充電系統(tǒng)及其充電裝置與充電方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及充電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種充電系統(tǒng)及其充電裝置與充電方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蓄電池在如下兩種情況下需要充電:1.新蓄電池使用前，必須充電，稱初次充電，充電時(shí)間大約需要30?50小時(shí)；2.蓄電池放電完畢，應(yīng)立即充電，稱正常充電，亦稱補(bǔ)充充電，充電時(shí)間大約12?15小時(shí)。
[0003]通常采用恒流充電法或恒壓充電法。恒流充電法:在充電過程中，充電電流保持恒定，蓄電池電壓逐漸升高，此法充電時(shí)間較少，但在充電后期，充電電流大部分能量都用來電解水，蓄電池冒出大量氣泡，不僅浪費(fèi)大量電能，而且使極板活性物質(zhì)脫落。恒壓充電法:在充電過程中，充電電壓保持恒定，剛充電時(shí)，充電電流很大，隨著蓄電池電壓的升高，充電電流逐漸減小。此法可避免蓄電池過量充電，但充電初期產(chǎn)生的大電流，亦可損壞極板。
[0004]為了避免單獨(dú)采用恒流充電或恒壓充電所產(chǎn)生的弊端，通常的做法是采用分級(jí)定流充電法或定流定壓充電法，即快充浮充法。分級(jí)定流充電法將充電過程分成兩個(gè)階段，第一階段用10小時(shí)率電流充電6?7小時(shí)，第二階段用20小時(shí)率電流充電14?17小時(shí)，一般充到單只蓄電池端電壓2.6?2.7伏，連續(xù)兩小時(shí)電壓不變，并且直到極板冒泡為止。定流定壓充電法將充電周期分成兩半，前半周期用0.1C電流將蓄電池端電壓充至2.3V左右，后半周期自動(dòng)切換到定壓充電。采用這種方法充電，電解液氣泡較少，可節(jié)省能源，降低蓄電池溫升，減少蒸餾水損耗，改善工作環(huán)境，避免極板損耗。
[0005]無論是恒流充電法、恒壓充電法，還是分級(jí)定流充電法、定流定壓充電法，在充電過程中都不可避免地會(huì)產(chǎn)生如下三種極化現(xiàn)象:
[0006]1.電阻極化現(xiàn)象:蓄電池充電過程中，正負(fù)離子分別向相反符號(hào)極板運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中受到一定阻力，稱蓄電池內(nèi)阻，充電電流流過蓄電池內(nèi)阻，內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降，因此，蓄電池端電壓將升高。這種因蓄電池內(nèi)阻變化引起端電壓變化稱電阻極化。當(dāng)充電電流流過極化電阻時(shí)，內(nèi)阻上不斷產(chǎn)生熱量，導(dǎo)致蓄電池溫度上升。
[0007]2.濃差極化現(xiàn)象:蓄電池充電過程中，極板表面產(chǎn)生大量離子，在外電源電場(chǎng)作用下，正負(fù)離子分別向相反符號(hào)極板運(yùn)動(dòng)，稱離子的電迀移。這種離子電迀移的運(yùn)動(dòng)速度遠(yuǎn)小于化學(xué)反應(yīng)的速度，因此極板和極板附近的離子濃度遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)離極板處的離子濃度。電解液中離子濃度的不同，必然導(dǎo)致電解液極化。這種因離子濃度差引起的電極電位的變化，稱濃差極化。充電電流越大，電化學(xué)反應(yīng)越劇烈，極板表面產(chǎn)生的正負(fù)離子越多，因此濃差極化越嚴(yán)重。
[0008]3.電化學(xué)極化現(xiàn)象:蓄電池充電過程中，外電源不斷從蓄電池正極板取得電子輸送到負(fù)極板，而正負(fù)極板上的活性物質(zhì)與電解液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，但由于電化學(xué)反應(yīng)的速度遠(yuǎn)小于電子運(yùn)動(dòng)的速度，因此，正負(fù)極板上形成電荷積累。蓄電池的正負(fù)極板形成一個(gè)一定容量的電容器，正負(fù)極板上積累的電荷越多，則電容器兩端電壓(即蓄電池端電壓)越高，由于電化學(xué)反應(yīng)速度小于電子運(yùn)動(dòng)速度而引起的蓄電池端電壓升高，稱為電化學(xué)極化現(xiàn)象。
[0009]這三種極化現(xiàn)象都會(huì)對(duì)充電過程產(chǎn)生影響，其結(jié)果是使充電需要更多的電能和更多的時(shí)間，尤其是電化學(xué)極化現(xiàn)象在實(shí)際情況中引起電池電極周邊的短暫“鈍化”現(xiàn)象，更是大大降低電池充電速度以及縮短電池使用壽命。
[0010]因此，如何克服現(xiàn)有技術(shù)中充電方法的缺點(diǎn)，使蓄電池充電省時(shí)節(jié)能，并延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命，成為亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明要解決的問題是現(xiàn)有技術(shù)中因充電過程產(chǎn)生的極化/鈍化現(xiàn)象而使電池充電速度降低以及縮短電池使用壽命。
[0012]為解決上述問題，本發(fā)明技術(shù)方案提供一種充電方法，包括:對(duì)目標(biāo)電池進(jìn)行的充電過程包含依次連續(xù)且循環(huán)往復(fù)的第一充電階段、放電階段和第二充電階段；所述第一充電階段以恒定充電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行直流充電；所述放電階段以持續(xù)降低的放電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行放電，直至施加的電壓為零；所述第二充電階段以持續(xù)上升的充電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行充電，直至施加的電壓達(dá)到所述恒定充電電壓；所述放電階段的初始放電電壓小于或等于所述恒定充電電壓。
[0013]可選的，所述第一充電階段的維持時(shí)間T。為100微秒(μ s)?1200微秒。
[0014]可選的，所述放電階段的維持時(shí)間Τ1滿足A/SiKWlO〗。
[0015]可選的，所述第二充電階段的維持時(shí)間T2滿足:T 5*T 1D
[0016]可選的，所述放電階段和第二充電階段疊加形成的波形為倒鋸齒波形。
[0017]可選的，所述放電階段的維持時(shí)間以及施加的電壓和電流根據(jù)所述目標(biāo)電池的性能確定。
[0018]可選的，所述充電過程為無線充電過程。
[0019]為解決上述問題，本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種充電裝置，包括:電源、充電單元、放電單元和控制單元；所述電源與所述充電單元相連，所述控制單元與所述充電單元和放電單元相連，所述充電單元和放電單元在所述控制單元的控制下，對(duì)目標(biāo)電池進(jìn)行的充電過程包含依次連續(xù)且循環(huán)往復(fù)的第一充電階段、放電階段和第二充電階段；所述充電單元在所述第一充電階段以恒定充電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行直流充電；所述放電單元在所述放電階段以持續(xù)降低的放電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行放電，直至施加的電壓為零；所述充電單元還在所述第二充電階段以持續(xù)上升的充電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行充電，直至施加的電壓達(dá)到所述恒定充電電壓；所述放電階段的初始放電電壓小于或等于所述恒定充電電壓。
[0020]可選的，所述放電單元為反向微分電路。
[0021]為解決上述問題，本發(fā)明技術(shù)方案還提供一種充電系統(tǒng)，包括:待充電的目標(biāo)電池以及適于對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行充電的上述充電裝置。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0023]通過在以恒定充電電壓對(duì)目標(biāo)電池進(jìn)行充電的過程中間隔地插入適度的放電過程，該放電過程以持續(xù)降低的放電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行放電，并在該放電過程完畢后施加逐步上升的充電電壓直至達(dá)到所述恒定充電電壓繼續(xù)進(jìn)行恒定充電，從而使整個(gè)充電過程包含依次連續(xù)且循環(huán)往復(fù)的第一充電階段、放電階段和第二充電階段，如此能在目標(biāo)電池的電極周圍形成微環(huán)境中電子流的渦流，去除電極周邊的短暫“鈍化”現(xiàn)象，使電極始終保持“新鮮”狀態(tài)，即最佳充電狀態(tài)，使電池充電始終保持最佳的充電性能，由此不但能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)電池的快速充電，而且還能修復(fù)目標(biāo)電池以延長(zhǎng)電池壽命。
[0024]進(jìn)一步地，將所述放電過程施加的電壓、電流和功率等均控制在合適的范圍內(nèi)，既能夠較好地達(dá)到快速充電以及修復(fù)電池延長(zhǎng)電池壽命的目的，又能夠避免因過度放電而影響充電效率以及電池壽命。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的充電方法對(duì)應(yīng)充電曲線的示意圖；
[0026]圖2是目標(biāo)電池的電極周圍形成微環(huán)境中電子流的渦流的示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的充電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作詳細(xì)的說明。
[0029]為解決因充電過程產(chǎn)生的極化/鈍化現(xiàn)象而使待充電電池充電速度降低以及縮短電池使用壽命的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電且修復(fù)電池、延長(zhǎng)電池壽命的充電方法，具體包括:對(duì)目標(biāo)電池進(jìn)行的充電過程包含依次連續(xù)且循環(huán)往復(fù)的第一充電階段、放電階段和第二充電階段；所述第一充電階段以恒定充電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行直流充電；所述放電階段以持續(xù)降低的放電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行放電，直至施加的電壓為零；所述第二充電階段以持續(xù)上升的充電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行充電，直至施加的電壓達(dá)到所述恒定充電電壓；所述放電階段的初始放電電壓小于或等于所述恒定充電電壓。
[0030]在實(shí)際實(shí)施時(shí)，對(duì)于目標(biāo)電池的具體充電過程通常可以通過充電曲線予以體現(xiàn)，本發(fā)明實(shí)施例中使用特殊的充電曲線。如圖1所示，橫軸表示充電過程的時(shí)間進(jìn)度，縱軸表示充電過程中施加的電壓；平行于橫軸的水平直線表示以恒定充電電壓V。對(duì)目標(biāo)電池進(jìn)行直流充電的第一充電階段，第一充電階段的持續(xù)時(shí)間為1^1^= tfO ;第一充電階段結(jié)束后，緊接著是以持續(xù)降低的放電電壓對(duì)所述目標(biāo)電池進(jìn)行放電的放電階段，所述放電階段在圖1中以t。時(shí)刻與t i時(shí)刻之間的弧線表示，其在t。時(shí)刻的初始放電電壓值(絕對(duì)值)一般小于或等于恒定充電電壓V。，圖1中以“-V?！北硎驹摮跏挤烹婋妷?，從t。時(shí)刻開始所施加的放電電壓值不斷降低，直至達(dá)到時(shí)刻的0電壓，所述放電階段的持續(xù)時(shí)間為T =tft。;放電階段結(jié)束后，緊接著是以持續(xù)上升的充電電壓對(duì)目標(biāo)電池進(jìn)行充電的第二充電階段，所述第二充電階段在圖1中以時(shí)刻與12時(shí)刻之間的弧線表示，其在t i時(shí)刻所施加的充電電壓為ο，此后充電電壓持續(xù)上升，直至達(dá)到t2時(shí)刻的充電電壓，該充電電壓的值即為第一充電階段的恒定充電電壓V。，所述第二充電階段的持續(xù)時(shí)間為，至此完成由依次連續(xù)的第一充電階段、放電階段和第二充電階段構(gòu)成的一個(gè)充電循環(huán)過程。
[0031]在一個(gè)充電循環(huán)過程中的所述第二充電階段結(jié)束后，便開始下一個(gè)充電循環(huán)過程，繼續(xù)參閱圖1，仍然先以恒定充電電壓V。對(duì)目標(biāo)電池進(jìn)行直流充電，即執(zhí)行下一個(gè)充電循環(huán)過程中的第一充電階段，其持續(xù)時(shí)間為T3，T3