[实用新型]一种智能跟随型充电机

说明书

技术领域

本实用新型涉及锂离子动力电池、电容电池、镍氢动力电池、超级电容器、铅酸电池等储能器件的充电领域，具体涉及一种新型的智能跟随型充电机设备。 

背景技术

锂离子动力电池是一种功率密度大、能量密度高、寿命长的绿色储能器件，在电动汽车、电动工具、太阳能储能、军工等领域具有重要用途，市场前景十分广阔。目前，锂离子动力电池(特别是磷酸铁锂锂离子电池)已被大家公认为是新能源汽车的首选储能电池。已有研究及实践均证明，锂离子电池的寿命与其充放电条件紧密相关；特别是充电过程中，随着充电过程的进行，电池的电压不断发生变化，其荷电状态亦随之改变，不同荷电状态对其充电电流的适应性是不同的，不恰当的充电电流将导致电池的严重发热，并使电池寿命的大幅度下降。电池充电机已成为严重影响电池使用寿命的关键设备之一，同时充电机(充电站)的布局也是直接影响新能源汽车走向实用化的重要瓶颈。 

对于锂离子动力电池来说，开始充电时电池的荷电状态少，电池具有较强的充电电流接受能力；随着充电过程的不断进行，电池的荷电状态不断上升，电池接受充电电流的能力逐渐下降，这时如果继续用大电流给电池充电，电池来不及将电能全部转化为化学能，并且电极的过电势上升，使电极极化严重；同时电池将明显发热，进一步恶化电池工作状态。这将导致电池提前失效。 

目前的锂离子动力电池充电机主要工作原理为：用恒定的电流给电池充电，直到电池的电压上升到最大值后转为恒压充电。该充电模式下电池的充电曲线如图1所示，可以看出整个充电过程中，电池电压的变化是两条翘中间相对平缓的一条曲线。已有研究表明，锂离子电池充电阶段是吸热反应，随着电池荷电状态的上升，吸热逐渐减弱；同时由于电池的物理电阻和化学电阻使得充电过程中又有热的生成。这两者相互作用构成了整个电池充电过程中的热效应，综合的效果通常是电池荷电状态低时吸热为主导，荷电状态 高时放热为主导。从上面的分析可以看出，这种恒流一恒压充电模式并不是合理的充电模式。 

申请人认为锂离子动力电池合理的充电模式是：在电池荷电状态较低时，电池接受充电电流的能力较强，可以用较大电流进行充电，有助于缩短充电时间；随着电池荷电状态的不断升高，动态调整充电电流，直到最后将电池充满。本实用新型依据上述原理，提出一种能够监测电池荷电状态并根据其荷电状态动态调整充电电流的智能跟随型充电机。 

实用新型内容

本实用新型的目的是：根据充电过程中锂离子动力电池的荷电状态，动态调整充电电流，使电池的充电过程始终处于合理的状态，以达到缩短充电时间，减少电极极化，延长锂离子动力电池使用寿命的目的。 

为实现上述目的本实用新型采取以下技术方案：在充电过程中动态监测电池的荷电状态，并将该状态与事先存储于内部的最佳充电数学模型进行比对，根据比对的结果输出控制信号给电源模块；电源模块根据该信号的指示调整输出的充电电流，这样就实现了对锂离子动力电池充电状态的动态跟随。 

所述的智能跟随型充电机由：电源模块、电池荷电状态监测模块、跟随调整模块等几部分构成。该充电机在更新了跟随调整模块中预置的各种电池最佳充电数学模型后，即可用于锂离子动力电池、电容电池、镍氢动力电池、超级电容器、铅酸电池等储能器件的充电。 

本实用新型所提出的智能跟随型充电机与已有充电机相比，具有减少充电过程中电池发热、降低电极极化、延长电池使用寿命的明显效果；一般电池使用寿命可延长20％以上。 

附图说明

图1恒流充电过程中磷酸亚铁锂动力电池的充电曲线。 

图2为本实用新型的智能跟随型充电机内部模块示意图。 

具体实施方式

下面通过实施例对本实用新型进行详细说明，下面的例子只是符合本实 用新型技术内容的实例，并不说明本实用新型仅限于下述实例所述的内容，本行业中的技术人员依照本实用新型权利要求项制造的产品均属本实用新型内容。 

实施例： 

①如图2所示的虚线框4所示，智能跟随型充电机由电源模块1、跟随控制模块2、电池荷电状态监测模块3构成。 

②当需充电的锂离子动力电池5(如图2所示)与智能跟随型充电机相连接时，电池荷电状态监测模块3对电池的电压情况进行测量，并将其转化为荷电状态(即目前电池已有电量)；然后将该数据发送至跟随控制模块2，与事先存储于其内部的最佳充电数学模型进行比对，根据比对的结果输出控制信号给电源模块1；电源模块1根据该信号的指示调整输出的充电电流给锂离子动力电池5进行充电，这样就实现了对锂离子动力电池充电状态的动态跟随。 

实际效果：用智能跟随型充电机给3.2V40Ah的磷酸亚铁锂动力电池充电，充电时间为2小时，按常规方法1C放电，做长时间寿命测试，结果循环1982次后电池容量降至32Ah。而用20A的常规恒流充电机充电，并且同样按常规方法1C放电，做长时间寿命测试，结果循环1125次后电池容量降至32Ah。可见，智能跟随型充电机能够明显延长电池使用寿命。