CN101299542A - 电池快速充电控制方法 - Google Patents

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曹建平
江国栋
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Abstract

本发明公开了一种基于“直流充电测量法”原理的电池快速充电控制方法。该方法首先是在改变充电电流的同时，通过检测二次电池或电池组两端电压的变化情况来获得此刻电池内阻的大小；然后根据所测电池内阻所处的范围和所制定的调节策略，实时输出充电电流的控制量；同时，根据所测电池表面温度是否超过设定值或电池充电电压有否连续出现－ΔU，确定是否结束快速充电过程，以达到安全、快速、高效充电的目标。本发明实现起来比较简单，效果显著，采用本发明设计的充电器可以有效地延长二次电池的使用寿命，提高二次电池的利用率。

Description

电池快速充电控制方法
技术领域
本发明涉及一种采用“直流充电测量法”检测并判断二次电池的内阻变化状态，实现安全、快速充电的二次电池快速充电控制方法。具体地说是一种基于“直流充电测量法”原理的电池快速充电控制方法。
背景技术
随着便携式电子产品和电动交通工具的大量普及，作为向它们提供电力能源的二次电池的角色已从过去的“配角”向“关键”零部件转变。同时，由于这些产品和工具使用的连续性需要，二次电池的安全、快速充电技术的应用则显得越发重要。然而，目前所使用的快速充电模式具有一定的局限性。特别是当部分使用时间较长的二次电池在内阻偏大时，一旦采用大电流快速充电，则会产生较大的过冲电流，导致充电失败而不能使用，造成不必要的浪费。因此，设计一种简单可行的、根据电池的内部状态来调节充电参数的快速充电装置以满足各种状态电池的充电需求显得尤其重要。目前市面上还没有这种简单有效的控制方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于“直流充电测量法”原理的电池快速充电控制方法。该方法采用“直流充电测量法”检测并判断二次电池的内阻变化状态，并根据电池内阻的大小合理调节充电电流，实现安全、快速充电。本发明对包括内阻偏大等各种状态的二次电池进行快速、安全的充电控制，能有效延长二次电池的使用寿命。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种电池快速充电控制方法，其特征在于：该方法在改变充电电流的同时，通过检测二次电池电压的变化来获得此刻电池内阻的大小，并根据电池的内部状态实现快速充电的最佳控制；它包括以下步骤：
1)在电池或电池组以某一电流I充电过程中，瞬间叠加一充电电流ΔI，即充电电流变为I+ΔI，这一叠加的电流在电池的内阻上产生一个电压增量ΔU＝U2-U1，测量出充电电流叠加前后电池或电池组两端的电压U1和U2；
2)根据所测量的电压U1和U2计算出电压增量ΔU＝U2-U1，由ΔI和ΔU求出此刻电池内阻Ri的值：Ri＝(U2-U1)/(I+ΔI-I)＝ΔU/ΔI。
3)根据测量并计算出的电池内阻当前值，确定是增加还是保持充电电流的值，并根据以下模糊控制规则确定第n次充电电流In的调节策略：
如果第n-1次测量的内阻Rn-1为大，即测量值超过标准值的30％，则In＝In-1；
如果第n-1次测量的内阻Rn-1为较大，即测量值超过标准值在1％～30％之间，则In＝In-1+Id，其中Id为电流单位增量；
如果第n-1次测量的内阻Rn-1为不大，即测量值在标准值允许波动范围内，则In＝In-1+kId，(k＝2，3，4)；
如果连续三次所测量的内阻Rn-3、Rn-2和Rn-1均不大，则In＝Imax，其中Imax为最大充电电流；
4)通过以上调节策略实现快速充电的最佳控制。
本发明是一种基于“直流充电测量法”原理的电池快速充电控制方法，它采用单片计算机作为控制器，测量、计算并分析二次电池的充电状态，控制并调节电池的充电电流；如果电池或电池组表面温度超过设定值或者电池或电池组充电的电压连续出现-ΔU，则令In＝Ismall，结束快速充电，改为涓流充电，其中Ismall为0.05C。
本发明基于“直流充电测量法”原理，在改变充电电流的同时，通过检测二次电池电压的变化来获得此刻电池内阻的大小，并根据电池的内部状态实现快速充电的最佳控制；它的优点是：1、能够快速计算出二次电池内阻的变化量，以确定合适的充电电流，方法简便、安全；2、本发明可以对内阻偏大的二次电池进行有效的充电，能延长二次电池的使用寿命。
本发明安全、经济、实用、且容易实现。
附图说明
图1是本发明中电池快速充电控制系统电路结构框图；
图2是直流充电时的瞬态电压和电流变化波形。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
附图1所示为基于“直流充电测量法”原理的电池快速充电控制系统电路结构框图。该控制系统包括：可控充电电流电路1、电流检测电路2、电压检测电路3、温度检测电路4、单片计算机5和电池或电池组6。可控充电电流电路1在单片机5的控制下向被充电电池或电池组6提供充电电流；电流检测电路2用于测量并向单片计算机5提供所调节的充电电流值；电压检测电路3用于检测电池或电池组6两端的瞬时电压并传送给单片计算机5；温度检测电路4则用于测量电池或电池组6的表面温度并传送给单片计算机5；单片计算机5则根据充电电流改变瞬间所引起的电池端电压变化情况，计算出充电电流修正的增量并根据电流检测电路的反馈信号调节电池充电电流的值；同时当电池或电池组6的温度超过上限值或者电池或电池组的充电电压持续一定时间出现-ΔU的情况，则结束快速充电，并令充电电流In＝Ismall，改为涓流充电。
附图2为直流充电时的瞬态电压和电流变化波形。开始时，单片计算机控制可控充电电流电路以某一电流I对二次电池进行充电，然后，每间隔一定时间叠加一充电电流增量ΔI，这一叠加的电流在电池的内阻上必将产生一个电压增量ΔU＝U2-U1，如图2。
由公式：R≈(U2-U1)/(I+ΔI-I)＝ΔU/ΔI可以近似计算出电池当前的直流内阻Ri。然后根据所求出的电池内阻的大小，确定下一次充电电流In的调节策略：
如果第n-1次测量的内阻Rn-1为大，即测量值超过标准值的30％，则In＝In-1；
如果第n-1次测量的内阻Rn-1为较大，即测量值超过标准值的1％，不超过标准值的30％，则In＝In-1+Id，其中Id为电流单位增量；
如果第n-1次测量的内阻Rn-1为不大，即测量值在标准值允许波动范围内，则In＝In-1+kId，(k＝2，3，4)；
如果连续三次所测量的内阻Rn-3、Rn-2和Rn-1均不大，则In＝Imax，其中Imax为最大充电电流。
本发明采用单片计算机作为控制系统的核心，测量、计算并分析二次电池的充电状态，控制并调节电池的充电电流；如果电池或电池组表面温度超过设定值或者电池或电池组充电的电压连续出现-ΔU，则令In＝Ismall，结束快速充电，改为涓流充电，其中Ismall为0.05C。
通过实验证明，本发明不仅可以实现对内阻偏大的电池进行快速充电控制，还可以及时发现劣化(内阻过大)的蓄电池，排除蓄电池(或蓄电池组)潜在的隐患。本发明具有测试简单、计算方便和易于电路实现的特点，能有效地提高电池的可用率，适用于产品化应用和推广。

Claims (2)

1、一种电池快速充电控制方法，其特征在于：该方法在改变充电电流的同时，通过检测二次电池电压的变化来获得此刻电池内阻的大小，并根据电池的内部状态实现快速充电的最佳控制；它包括以下步骤：
1)在电池或电池组以某一电流I充电过程中，瞬间叠加一充电电流ΔI，即充电电流变为I+ΔI，这一叠加的电流在电池的内阻上产生一个电压增量ΔU＝U2-U1，测量出充电电流叠加前后电池或电池组两端的电压U1和U2；
2)根据所测量的电压U1和U2计算出电压增量ΔU＝U2-U1，由ΔI和ΔU求出此刻电池内阻Ri的值：Ri＝(U2-U1)/(I+ΔI-I)＝ΔU/ΔI。
3)根据测量并计算出的电池内阻当前值，确定是增加还是保持充电电流的值，并根据以下模糊控制规则确定第n次充电电流In的调节策略：
如果第n-1次测量的内阻Rn-1为大，则In＝In-1；
如果第n-1次测量的内阻Rn-1为较大，则In＝In-1+Id，其中Id为电流单位增量；
如果第n-1次测量的内阻Rn-1为不大，则In＝In-1+kId，(k＝2，3，4)；
如果连续三次所测量的内阻Rn-3、Rn-2和Rn-1均不大，则In＝Imax，其中Imax为最大充电电流；
4)通过以上调节策略实现二次电池快速充电的最佳控制。
2、根据权利要求1所述的电池快速充电控制方法，其特征在于：采用单片计算机作为控制器，测量、计算并分析二次电池的充电状态，控制并调节电池的充电电流；如果电池或电池组表面温度超过设定值或者电池或电池组充电的电压连续出现-ΔU，则令In＝Ismall，结束快速充电，改为涓流充电，其中Ismall为0.05C。
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