近區(qū)形成的高濃度石危酸向極板表面遠(yuǎn)區(qū)的擴(kuò)散提供時(shí)間。因此停充脈沖利于消 除充電脈沖形成的三種極化，而放電脈沖則以逆變形式消除充電脈沖形成的三 種極化， 一方面在極板表面近區(qū)放電的電化學(xué)反應(yīng)，利于下一周期的充電過程， 另 一方面在極板表面近區(qū)消耗一部分充電脈沖形成的高濃度硫酸，試圖使極板 表面近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)的硫酸濃度趨同。停放脈沖一方面試圖消除放電脈沖在極板表 面極近的區(qū)域可能形成的輕微放電極化，另一方面繼續(xù)發(fā)揮停充脈沖的作用。 因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)停充脈沖、放電脈沖及停放脈沖是合理的。由于充電脈沖形成的極化是主要的，故在時(shí)間安排上停充脈沖最長，停放 脈沖次之，放電脈沖最短。在同等條件下，負(fù)脈沖放電時(shí)間影響充電效果和時(shí)間，但影響不大。這也通過實(shí)施例8及實(shí)施例9得到了驗(yàn)證。經(jīng)試驗(yàn)測定，在 周期為180s，正脈沖充電時(shí)間為179s時(shí)，充電時(shí)間4史短，且對蓄電池性能無影 響，通過進(jìn)一步試驗(yàn)測定，在同等條件下，負(fù)脈沖放電時(shí)間影響充電效果和時(shí) 間，但影響不大。通過上述實(shí)施例，可以得出本發(fā)明的最佳實(shí)施方案為，保持恒定的電壓， 以周期為180s的充電脈沖對蓄電池充電，其每個(gè)充電周期中正脈沖充電時(shí)間為 179s、零脈沖停充600ms、負(fù)脈沖放電100ms、零脈沖停放300ms,其中正脈沖 充電電流幅度初始值為1C并隨充電時(shí)間呈指數(shù)變化，負(fù)脈沖放電電流幅度始終 為2C。本發(fā)明還對充電完成時(shí)停充的檢測方法做了改進(jìn)，本發(fā)明將傳統(tǒng)的端電壓 檢測和充電電流檢測兩種檢測方式結(jié)合起來判斷電池狀態(tài)，消除了單純端電壓 檢測和單純充電電流檢測的弊端，不存在誤檢測，保證電池能夠充滿。
權(quán)利要求
1、一種恒壓脈沖快速充電法，其特征在于保持恒定的充電電壓，以恒定周期的充電脈沖對蓄電池充電，其每個(gè)充電周期的充電電流曲線包括正脈沖充電、零脈沖停充、負(fù)脈沖放電、零脈沖停放四個(gè)階段，其中正脈沖充電電流幅度初始值為1C并隨充電時(shí)間呈指數(shù)變化，負(fù)脈沖放電電流幅度始終為2C。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的恒壓脈沖快速充電法，其特征在于所述充電周期 為120-240s。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的恒壓脈沖快速充電法，其特征在于所述每個(gè) 充電周期中零脈沖停充、負(fù)脈沖放電、零脈沖停放脈沖寬度分別為119 - 239s、 500-700ms、 50-150ms、 200-400ms。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的恒壓脈沖快速充電法，其特征在于所述最佳充電 周期為180s，每個(gè)充電周期中正脈沖、零脈沖、負(fù)脈沖、零脈沖寬度分別為 179s、 600ms、 100ms、 300ms。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的恒壓脈沖快速充電法，其特征在于充電過程中通 過檢測電池端電壓和充電電流的大小，與電池充滿狀態(tài)的設(shè)定值進(jìn)行比較，來 控制充電終止。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種恒壓脈沖快速充電法，該方法以恒定的充電電壓，以恒定周期的充電脈沖對蓄電池充電，其每個(gè)充電周期的充電電流曲線包括正脈沖充電、零脈沖停充、負(fù)脈沖放電、零脈沖停放四個(gè)階段，其中正脈沖充電電流幅度初始值為1C并隨充電時(shí)間呈指數(shù)變化，負(fù)脈沖放電電流幅度始終為2C。本發(fā)明集恒壓充電法與脈沖充電法的優(yōu)點(diǎn)于一體，以恒壓的大電流進(jìn)行充電，并采取瞬間放電和停充等去極化措施，形成周期性充電脈沖，使蓄電池接近初始充電狀態(tài)；該方法具有充電時(shí)間短、充電效率高、溫升小、析氣少，操作簡單等特點(diǎn)，可適用于各種類型的鉛酸蓄電池充電。
文檔編號H01M10/44GK101404346SQ20081007978
公開日2009年4月8日 申請日期2008年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者傅孝忠, 安振濤, 宣兆龍, 戴祥軍, 武洪文, 平 王, 王長龍, 賈英江 申請人:中國人民解放軍軍械工程學(xué)院