[发明专利]用于对铅酸蓄电池进行充电的方法与装置

说明书

本发明涉及操作铅酸蓄电池和对铅酸蓄电池充电的方法，涉及对铅酸蓄电池充电的装置，以及涉及包括铅酸蓄电池和充电装置的能量存储系统。

近年来，为了提高铅酸蓄电池的效率和可靠性，已经作出了很多改进。在铅酸蓄电池的寿命中，通常进行多次充电和放电。这在动力应用中是非常现实的，该动力应用例如是铲车、高尔夫球车和其它电池供电的车辆，还包括电池供电的清洁和抛光机，其中电池有规律地在诸如日间的一段时期内放电和在诸如夜间的另一段时期内充电。甚至在一些备用功率应用例如用于远程通信系统的备用电源中，在部分或完全的放电状态与完全充电状态之间存在很大程度的循环，例如在主电源频繁中断的地方。在电池循环的放电和充电期间，出现了电池副反应，这浪费了为电池充电所提供的一些能量，并且逐渐使电池的电化学和材料发生变化并导致电池最终故障。

电池充电系统可以分为主要的三组。在称作“恒定电压系统”的第一组中，充电系统为每个单元(cell)施加恒定电压。开始充电时，电流将会很高，通常处于峰值(假定电池处于有效放电状态)，并且经常通过充电系统进行有意的限制，以免损坏电池。当电池接近完全完全充电状态时，电池的均衡/静止电压增加，并且“静止”电压与充电系统所施加的电压之间的差减小，因此使流入电池中的电流也降低。在称为“恒定电流”系统的第二类系统中，充电系统的控制算法不断地调整施加给电池的每单元的电压，以将流入电池的电流保持在设定的水平处。第三类型的系统实质上是前面二者的混合，可以称为“混合系统”。在这种混合系统中，充电算法通常首先使用恒定电压机制，直到电池几乎充满电，然后切换到恒定电流机制并保持设定时间段。某些混合系统具有更加复杂的算法，该算法根据预先的程序施加多个阶段的恒定电流和恒定电压。其它充电系统也是已知的，例如脉冲充电。通常通过根据算法操作的微处理器来控制充电系统。所有类型的充电系统经常还包括用于测量电池温度的传感器，算法可以被设计为根据测量的温度调整充电电压/电流。充电系统通常专用于特定类型的电池，并且可以与电池一起由电池制造商成套出售。

一些充电系统具有接近充电循环的后期或当进行单独充电时、以预定时间间隔施加被称为均衡电量(equalisation charge)的额外电量的算法。通常以恒定电流基准施加均衡电量。例如，为了均衡一连串的单元的充电状态，可以每周一次地将1小时2安培的均衡电量施加到电池上。

最近，在市场上出现的系统中，每个电池都设有安装到电池的主DC线缆的设备，以监测和记录电流、电压(电势差)、温度和可选的电解液液位的数据。当电池被送到充电站进行充电时，这些数据可以被无线下载到充电站中，因此将与电池使用有关的有用信息提供给系统操作人员，并且将任何故障都告知用户。这种系统是可以从EnerSys公司得到的WI-IQ无线电池监测设备。

但是，仍然需要改进铅酸蓄电池的寿命循环能力和可靠性。

为了满足这个需要，本发明在第一方面中提供了一种操作铅酸蓄电池的方法，其中电池经历电池放电的放电阶段和电池充电的充电阶段，所述方法包括：

在放电阶段中，监测流出及流入电池的电流，并且记录与电流有关的信息；

在随后的充电阶段中，基于记录的信息，计算将提供给电池的期望电量并向电池提供此期望电量。

充电期间提供给电池的电量可以计算为所提供的电流和时间的乘积。该乘积可以是例如所提供的电流相对于时间的积分。

在本发明的第二方面中，提供了一种用于对铅酸蓄电池充电的充电装置，包括：

a)通信装置，被设置成获取与在电池使用期间流出和流入电池的电流有关的信息；

b)控制装置，被设置成根据记录的与电池使用期间流出和流入电池的电流有关的信息，计算将提供给电池的期望电量；以及

c)供电装置，被设置成向电池供应所计算的期望电量。

在本发明的第三方面中，提供了一种能量储存和供应装置，包括：

一个或多个铅酸蓄电池；

用于监测该电池或每个电池使用期间流出和流入该电池或每个电池的电流的装置；

用于记录与该电池或每个电池使用期间流出和流入该电池或每个电池的电流有关的信息的装置；以及

用于对该电池或每个电池充电的充电装置，包括控制装置，控制装置被设置成根据记录的与该电池或每个电池使用期间流出和流入每个电池的电流有关的信息，计算将供应给该电池或每个电池的期望电量。