CN113991195A - 一种充电器及其充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种充电器，包括充电电路、控制器、电压检测电路、恒压计时电路、电流比较电路，所述充电电路、电压检测电路、恒压计时电路、电流比较电路与所述控制器电连接，其特征在于，所述控制器通过所述电流比较电路控制所述充电电路跳转到下一充电模式，一定次数后，所述控制器再通过所述恒压计时电路控制所述充电电路跳转到下一充电模式。本发明还保护一种充电器的充电方法。本发明的充电方法和装置可以有效防止电池充电过程中的热失控，另外保证电池的寿命。

Description

一种充电器及其充电方法
技术领域
本发明涉及蓄电池领域。
背景技术
目前铅酸蓄电池充电的过程中，为了达到充电效果，有使用两段式冲电，即快充阶段、缓充阶段。也有使用三段式充电，即初始快充阶段、中间缓充阶段、后期浮充阶段。比如初始恒流或恒压快充阶段、中间恒压慢充阶段、后期恒压或恒流浮充阶段。初始使用低电压大电流，以缩短充电时间；电池电压上升到一定数值后，改用高电压小电流，以防止电池过充；蓄电池基本充满后改为相对较低电压到浮充水平，以减小对蓄电池的损害。在缓充阶段的过程中，电池会产生大量气体，导致失水增大，充电副反应加剧，电池放热增大，容易使电池出现热失控现象。市场上的传统充电制式在此阶段设置的跳转条件不合理，通常通过电流值进行控制，这样的设置存在的风险是在电池经过一定次数的充放电后，恒压充电电流达到转灯电流的时间将会越来越长，甚至达不到设置的转灯电流，从而电池一直处于高电压充电的阶段，而不能跳转到浮充阶段充电，很容易使得电池产生热失控现象；也会导致电池寿命下降，严重时更会产生安全风险。因此需要一种安全的充电制式来避免蓄电池出现热失控并导致对蓄电池的破坏。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种充电器，包括充电电路、控制器、电压检测电路、恒压计时电路、电流比较电路，所述充电电路、电压检测电路、恒压计时电路、电流比较电路与所述控制器电连接，其特征在于，所述控制器通过所述电流比较电路控制所述充电电路跳转到下一充电模式，一定次数后，所述控制器再通过所述恒压计时电路控制所述充电电路跳转到下一充电模式。
进一步地，所述恒压计时电路的时间设置值T，所述控制器通过所述电流比较电路控制所述充电电路跳转到下一充电模式，无热失控的恒压电流转灯时间0-T1，有热失控风险的转灯时间T1-T2，所述恒压计时电路的时间设置值T大于等于T1小于T2。
本发明还保护了一种电池的充电方法。
本发明的充电方法和装置可以有效防止电池充电过程中的热失控，另外保证电池的寿命。
附图说明
图1是本发明充电器的电路框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步描述。
本发明提供了一种铅酸蓄电池6的充电器，包括开关电路1、充电电路2、电压检测电路3、计时电路4、控制器5。开关电路1用于完成对市电的交-直流转换，提供充电器中其他电路模块的工作电源，提供充电电流或充电电压；所述充电电路2用于接收开关电路1提供的充电电流或充电电压信号，将所述充电电流或充电电压信号提供给蓄电池6；所述电压检测电路3实现电池电压检测，并将检测结果送给控制器5；控制器5根据电压检测电路3检测的电压达到设置的恒压值时激活计时电路4开始计时，并当达到设置的时间时控制充电电路2跳转到下一充电模式。
电池开始进入充电时，将市电通过AC-DC(交流-直流)转换为可控的充电电压或充电电流信号，控制器控制充电电路，进入第一阶段，即快速充电阶段，如以较大的电流I1恒流充电，电流I1最好位于0.15C-1.0C之间，也可以恒压或恒功率快充。控制器打开电压检测电路对电池电压进行检测，如果检测电压值达到电池单格电压最好达到2.3V-2.4V，此时控制器根据电压检测电路的输入信号，控制器控制开关电路并使充电电路进入到第二阶段，以小电流充电如0.1C,在电压达到此阶段恒定电压时激活计时电路并控制充电电路进行限时恒压充电，充电的恒定单格电压最好位于2.40V-2.55V之间，当计时电路预设的时间到达时，控制器控制充电电路进入到第三阶段，即浮充阶段，最好以位于0.005C-0.05C之间的电流恒流充电或采用以位于2.28V-2.35V之间的单格电压恒压充电一段时间，直至完成整个充电过程。
本发明铅酸蓄电池的充电方法如下：步骤1，初始快充阶段，如大电流恒流充电，充电电流0.15C～1.0C，限压2.3V/单格～2.40V/单格。此阶段电池荷电态较低，充电接受能力强，充电电压基本不产生析氢，一般在负极完成充电至荷电态约90％，设置较大电流充电不仅能缩短充电时间，并且对蓄电池容量有激活和恢复的作用，试验证明，当电压充至2.3V/单格时，蓄电池开始析气；当电压充至2.3V～2.50V时，析气的速率明显开始升高。步骤2，中间缓充阶段，如恒压限时充电，经过步骤1负极充电基本完成，此阶段主要作用为使正极充电完全。此时电池充电接受能力差，设置过大电流或过高电压会产生大量气体，导致失水增大，易使电池出现热失控现象。因此参数设置如下：限压2.40V/单格～2.55V/单格，电压可以以小电流充电如0.1C,在电压达到此阶段的恒定电压时,开始计时，并限时1-3h，通过限时可以避免电池温度升高而造成的热失控风险，也保证了电池寿命。步骤3：后期浮充阶段，如小电流补强阶段。此时电池基本处理充满阶段，主要作用为平衡/补强各单体电池以及各单格落后者。参数：充电电流0.005C～0.05C，不限压。通过不限压小电流恒流充电，能消除蓄电池因某单格落后导致的硫化现象，从而使每格电池达到均衡充电的效果，或采用以位于2.28V-2.35V之间的单格电压恒压充电。根据需要，充电步骤中不设置步骤3也不影响本发明实现防止热失控的目的。其中C为电池两小时率容量。
下面以普通6-DZF-20蓄电池作为本次验证的试验样品，以三段式充电制式进行试验，每个实施例选取两个样品，通过实施例进一步证明本发明的目的。
实施例1
步骤1：恒流0.2C充电至电压为2.4V/单格；
步骤2：恒压2.46V/单格，充电时间0.5h；
步骤3：恒流0.02C充电3h。
实施例2
步骤1：恒流0.2C充电至电压为2.4V/单格；
步骤2：恒压2.46V/单格，充电时间1.0h；
步骤3：恒流0.02C充电3h。
实施例3
步骤1：恒流0.2C充电至电压为2.4V/单格；
步骤2：恒压2.46V/单格，充电时间1.5h；
步骤3：恒流0.02C充电3h。
实施例4
步骤1：恒流0.2C充电至电压为2.4V/单格；
步骤2：恒压2.46V/单格，充电时间2.0h；
步骤3：恒流0.02C充电3h。
实施例5
步骤1：恒流0.2C充电至电压为2.4V/单格；
步骤2：恒压2.46V/单格，充电时间2.5h；
步骤3：恒流0.02C充电3h。
实施例6
步骤1：恒流0.2C充电至电压为2.4V/单格；
步骤2：恒压2.46V/单格，充电时间3.0h；
步骤3：恒流0.02C充电3h。
实施例7
步骤1：恒流0.2C充电至电压为2.4V/单格；
步骤2：恒压2.46V/单格，充电时间3.5h；
步骤3：恒流0.02C充电3h。
实施例8
步骤1：恒流0.2C充电至电压为2.4V/单格；
步骤2：恒压2.46V/单格，充电时间4.0h；
步骤3：恒流0.02C充电3h。
通过上述8个实施例，对步骤2结束时的电池温度进行测试并测量失水，数据如下表：
Figure BDA0002987335940000071
从上表中可知，当电池第二阶段充电达到3个小时时，电池温度平均超过40摄氏度，此时平均次单只单次失水达到0.28g。根据电池各个参数，如果继续充电，阀控铅酸蓄电池的闭合氧循环过程中放出的热量导致电池温度上升，如果散热条件不良，温升较快；温度愈高，析氧愈快愈多，放热更多，温升更快，这种自加速反应增大了热失控的概率。
通过上述8个实施例，重复步骤1-3进行循环寿命测试，数据如下表，
Figure BDA0002987335940000072
Figure BDA0002987335940000081
从上表中可知，当电池第二阶段充电达到1个小时时，电池平均循环寿命243次，比充电0.5小时，循环寿命大大提升；当电池第二阶段充电达到3个小时时，电池平均循环寿命251次，当达到3.5小时时，平均循环寿命152次，急剧下降，此时热失控对电池寿命产生了明显的不利影响。时间继续延长，温度进一步升高，大大增加电池安全的风险，甚至导致电池起火。
本发明的充电器的转灯模式最好还同时设置有恒压电流值转灯和恒压计时转灯，也就是当恒压阶段的电流值达到设定的转灯电流值时或恒压阶段的计时值达到设定的转灯值时，进入到下一充电模式，本实施例中，恒压计时转灯需要在恒压电流值转灯一定次数后，才开始启动恒压计时转灯，此次数最好大于等于电池充电通过恒压电流值转灯开始有发生热失控风险的充放电次数即转灯次数，并且小于发生热失控的充放电次数，即转灯次数。比如电池充电通过恒压电流值转灯不发生热失控的充放电次数位于1-100次之间，电池充电通过恒压电流值转灯不发生热失控但有发生热失控风险的充放电次数100-200次之间，电池充电通过恒压电流值转灯将发生热失控的充放电次数超过200次，此时恒压计时转灯需要在恒压电流值转灯100次后，才开始启动恒压计时转灯。另外，如果电池在充放电100次，此时恒压下电流转灯的时间，即从恒压计时开始时的电流值下降到转灯电流值时所需的时间，需要2.5小时，电池在继续多次充放电后，从恒压计时开始时的电流值下降到转灯电流值所需的时间，逐渐增加，在充放电200次后转灯需要3.5小时，此阶段出现热失控风险，超过200次转灯时间需要超过3.5小时,此阶段完全热失控；恒压计时转灯的时间可以设置为2.5-3.5小时之间，最好设置在2.5小时，这样可以保证恒压计时转灯在恒压电流值转灯一定次数后才启动，即电池通过电流转灯不发生热失控的次数。通过恒压计时转灯在电流转灯达到一定次数后再启动，并设置合适的转灯时间，从而避免恒压计时转灯设置时间不合理，让充放电电池过早的通过恒压计时进行转灯，从而不利于电池的充电效果，另一方面也可以保证电池不会在后续的充电过程中，由于设置时间过长，计时转灯时间过长，造成的热失控等问题。也就是只有当恒压电流转灯的合理时间内，电流不能下降到转灯电流的情况下，恒压限时转灯才发挥转灯作用。恒压充电阶段的氧复合反应关键在于充电电池两端的电压的时间，因此通过恒压计时将可以很准确的控制恒压阶段的氧复合反应，避免电池热失控风险。根据不同的电池，恒压转灯时间可以进行合适设置。无热失控风险的电流转灯时间0-T1，热失控风险转灯时间T1-T2，超过T2将产生热失控，只要保证恒压限时转灯时间T大于等于T1小于T2即可。本实施方式的充电器，包括充电电路、控制器、电压检测电路、恒压计时电路、电流比较电路，充电电路、电压检测电路、恒压计时电路、电流比较电路与所述控制器电连接，当电流比较电路比较充电电流低于某一特定转灯电流值时，控制器通过充电电路进入下一步充电，当恒压计时电路的时间值达到一定时间后，且充电电流高于某一特定转灯电流值时，控制器才控制充电电路进入下一步充电，也就是控制器通过电流比较电路控制充电电路跳转到下一充电模式，一定次数后，控制器再通过恒压计时电路控制充电电路跳转到下一充电模式。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种充电器，包括充电电路、控制器、电压检测电路、恒压计时电路、电流比较电路，所述充电电路、电压检测电路、恒压计时电路、电流比较电路与所述控制器电连接，其特征在于，所述控制器通过所述电流比较电路控制所述充电电路跳转到下一充电模式，一定次数后，所述控制器再通过所述恒压计时电路控制所述充电电路跳转到下一充电模式。
2.如权利要求1所述的一种充电器，其特征在于，所述恒压计时电路的时间设置值T，所述控制器通过所述电流比较电路控制所述充电电路跳转到下一充电模式，无热失控的恒压电流转灯时间0-T1，有热失控风险的转灯时间T1-T2，所述恒压计时电路的时间设置值T大于等于T1小于T2。
3.一种充电器的充电方法，包括下列步骤：步骤1：快速充电；步骤2：恒压充电；步骤3为浮充充电，其特征在于，所述步骤2还包括恒压电流值转灯和恒压计时转灯，步骤2中当电流值达到设定的转灯电流值时或恒压计时值达到设定的转灯值时，转灯到步骤3。
4.如权利要求3所述的一种充电器的充电方法，其特征在于，恒压计时转灯需要在恒压电流值转灯一定次数后，才开始启动恒压计时转灯。
5.如权利要求3所述的一种充电器的充电方法，其特征在于，所述次数大于等于通过恒压电流值转灯电池开始有发生热失控风险的转灯次数，并且小于发生热失控的转灯次数。
6.如权利要求3所述的一种充电器的充电方法，其特征在于，恒压计时转灯时间T，无热失控风险的恒压电流值转灯时间0-T1，有热失控风险转灯时间T1-T2，产生热失控转灯时间超过T2，恒压限时转灯时间T大于等于T1小于T2。
7.如权利要求-6任意一项3所述的一种充电器的充电方法，其特征在于，所述步骤2中所述开始恒定充电的电压为14.8V。
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