專利名稱：用于對(duì)電池充電的方法與裝置的制作方法
用于對(duì)電池充電的方法與裝置本發(fā)明涉及操作鉛酸蓄電池和對(duì)鉛酸蓄電池充電的方法，涉及對(duì)鉛酸蓄電池充電的裝置，以及涉及包括鉛酸蓄電池和充電裝置的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。近年來(lái)，為了提高鉛酸蓄電池的效率和可靠性，已經(jīng)作出了很多改進(jìn)。在鉛酸蓄電池的壽命中，通常進(jìn)行多次充電和放電。這在動(dòng)力應(yīng)用中是非?，F(xiàn)實(shí)的，該動(dòng)力應(yīng)用例如是鏟車、高爾夫球車和其它電池供電的車輛，也包括電池供電的清潔和拋光機(jī)，其中電池有規(guī)律地在諸如日間的一段時(shí)期內(nèi)放電和在諸如夜間的另一段時(shí)期內(nèi)充電。甚至在一些備用功率應(yīng)用例如用于遠(yuǎn)程通信系統(tǒng)的備用電源中，在部分或完全的放電狀態(tài)與充電狀態(tài)之間存在很大程度的循環(huán)，例如在主電源頻繁中斷的地方。在電池循環(huán)放電和充電期間，出現(xiàn)了一些副反應(yīng)，這浪費(fèi)了為電池充電所提供的一些功率，并且逐漸使電池的電化學(xué)和材料發(fā)生變化并導(dǎo)致電池最終故障。電池充電系統(tǒng)可以分為主要的三組。在稱作“恒定電壓系統(tǒng)”的第一組中，充電系統(tǒng)為每個(gè)單元(cell)施加恒定電壓。開始充電時(shí)，電流將會(huì)很高，通常處于峰值(假定電池處于有效放電狀態(tài))，并且經(jīng)常通過充電系統(tǒng)進(jìn)行有意的限制，以免損壞電池。當(dāng)電池接近充滿電時(shí)，電池的平衡/靜止電壓增加，并且“靜止”電壓與充電系統(tǒng)所施加的電壓之間的差減小，因此使流入電池中的電流也降低。在稱為“恒定電流”系統(tǒng)的第二類系統(tǒng)中，充電系統(tǒng)的控制算法不斷地調(diào)整施加給電池的每單元的電壓，以將流入電池的電流保持在設(shè)定的水平處。第三類型的系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是前面二者的混合，可以稱為“混合系統(tǒng)”。在這種混合系統(tǒng)中，充電算法通常首先使用恒定電壓機(jī)制，直到電池幾乎充滿電，然后切換到恒定電流機(jī)制并保持設(shè)定時(shí)間段。某些混合系統(tǒng)具有更加復(fù)雜的算法，該算法根據(jù)預(yù)先確定的程序施加多個(gè)階段的恒定電流和恒定電壓。其它充電系統(tǒng)也是已知的，例如脈沖充電。通常通過根據(jù)算法操作的微處理器來(lái)控制充電系統(tǒng)。所有類型的充電系統(tǒng)也經(jīng)常包括用于測(cè)量電池溫度的傳感器，算法可以被設(shè)計(jì)為根據(jù)測(cè)量的溫度調(diào)整充電電壓/電流。充電系統(tǒng)通常專用于特定類型的電池，且與電池一起由電池制造商成套出售。最近，在市場(chǎng)上出現(xiàn)了的系統(tǒng)中，每個(gè)電池都設(shè)有安裝到電池的主DC電纜的設(shè)備，以監(jiān)測(cè)和記錄電流、電壓(電勢(shì)差)、溫度和可選的電解液液位的數(shù)據(jù)。當(dāng)電池被送到充電站進(jìn)行充電時(shí)，這些數(shù)據(jù)可以無(wú)線下載到充電站中，因此將與電池使用有關(guān)的有用信息提供給系統(tǒng)操作人員，并且將任何故障都告知用戶。這種系統(tǒng)是可以從EnerSys公司得到的WI-IQ無(wú)線電池監(jiān)測(cè)設(shè)備。但是，仍然需要改進(jìn)鉛酸蓄電池的壽命循環(huán)能力和可靠性。為了滿足這個(gè)需要，本發(fā)明提供了一種操作鉛酸蓄電池的方法，其中電池經(jīng)歷電池被至少部分地放電的放電階段和電池被至少部分地充電的充電階段，所述方法包括a)監(jiān)測(cè)和記錄與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息；以及b)在充電階段中，將電池連接到充電裝置且將電壓施加到電池上，其中根據(jù)記錄的與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息來(lái)調(diào)整該電壓。在本發(fā)明的進(jìn)一步方面中，提供了一種對(duì)鉛酸蓄電池充電的方法，該方法包括a)將電池連接到充電裝置；
b)獲得與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息；c)將電壓施加到電池上，其中根據(jù)與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息來(lái)調(diào)整該電壓。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于對(duì)鉛酸蓄電池充電的裝置，該裝置包括a)通信裝置，被設(shè)置成獲取與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息；以及b)控制裝置，被設(shè)置成根據(jù)與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息，控制在電池充電期間施加到電池上的電壓。在本發(fā)明的又一方面中，提供了一種能量?jī)?chǔ)存和供應(yīng)裝置，該裝置包括一個(gè)或多個(gè)鉛酸蓄電池；監(jiān)測(cè)和記錄與該電池或每個(gè)電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息的裝置；以及用于對(duì)電池充電的充電裝置，包括控制裝置，控制裝置被設(shè)置成根據(jù)該電池或每個(gè)電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息，控制在該電池或每個(gè)電池充電期間施加到該電池或每個(gè)電池的電壓。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果至少部分地基于電池的歷史、尤其是基于電池壽命中電池放電和/或充電歷史，控制充電期間施加的電壓以控制回充到電池的電量，可以明顯地延長(zhǎng)鉛酸蓄電池的工作壽命。電壓的控制通常包括選擇在充電期間將被施加到電池的電壓。因此，通過根據(jù)電池處于其工作壽命中的情況而改變充電期間施加到電池的電壓，可以減少電池充電期間發(fā)生的副反應(yīng)，因此延長(zhǎng)蓄電池的工作壽命。本發(fā)明適用于在整個(gè)或部分充電階段中施加設(shè)定電壓的任何充電系統(tǒng)。本發(fā)明尤其適于恒定電壓系統(tǒng)和混合系統(tǒng)。在混合系統(tǒng)中，根據(jù)本發(fā)明的方法，控制在充電階段的恒定電壓部分期間施加的電壓。在動(dòng)力應(yīng)用中的鉛酸蓄電池的工作壽命中，例如鏟車電池，在鏟車操作期間電池進(jìn)行至少部分地放電。當(dāng)電池中的電量降至某一水平時(shí)，比方說(shuō)電池容量的約20% (對(duì)應(yīng)于80 %的放電深度或D0D)，電池將需要充電，因此操作人員將電池送到充電站，在充電站中，電池可以連接到充電裝置進(jìn)行充電。一旦充電后，電池就適于再次使用。在電池的壽命中，將多次發(fā)生放電狀態(tài)與充電狀態(tài)之間的循環(huán)。例如，制造商可以規(guī)定電池具有100安培小時(shí)的總充電容量，以在80%的放電深度的水平處提供600次放電/充電循環(huán)。電池在其工作壽命中的預(yù)期總能量容量可以被計(jì)算為100安培小時(shí)X0. 80X600，等于總的48，000 安培小時(shí)。在電池充電期間，施加到電池的電壓必須明顯大于電池所產(chǎn)生的電壓，以逆轉(zhuǎn)放電階段發(fā)生在電池中的化學(xué)反應(yīng)。例如，對(duì)于以每單元2. 0伏的標(biāo)稱放電電壓操作的鉛酸蓄電池，充電裝置可以施加每單元2. 4伏的充電電壓。如上所述，在某些系統(tǒng)中，不斷地監(jiān)測(cè)電池的溫度，充電裝置控制施加到電池的電壓，以將該溫度考慮在內(nèi)，使得所施加的充電電壓對(duì)于特定類型的電池在該溫度處是最佳的。當(dāng)電池充電時(shí)，即使所施加的電壓基本保持恒定，流入電池的電流也通常逐漸降低，直到當(dāng)電池接近充滿電時(shí)，電流趨于平穩(wěn)至最終值。在電池基本完全充滿電時(shí)，流入電池的電流稱為充電電流的最后部分。發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過基于電池放電/充電歷史來(lái)控
5制充電期間所施加的電壓，可以延長(zhǎng)電池的工作壽命。與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息例如可以與電池壽命中電池放電歷史有關(guān)、或者可以與電池壽命中電池充電歷史有關(guān)、或者可以與電池壽命中電池放電與充電歷史有關(guān)。該信息例如可以與已經(jīng)從電池釋放的總電量有關(guān)?？商娲兀撔畔⒗缈梢耘c充電階段中已經(jīng)提供給電池的總電量有關(guān)。任選地，該信息與電池已經(jīng)經(jīng)歷的放電階段的數(shù)量有關(guān)。任選地，信息與電池已經(jīng)經(jīng)歷的充電階段的數(shù)量有關(guān)。在優(yōu)選實(shí)施方式中，基于記錄的與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息，調(diào)整充電期間施加到電池的電壓，以在電池的壽命中逐漸降低充電階段施加到電池的電壓。施加到電池的電壓不能降低到將電量輸入到電池中所需要的最小電壓即通常約每單元2. 21伏以下。在電池經(jīng)歷的首次充電階段中所施加的初始電壓通?；旧细哂谠撟钚‰妷?，以在合理期限內(nèi)對(duì)電池進(jìn)行充電。例如，基于有關(guān)的特定鉛酸化學(xué)性質(zhì)，最初充電階段施加到電池的電壓可以是每單元2. 25-2. 60伏，例如是每單元2. 35-2. 50伏，并且尤其優(yōu)選地是每單元2. 35-2. 45伏。電壓的選擇還可能受到電池環(huán)境溫度的影響。在電池的壽命中，任選地不斷降低充電階段施加到電池的電壓。任選地，在電池的壽命中階梯式降低充電階段施加到電池的電壓。任選地，與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息涉及與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)，調(diào)整施加到電池的電壓以使該電壓在該參數(shù)的預(yù)定值處階梯式減小。例如，該參數(shù)可以是在之前充電階段中施加到電池的總電量。作為一個(gè)示例，上述類型的電池在其計(jì)劃的壽命中具有48，000安培小時(shí)的預(yù)期總能量容量，該電池已經(jīng)歷了在每個(gè)充電階段平均接收80安培小時(shí)的150次充電階段，使提供給電池的總電量是80安培小時(shí)X 150 = 12,000安培小時(shí)。因此，電池經(jīng)歷其預(yù)期壽命的25%。在電池的壽命中，每次階梯式降低的程度與階梯式降低的次數(shù)可在寬泛的范圍內(nèi)變化，永遠(yuǎn)記住，需要將施加到電池的每單元電壓保持在一個(gè)水平處，該水平將在可行的時(shí)間實(shí)現(xiàn)電池的充電。在實(shí)踐中，通過可由系統(tǒng)檢測(cè)的最小電壓變化，來(lái)確定可能施加的最小階梯式降低。電壓的該階梯變化或每個(gè)階梯變化例如可以在每單元1-50毫伏范圍內(nèi)，可選地在每單元1-30毫伏范圍內(nèi)，優(yōu)選地在每單元2-20毫伏范圍內(nèi)，更優(yōu)選地在每單元2-10 毫伏范圍內(nèi)。在電池壽命中施加的階梯變化數(shù)量?jī)?yōu)選地至少是兩個(gè)，并且例如可以是2-20 個(gè)，更優(yōu)選地是5-15個(gè)。階梯可以位于規(guī)律的間隔或不規(guī)律的間隔處。優(yōu)選地，它們位于規(guī)律的間隔處。例如，該方法可以包括，以電池設(shè)計(jì)壽命中為電池安排的預(yù)期總能量的2-20% 范圍內(nèi)的規(guī)律間隔使施加到電池的充電電壓降低每單元1-50毫伏更優(yōu)選為2-30毫伏的范圍中的水平。對(duì)于另一種方法，在一個(gè)實(shí)施方式中，當(dāng)提供給電池或從電池釋放的總能量達(dá)到電池預(yù)期總能量容量的2-20%范圍中的百分?jǐn)?shù)時(shí)，或者達(dá)到該百分?jǐn)?shù)的倍數(shù)時(shí)，充電期間所施加的電壓可減小每單元1-50毫伏的范圍優(yōu)選每單元2-30毫伏的范圍中的量。例如，對(duì)于在其壽命中具有48，000安培小時(shí)的總設(shè)計(jì)能量容量的電池，該方法可以包括每當(dāng)充電期間提供給電池的總電量達(dá)到4800安培小時(shí)(電池預(yù)期壽命的10% )或其倍數(shù)時(shí)使充電期間所施加的電壓降低每單元10毫伏。本文中提及的電池充電和放電不應(yīng)視為電池完全放電或完全充電，除非上下文中清楚地表明這種含義。實(shí)際上，通常將電池放電至小于100%的放電深度，例如小于80%， 以免損壞電池。
本發(fā)明的方法不需要在充電階段將電池充滿，因?yàn)椴僮髟蚩赡芟Ｍ袛喑潆姟Ｄ承╇姵夭僮鞯能囕v具有產(chǎn)生電流的制動(dòng)系統(tǒng)，在車載電池操作期間，可以將該電流饋送給電池，因此提高能量效率。該制動(dòng)系統(tǒng)不應(yīng)視為如本文中所使用的“充電裝置”。 在該系統(tǒng)中，從制動(dòng)系統(tǒng)流回電池的電流也可以被監(jiān)測(cè)，以計(jì)算電池真正的放電深度。本發(fā)明的范圍包括對(duì)電池進(jìn)行不定期充電，其中不根據(jù)本發(fā)明的方法調(diào)整電壓。 例如，可以將平衡充電應(yīng)用于電池，平衡充電是為了不斷地平衡各單元的充電狀態(tài)而周期性施加的“額外”充電。該平衡充電不應(yīng)視為如本文中所述的“充電階段”。應(yīng)當(dāng)理解，在本文中，提及根據(jù)與電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息來(lái)調(diào)整或控制充電期間施加到電池的電壓，不應(yīng)視為僅根據(jù)該信息控制電壓。在很多情況下，將根據(jù)幾個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)來(lái)控制充電期間施加到電池的實(shí)際電壓，與電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息僅是這些標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)。其它標(biāo)準(zhǔn)通常包括電流極限值與電池溫度。此外，當(dāng)在充電階段早期充電系統(tǒng)應(yīng)用電流極限值時(shí)，流入那個(gè)電池的電流通常處于該極限值(假定電池處于有效放電深度)，因此在充電階段早期，基于與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息的電壓調(diào)整通常對(duì)電流沒有影響。當(dāng)電池接近充滿電時(shí)，提供給電池的電流將通常完全降低到電流極限值以下。因此，基于與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息的電壓調(diào)整將在充電循環(huán)的后期有很大的影響。方法還可以包括，在電池充電期間測(cè)量電池的溫度，基于該溫度調(diào)整施加到電池的電壓。因此，通常根據(jù)一個(gè)或多個(gè)因素控制充電循環(huán)中任何時(shí)刻施加到電池的實(shí)際電壓，與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息僅是這些因素中的一個(gè)。非常重要的是，如果所有的其它因素都是相同的(例如，假定不應(yīng)用任何電流極限值，并且假定是同樣的溫度)， 施加到電池的電壓將根據(jù)該信息而變化，例如，隨著電池經(jīng)歷其工作壽命，降低充電期間施加的電壓。本發(fā)明的方法可以包括i)設(shè)置預(yù)定的初始基本充電電壓；ii)基于電池放電和 /或充電歷史，降低預(yù)定的初始基本充電電壓，以給出調(diào)整后的充電電壓；iii)任選地基于電流極限值和/或電池的溫度，進(jìn)一步調(diào)整該調(diào)整后的基本充電電壓；以及iv)將調(diào)整后的充電電壓或者如果合適的話進(jìn)一步調(diào)整后的充電電壓施加至電池，由此為電池充電。電池可以是任何鉛酸蓄電池。該方法尤其適合于在低電量狀態(tài)和高電量狀態(tài)之間進(jìn)行有效循環(huán)的電池，但不限于這種電池。動(dòng)力應(yīng)用中的電池通常經(jīng)歷高電平循環(huán)，但是某些備用功率應(yīng)用也包括高電平循環(huán)。任選地，電池是動(dòng)力應(yīng)用中所使用的電池。電池例如可以是富液式鉛酸蓄電池或閥控式鉛酸蓄電池(VRLA)。VRLA電池可以是吸附式玻璃消光或膠態(tài)電池。在一個(gè)實(shí)施方式中，電池是薄板式純鉛(TPPL)鉛酸蓄電池。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，該TPPL電池是公知的并且具有鉛含量很高的特定合金的板，相對(duì)于由傳統(tǒng)的合金制成的板，該特定合金的板具有顯著的耐腐蝕性、更高的功率與能量密度以及更低的內(nèi)阻等優(yōu)點(diǎn)。TPPL電池通常具有厚度為1. 50毫米或更小的柵。直到最近，TPPL電池主要用于備用功率應(yīng)用，但是近年來(lái)，設(shè)計(jì)上的改進(jìn)已經(jīng)提高了循環(huán)性能，使得它們現(xiàn)在可以用于動(dòng)力應(yīng)用。例如，EnerSys的XFC電池是用于動(dòng)力應(yīng)用 (例如碼垛車等)的TPPL電池。TPPL電池具有下列優(yōu)點(diǎn)a)不需要注滿電解液；b)與富液式蓄電池相比，充電更快，例如2-4小時(shí)，而非8小時(shí)；c)提供高功率與高能量密度；d)有效地充電；e)具有較低的內(nèi)阻。TPPL電池設(shè)計(jì)還在高度抗振的情況下使用，當(dāng)然這也是用于動(dòng)力應(yīng)用的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明的方法中所使用的充電裝置包括獲取與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息的裝置；以及控制裝置，該控制裝置被設(shè)置成根據(jù)電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息，控制在電池充電期間施加到電池的電壓。例如，用于充電的裝置可以包括識(shí)別每個(gè)特定電池、測(cè)量與記錄電池每個(gè)充電階段中提供給電池的電量(即電流與時(shí)間的積)和記錄供應(yīng)的總電量的裝置。優(yōu)選地，電池包括至少一個(gè)傳感器和存儲(chǔ)器，該至少一個(gè)傳感器能夠產(chǎn)生與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息，該存儲(chǔ)器用于記錄該信息。任選地，傳感器檢測(cè)至少一個(gè)與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的參數(shù)，例如流入和/或流出電池的電流。例如，傳感器可以是霍耳效應(yīng)電流傳感器，或優(yōu)選地是分路器。優(yōu)選地，用于充電的裝置包括通信裝置，通信裝置被設(shè)置成與電池通訊并且因此獲取與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息。通信裝置可以是有線通信裝置。有利地，通信裝置可以是無(wú)線通信裝置，無(wú)線通信裝置被設(shè)置成與電池上的監(jiān)測(cè)和記錄單元進(jìn)行無(wú)線通訊，監(jiān)測(cè)和記錄單元監(jiān)測(cè)和記錄與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息。具有用于檢測(cè)和記錄參數(shù)的這種單元的電池可以從EnerSys公司根據(jù)商品名WI-IQ而獲得，該參數(shù)例如是提供給電池的總電量、從電池釋放的總電量、電池的溫度和電池的電解液液位。當(dāng)將電池被送到充電裝置時(shí)，可以使用無(wú)線通信協(xié)議將該信息無(wú)線傳輸?shù)匠潆娧b置中。優(yōu)選地，充電裝置的控制裝置包括微處理器和存儲(chǔ)器，存儲(chǔ)器存儲(chǔ)指令，微處理器根據(jù)該指令至少部分地基于與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息來(lái)選擇充電期間施加至電池的電壓。這些指令優(yōu)選地是算法的形式。例如，指令可以是至少基于以下各方面選擇施加至電池的電壓的算法形式1)與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息；以及2)電池的溫度。充電系統(tǒng)任選地是恒定電壓充電系統(tǒng)。充電系統(tǒng)任選地是混合充電系統(tǒng)。本發(fā)明的能量存儲(chǔ)和供應(yīng)裝置包括如上所述的一個(gè)或多個(gè)鉛酸蓄電池和充電裝置。例如，能量存儲(chǔ)和供應(yīng)裝置可以是如上所述的多個(gè)動(dòng)力電池和一個(gè)或多個(gè)充電裝置。在具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明提供了一種操作鉛酸蓄電池的方法，其中電池以循環(huán)方式經(jīng)歷電池放電的放電階段和電池充電的充電階段，其中所述方法包括監(jiān)測(cè)和記錄與提供給電池或從電池釋放的總電量有關(guān)的信息，并且在電池充電期間，將電池連接到充電裝置且將電壓施加到電池上，其中基于a)之前提供給電池或從電池釋放的總電量與b)電池的溫度，來(lái)調(diào)整該電壓。在進(jìn)一步的實(shí)施方式中，本發(fā)明還提供了一種能量存儲(chǔ)和供應(yīng)裝置，包括多個(gè)鉛酸蓄電池，每個(gè)電池具有檢測(cè)和記錄提供給電池和/或從電池釋放的總電量的檢測(cè)和記錄裝置，所述裝置還包括用于對(duì)電池充電的充電裝置，充電裝置包括控制裝置，控制裝置被設(shè)置成基于a)在之前充電中提供給電池的總電量或在之前電池操作中從電池釋放的總電量和b)電池的溫度，來(lái)控制充電期間提供給每個(gè)電池的電壓，所述裝置還包括通信裝置，通信裝置用于將與提供給每個(gè)電池和/或從每個(gè)電池釋放的總電量從每個(gè)電池的檢測(cè)和記錄裝置無(wú)線傳送到充電裝置的控制裝置。
能量存儲(chǔ)和供應(yīng)裝置可以被設(shè)置成在電池沒有連接到充電站的操作階段期間至少部分地對(duì)電池進(jìn)行放電，以及在電池連接到充電裝置的充電階段至少部分地對(duì)電池進(jìn)行充電。現(xiàn)在將參照附圖，僅為了示例目的來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，其中

圖1示出鉛酸蓄電池充電期間電流與時(shí)間關(guān)系的示例性曲線；圖2示出根據(jù)本發(fā)明充電電壓與提供給電池的總電量關(guān)系的曲線的實(shí)施例；圖3示出基于常規(guī)充電方案的鉛酸蓄電池和根據(jù)本發(fā)明的方法的充電方案的鉛酸蓄電池在充電期間回充的電量與放電/充電周期數(shù)的曲線；圖4示意性地示出本發(fā)明方法的實(shí)施方式；以及圖5示意性地示出本發(fā)明的能量?jī)?chǔ)存和供應(yīng)裝置的實(shí)施方式。圖1示出在鉛酸蓄電池充電期間，相對(duì)于X軸上的時(shí)間t而在Y軸上繪制的電流i 的典型曲線?；诳蛇x地考慮電池的溫度而更改的電池的設(shè)計(jì)，鉛酸蓄電池的基本充電電壓通常是每單元2. 35-2. 45伏。例如，對(duì)于薄板式純鉛蓄電池，基本充電電壓例如可以是每單元2. 35伏，對(duì)于6單元的電池而言等于14. 1伏。隨著時(shí)間的推移，電池中的電量增加， 達(dá)到E點(diǎn)，在E點(diǎn)處流入電池的電流降至預(yù)定極限值D以下。如圖1所示，隨著電池充電， 電流繼續(xù)下降，直到接近充電循環(huán)的末端，電流變平。在圖1中，實(shí)線A表示較新電池的充電曲線，而虛線B和C分別表示相同的電池在其工作壽命的中期和末期的充電曲線。如圖 1所示，隨著電池的老化，充電循環(huán)末端處的電流增加。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的方法施加到電池的充電電壓的曲線的實(shí)施例。對(duì)于6單元電池，充電期間施加到電池的電壓(忽略考慮電池溫度和其它因素而作出的任何調(diào)整) 起始于14. 1伏的初始預(yù)定值，對(duì)應(yīng)于每單元2. 35伏。制造商設(shè)計(jì)電池以具有100安培小時(shí)的充電容量和在80%放電深度的情況下具有600次循環(huán)的規(guī)定壽命。因此，規(guī)定的電池的總能量容量是48，000安培小時(shí)。在圖2中，X軸上示出了充電期間提供給電池的總電量 C。如圖2所示，充電期間施加的電壓在電池壽命中以4，800安培小時(shí)的規(guī)律間隔階梯式降低，并且最終在充電期間提供的48，000安培小時(shí)總電量處達(dá)到14. 0伏，48，000安培小時(shí)與 100%的電池規(guī)定壽命相對(duì)應(yīng)。在48，000安培小時(shí)處進(jìn)行更進(jìn)一步的充電，但是不進(jìn)行進(jìn)一步的降低。任選地，如果希望的話，只要在可工作時(shí)間內(nèi)電壓不低于電池充電所需要的電壓，在總充電量大于電池的規(guī)定總能量容量處，可以進(jìn)一步降低充電電壓。在優(yōu)選實(shí)施方式中，充電電壓的階梯式降低更加頻繁，并且隨電池的老化，包括更大的電壓降低，以在電池的壽命后期應(yīng)用更加頻繁和更大的降低。
實(shí)施例薄板式純鉛蓄電池(XFC，可以從EnerSys得到)進(jìn)行循環(huán)的放電階段和充電階段， 其中，在放電階段中電池在為了提供80%的放電深度而計(jì)算的設(shè)定時(shí)間中以固定電流進(jìn)行放電，而在充電階段中，每單元2. 40伏的充電電壓被施加到電流極限值為75安培的電池上。監(jiān)測(cè)和記錄在每個(gè)充電階段回充到電池的電量。 使用相同電池和相同條件，但是每50次循環(huán)充電電壓減少每單元10毫伏，重復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)。 圖3示出試驗(yàn)結(jié)果，Y軸是在每個(gè)充電階段回充到電池的電量，作為放電階段電池釋放的標(biāo)稱電量的百分?jǐn)?shù)，X軸是循環(huán)次數(shù)。線A示出恒定的每單元2. 40伏的充電電壓的電池的結(jié)果，線B示出以最初每單元2. 40伏且每50次循環(huán)降低每單元10毫伏的充電電壓來(lái)充電的電池的結(jié)果。如圖3所示，在最初的20個(gè)左右的循環(huán)中，兩條線下降，表示電池充電效率最初少量增加。但是，在那個(gè)點(diǎn)之后，線A逐漸上升，表明隨電池經(jīng)歷的循環(huán)次數(shù)增力口，而以固定充電電壓對(duì)電池充電所需要的電量增加，表明導(dǎo)致X次循環(huán)電池最終故障的副反應(yīng)水平的增加。相比之下，線B基本保持在103-104%電量回充水平處的恒定值，表示與另一電池相比，充電期間發(fā)生的副反應(yīng)水平基本降低。此外，線B延伸到1.3X次循環(huán)，表明與以恒壓充電的另一電池相比，在充電期間電壓逐漸減小的電池可以延長(zhǎng)壽命。圖4示意性地示出了本發(fā)明方法的實(shí)施方式。當(dāng)操作人員制造和購(gòu)買的新鉛酸蓄電池(例如鏟車上的電池)首次連接到鏟車上時(shí)，然后通過使用鏟車，比方說(shuō)在標(biāo)準(zhǔn)8小時(shí)的輪班期間，鉛酸蓄電池在放電階段1中放電。在放電階段1結(jié)束時(shí)，電池部分或完全放電， 并且操作人員將其連接到充電裝置。然后在充電階段2中充電裝置對(duì)電池進(jìn)行充電。當(dāng)電池基本上再次充滿電時(shí)，例如在夜間再次充電之后，將電池與充電裝置斷開， 在另一放電階段1中再次使用。在電池的壽命中，繼續(xù)放電階段1和充電階段2的循環(huán)模式，直到電池容量使電量降低到難以接受的水平，報(bào)廢電池。在充電階段2中，充電裝置將至少部分地基于電池放電和/或再充電歷史選擇的電壓施加到電池上，該放電和/或再充電歷史例如是電池在其壽命中所經(jīng)歷的放電階段1 的數(shù)量、在電池的壽命中放電階段1期間從電池消耗的總電量、或者在電池壽命中充電階段2期間提供給電池的總電量。施加的電壓也可能受到其他因素的影響，例如電池的溫度。圖5示出本發(fā)明的能量?jī)?chǔ)存和供應(yīng)裝置的實(shí)施方式。將三個(gè)鉛酸蓄電池3經(jīng)由電纜連接到充電裝置4。圖5所示的虛線表示電池3僅在充電階段連接到充電裝置4，并且當(dāng)使用電池時(shí)，例如在動(dòng)力搬運(yùn)車上使用，電池3在放電階段與充電裝置4斷開。每個(gè)電池 3都設(shè)有監(jiān)測(cè)和記錄單元fe、5b，監(jiān)測(cè)和記錄單元fejb包括傳感器fe和存儲(chǔ)器恥，傳感器 5a監(jiān)測(cè)隨時(shí)間流進(jìn)或流出電池的電流，存儲(chǔ)器恥記錄和存儲(chǔ)與電流有關(guān)的信息，例如在電池的壽命中提供給電池或從電池釋放的總電量、或者電池已經(jīng)充電的次數(shù)。存儲(chǔ)器恥還可以存儲(chǔ)識(shí)別每個(gè)單獨(dú)的電池3的代碼。充電器4包括控制器6，控制器6被設(shè)置成從每個(gè)電池3中獲取存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器恥中的信息，該信息涉及每個(gè)電池3的充電和/或放電歷史。例如，控制器6可以被設(shè)置成獲取在電池3的壽命期間提供給每個(gè)電池3或從每個(gè)電池3釋放的總電量有關(guān)的信息、或者每個(gè)電池3已經(jīng)放電和/或充電的次數(shù)。控制器6還從存儲(chǔ)器恥中獲取識(shí)別每個(gè)電池的代碼?？刂破?例如可以是設(shè)置成根據(jù)算法操作的微處理器，并被設(shè)置成根據(jù)該信息選擇施加到每個(gè)電池3上的電壓因此對(duì)電池3進(jìn)行充電。該信息可以經(jīng)由電纜連接、或者更優(yōu)選地通過無(wú)線通信器從電池3傳送到充電裝置4的控制器6中。每個(gè)電池3還可以包括溫度傳感器，控制器還可以被設(shè)置成當(dāng)選擇施加電池3上的電壓時(shí)考慮溫度。雖然上文中描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是不脫離本發(fā)明的基本范圍，可以得到本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施方式，并且本發(fā)明的范圍通過權(quán)利要求進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
1.一種操作鉛酸蓄電池的方法，其中，所述電池經(jīng)歷所述電池放電的放電階段和所述電池充電的充電階段，所述方法包括a)監(jiān)測(cè)和記錄與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息；b)在充電階段中，將所述電池連接到充電裝置且將電壓施加到所述電池上，其中，根據(jù)所記錄的與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息來(lái)調(diào)整所述電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，根據(jù)所記錄的與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息來(lái)調(diào)整所述電壓，以使充電階段施加到所述電池的電壓隨著所述電池的壽命逐漸降低。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述信息涉及與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)，并且調(diào)整施加到所述電池的電壓，以使所述電壓在所述參數(shù)的預(yù)定值處階梯式降低。
4.一種對(duì)鉛酸蓄電池充電的方法，包括a)將所述電池連接到充電裝置；b)獲得與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息；c)將電壓施加到所述電池上，其中根據(jù)與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息來(lái)調(diào)整所述電壓。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其中，與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息是從所述電池釋放的總電量或充電期間提供給所述電池的總電量。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中，與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息是充電期間提供給所述電池的總電量。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法，還包括在所述電池充電期間測(cè)量所述電池的溫度，以及基于所述溫度調(diào)整施加到所述電池的電壓。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述電池是薄板式純鉛(TPPL)蓄電池。
9.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過微處理器運(yùn)行算法自動(dòng)確定施加到所述電池的電壓，所述算法基于至少以下各方面來(lái)選擇施加到所述電池的電壓i)與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息；以及ii)所述電池的溫度。
10.一種用于對(duì)鉛酸蓄電池充電的充電裝置，包括a)通信裝置，被設(shè)置成獲取與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息；以及b)控制裝置，被設(shè)置成根據(jù)與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息來(lái)控制所述電池充電期間施加到所述電池上的電壓。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其中，所述通信裝置被設(shè)置成與所述電池通訊并因此獲取與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述通信裝置是無(wú)線通信裝置，所述無(wú)線通信裝置被設(shè)置成與所述電池的監(jiān)測(cè)和記錄單元進(jìn)行無(wú)線通信，所述監(jiān)測(cè)和記錄單元監(jiān)測(cè)和記錄與所述電池的放電和/或充電有關(guān)的信息。
13.如權(quán)利要求10-12中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述控制裝置包括微處理器和存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)指令，所述微處理器根據(jù)所述指令，根據(jù)與所述電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息來(lái)選擇充電期間施加到所述電池的電壓。
14.如權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的裝置，其中，所述裝置是為動(dòng)力應(yīng)用中的鉛酸蓄電池充電的充電站。
15.一種能量存儲(chǔ)和供應(yīng)裝置，包括 一個(gè)或多個(gè)鉛酸蓄電池；監(jiān)測(cè)和記錄與所述電池或每個(gè)電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息的裝置；以及用于對(duì)所述電池或多個(gè)電池充電的充電裝置，包括控制裝置，所述控制裝置被設(shè)置成根據(jù)所述電池或每個(gè)電池的放電和/或充電歷史有關(guān)的信息，控制在所述電池或每個(gè)電池充電期間施加到所述電池或每個(gè)電池的電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種操作鉛酸蓄電池的方法，其中在電池放電和充電期間監(jiān)測(cè)電池；記錄與電池放電和/或充電歷史有關(guān)的信息，例如在電池壽命中提供給電池的總電量；以及根據(jù)該信息調(diào)整電池充電期間所施加的電壓。
文檔編號(hào)H02J7/04GK102474114SQ201080035036
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者羅德瑞·埃文斯, 韋恩·科德里克 申請(qǐng)人:Eh歐洲股份有限公司