CN1141751C - 慢脉冲快速充电方法 - Google Patents

Abstract

慢脉冲快速充电方法是一种适用于铅酸蓄电池，镍氢电池，镉镍电池，锂离子蓄电池等快速充电方法。它能保证快速充电过程中，电池的折气量少，温升低，充电量足，充电效率高，避免过充电，电池的容量和寿命不受损害。采用该方法可大大减少快速充电机设备的复杂性及其费用，缩短充电时间，是普通充电方法的十倍到十几倍，便于制造实用的快速充电机。

Description

慢脉冲快速充电方法

所属技术领域：本发明属于铅酸蓄电池，镍氢蓄电池，镍镉蓄电池，锂离子蓄电池等慢脉冲快速充电的一种方法。

背景技术：为了实现蓄电池快速充电，国内外研究人员提出了不少有关蓄电池快速充电的方法，研制了许多种快速充电装置，仅国内有关蓄电池快速充电方面已公开的发明及实用新型专利就达近八十种，如发明专利CN88100250A，然而，尽管各自的充电方法和充电机线路都不相同，但大致可分为两类：

(1)高幅值(2-4c)窄脉冲(0.0001s以下)，放电极化。

(2)低幅值(1-1.5c)宽脉冲(0.01s以下)，放电去极化。

在众多的快速流电机的发明中，有的因实用效果不佳，有的因设备费用太高等诸多因素，都未能在市场上得到普遍推广使用。

综观现有技术，并加以分析，制约快速充电机推广使用的主要原因在于所选择的快速充电的方法。

快速充电就是采用1C以上的大电流，在较短的时间内充足电池，在充电的过程中，要求不产生大量气体，极板的温升不能过高，这就要求采用合适的脉冲充电方法和有效的消除极化的方法，才能达到真正的快速充电目的。

根据电化学动力原理，电池在充放电的过程中存在着三种极化即：

(1)欧姆极化，随电流的降低而减小，电流停止，极化消失。

(2)电化学极化，随电流的降低而在微秒级内显著降低。

(3)浓差极化，由于传递过程的缓慢，靠自然扩散(尤其在多孔极板内)随电流的降低需在几秒到几十秒内而降低或消除。

所以无论是宽脉冲(0.01s以下)还是窄脉冲(0.0001s以下)放电去极化并不是根本意义上去极化的好办法，对扩散因大电流充电产生的热量，更没有有利之处。

本发明的目的：根据多孔性电极理论模型，运用电化学动力学原理，设计出一种双稳态非线性反馈机制的慢脉冲快速充电方法，以保证电池在快速充电中，排气量少，温升低，充电量足，充电效率高，避免过充电，同时电池的容量和寿命不受损害，便于制造出实用的快速充电机。

本发明的技术内容：本发明是运用电化学动力学原理，经过大量试验研究而设计出的一种有双稳态非线性反馈特征的慢脉冲快速充电方法，该方法适用于包括铅酸蓄电池在内的所有两次电池的充电，其技术主要特征，整个充电控制曲线由A、B两段和一点G构成，A段以恒大直流电(I₁)与恒小直流电(I₂)周期性变化脉冲充电，B段以恒电压(V₂)直流电与恒小直流电(I₃)周期性变化脉冲充电，G点为A段转向B段脉冲充电的转折点电压值(V₁)，B段持续到整个充电结束。

以下本文将结合附图对本发明的实施进一步详细叙述：

附图1为总体设计充电方法曲线示意图；

附图2为A段充电双稳态非线性反馈机制的原理示意图；

附图3为B段充电电压(V)随时间(t)变化的工作曲线示意图；

附图4为B段准双稳态非线性反馈机制的原理示意图。

参照附图1，图1是本发明总体设计充电方法曲线示意图。为保证在整个充电过程中消除极化，及时扩散因大电流充电时产生的热量，降低极板上的温度，有利于改善极板上活性物质的结晶结构，增加充电的渗透度，在本发明中特设定了在恒大电流(I₁)或恒电压(V₂)后持续足够的时间(t₂)及(t₄)的恒小电流(I₂)和(I₃)的充电过程，非线性扩散反馈形成恒小电流稳态，消除或减小极化。但为了提高充电速度，时间(t₂)及(t₄)又不宜太长时间，一般在1秒到几十秒之间。因此，选定适宜的时间(t₂)及(t₄)的长度是比较重要的，这也是与现有技术放电去极化方法的根本性区别所在。

参照图2，该图是本发明中A段充电双稳态非线性反馈机制的原理示意图。为保证快速充电，提高充电效率，消除极化，在A段慢脉冲充电中，恒大电流(I₁)需维持足够长的时间(t₁)，(1)是为了保证足够的充电量，提高充电速度。(2)是为了形成一个恒电流的稳定态。这样在恒大电流(I₁)与恒小电流(I₂)两个稳态之间，d→a→b，经过非线性扩散反馈到达恒小电流态(I₂)，b→d，减小浓差极化，电极表面浓度(C)接近电解液本体浓度(C₀)，同时消除或降低其它两种极化，多次循环充电，在A段将完成70％以上的充电任务。

参照附图3，该图是本发明中B段以充电电压(V)随时间(t)变化的工作曲线示意图，结合附图1中B段电流随时间变化曲线可看出，脉冲的大电流或恒电压(V₂)最终趋向接近恒小电流(I₃)，或维持恒小电流(I₃)的充电压值，接近电池充满电时的开路电压值(V₀)，极化现象进一步消除，充电渗透度进一步扩大，充电量进一步增加，保证了电量充足而不过充的要求。

参照附图4，该图是本发明中B段准双稳态非线性反馈机制的原理示意图。该图进一步展示了在B段慢脉冲充电过程中，进一步消除极化，尤其是浓差极化的工作原理。随着脉冲充电的进行，每进行一次d→a→b→d的循环，其循环圈就进一步缩小，d→a’→b’→d’，d’→a”→b”→d”，d”→a→b→d，……直到贴近恒小电流(I₃)的浓度随时间变化形成稳态的曲线，电极表面浓度C，接近电池本体电解液的浓度(C₀)，最终浓差极化降到很低值，其它极化同样降到很低值。

本发明与现有技术相比，是从根本上有效地降低或消除极化，实现大电流慢脉冲充电，提高充电速度，大大缩短充电时间，提高充电效率，有效地保护电池容量和寿命，适合于多种蓄电池实现快速充电的理想方法。

Claims (4)

1.一种用于铅酸蓄电池，镍氢蓄电池，镉镍蓄电池和锂离子蓄电池的快速充电方法，它由A、B两段和一点G构成，其中A段以恒大直流电(I₁)与恒小直流电(I₂)周期性变化脉冲充电；B段以恒电压(V₂)直流电与恒小直流电(I₃)周期性变化脉冲充电；G点为A段转向B段脉冲充电的转折点(V₁)，B段持续时间为定时控制，本发明的特征是：该发明方法的A段中，恒大电流(I₂)电流值在1C安-4C安之间，其中C为电池的额定容量，持续时间(t₁)在1秒——300秒；恒小电流(I₂)电流值在0.01C安——0.2C安，持续时间(t₂)在1秒——60秒，G点值(V₁)为电流充电时排气电压值附近±2伏，该发明方法的B段中，恒电压(V₂)值低于G点电压值(V₁)0.01伏——1伏，持续时间(t₃)在1秒——300秒；恒小电流(I₃)值在0.01C安-0.2C安，持续时间(t₄)在1秒-60秒，整个B段持续时间10分钟——30分钟。

2.根据权利要求所述1的快速充电方法其特征是：充电的程序为先进行A段直流慢脉冲充电，在G点检测判断自动转为B段直流慢脉冲充电，定时控制B段持续时间，完成整个充电过程。

3.根据权利要求1所述的快速充电方法其特征是：A段慢脉冲充电方式为恒大直流电流(I₂)，充电持续时间(t₁)，然后迅速转为恒小直流电流(I₂)，充电持续时间(t₂)，再迅速转为恒大直流电流(I₁)，充电持续时间(t₁)，再迅速转为恒小直流电流(I₂)，充电持续时间(t₂)……，如此恒大电流(I₁)，恒小电流(I₂)或恒小电流(I₂)，恒大电流(I₁)，交替变化直流脉冲充电，直到保持最后一个恒大电流(I₁)

值所维持的充电电压接近或稍超过电池开始排出气体时的电压值，为G点电压值，至此完成A段慢脉冲充电过程，自动转为B段充电方式。

4.根据权利要求1所述的快速充电方法其特征是：B段慢脉冲充电方式为恒电压(V₂)，电流连续下降，持续时间(t₃)直流充电，然后迅速转为恒小直流电流(I₃)持续时间(t₄)充电，再迅速转为恒电压(V₂)，直流电流充电，持续时间(t₃)充电，再迅速转为恒小直流电流(I₃)，持续时间(t₄)充电……，如此恒电压(V₂)，恒小电流(I₃)或恒小电流(I₃)，恒电压(V₂)，交替变化直流脉冲充电，整个B段持续10分钟——30分钟，自动断电，完成整个充电过程。

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