[发明专利]根据电池温度控制电池充电电压的装置和方法

说明书

本发明涉及电池的充电，具体地说是涉及根据电池温度充电的方法和装置。

充电电池的温度是充电过程中进行适当控制以及设备和人员最终安全的关键因素。如果电池温度显著增高，电池的内阻就会下降，从而使充电电流增大，这会引起电池内阻进一步下降。这种累积效应很快会导致“热失控”，最终使电池毁坏，并可能使设备和人员周围的环境遭到破坏。

现有的电池充电系统已经可以根据电池的温度控制充电电压。这些系统通常在电池温度以简单的线性斜率或单一电压阶跃上升至某电压或温度极限时降低电池充电电压。多数电池制造商建议将充电电压以X mV/℃/cell的固定值降低或“补偿”增加的温度。这一点Y.Nagai和K.Ozaki在十二届国际通信能量会议的会议文集中的论文#CH2928—0/90/0000/0155，IEEE(New York 1990)PP.155—160中进行了讨论(见图3)，文中给出在℃和50℃之间3mV/℃/cell的充电电压变化。另一种是在0—35°的范围内以2.275V/cell充电。在35°—50℃以2.215V/cell充电。A.I.Harrison在十四届国际通信能量会议的会议文集中的论文#0—7803—0779—8/92，IEEE(New York 1992)，PP28—34中(见图5)给出在0到40℃的温度范围内充电电压从2.36V稳定地下降到2.20V。Bell—core Technical Advisory TA—NWT—001515第1期，1993年12月，建议当电池或电池组温度高于环境温度10±1℃到15±1℃时电压下降为3mV/℃/cell，直到极限2.17V/cell。可将浮动float电压以1.5mV/℃/cell减小。多数警报是当电池温度高于环境温度10±1℃以及电池温度高于环境温度15±1℃时发出的。也可按阶跃函数将电压在电池温度高于环境温度10±1℃时减小到2.21V/cell、在电池温度高于环境温度15±1℃时减小到2.17V/cell。由于测量到的环境温度可能在很大范围内变动，根据环境与电池的温度差控制电压不是控制电池充电特性的精确方法。并且，测量环境温度需要一个或多个额外的传感器并非常依赖传感器的位置，从而降低了可靠性，增加了成本。

电压随温度升高而阶跃及斜线下降在电池温度没有远高于环境温度的正常工作条件下可保护电池和环境。然而，这些受控充电电压的变化没有真正反映电池电流和温度能够连续增加到电池外壳材料熔化及/或产生出爆炸性氢气的程度的热失控情况。如果电池组中有一个或多个电池由于短路或密封不良处于低电压电平而其余电池在实际更高的浮动电压下充电就可能出现这种情况。

根据本发明所述，提供一种充电方法和装置。在浮置充电应用中，室温下调阀(value—regulated)铅酸电池的恒压充电通常在2.25到2.35V/cell电压范围内进行。在需要快速充电的应用中，室温下电压范围通常为2.30到2.55V/cell。本发明将用于这些充电模式中的任一种。体现本发明原理的电池充电系统根据电池温度的不同温度范围控制并调整电池充电整流器的输出电压。在始于低温的较低温度范围(如从0°到25℃的范围直到约53℃)，整流器电压随温度升高而下降以防止电池温度升高时充电电流增大。这个变化是根据使电压变化与电池温度相关的线性斜线进行的。适当的电压变化率可能是3mV/℃/cell。范围在1.5mV/℃/cell到5mV/℃/cell对于高于电池完全充电后开路电压25—50mV的电压范围是可接受的。在这个范围内降低充电电压减小了电池高温工作的老化效率。

在接下来的电池温度范围内(如53℃到75℃)加在电池上的充电电压保持在恒定值以防止电池内铅板的加速腐蚀，这种腐蚀通常在电压接近电池开路电压电平时发生。

在达到第二温度范围(如55到85℃，最好是60到80℃)高端的高阈值温度时，充电电压按阶跃函数下降到低于电池放电阈电压的电平以阻止热失控情况。在这个电平下，电池保持由整流器部分(而不是完全)充电的状态，并产生报警信号以警告维修人员有这种情况出现。

这种分级的放电控制有利于防止电池热失控及严重失效同时仍能使电池提供其所供能的负载可接受的工作电压范围内的电压。

在用来说明的实施例中，充电系统可在电池温度超过设定高温值的情况下保护电池和环境。