專利名稱：用于管理可再充電電池組的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于管理可再充電電池組的方法，包括優(yōu)先標準的確定、對根據(jù)優(yōu)先標準選定的電池的充電以及對該電池的電參數(shù)代表的測量。
背景技術(shù)：
許多裝置包括大量的可再充電電池。電池一般同時或者依次地被再充電，以便保持電池永久地帶電(charged)。
美國專利6489743描述了一種用于管理發(fā)電站、尤其是包含與太陽電池板相連接的電池的發(fā)電站的方法。當太陽能源可利用時，調(diào)整器在考慮電池的充電狀態(tài)的條件下控制電池的充電，以便依次將電池充電至最大值。
美國專利5057762和文獻EP-A-314155二者都描述了使用基于電池的充電狀態(tài)的優(yōu)先標準，對可再充電電池組的充電進行管理。優(yōu)先權(quán)賦予最多帶電的電池，以便快速提供完全充電的電池。
此外，即使電池是完全充電的，電池的容量也隨時間而減少，而在許多應(yīng)用中、尤其是在電信領(lǐng)域中，當電池容量低于其標稱容量的80％時，就認為該電池是有缺陷的而加以替換。
美國專利6255801描述了一種裝置，籍此，使用代表電池部分放電期間的coup de fouet效應(yīng)(突發(fā)電壓損失效應(yīng))的電參數(shù)、峰值電壓和臺階電壓(plateau voltage)，就可以確定電池的容量和/或使用年限。因此，能夠在沒有將電池完全放電的條件下判斷是否要替換電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提供一種沒有已知系統(tǒng)缺點的用于管理電池組的方法，更具體地，一種能最佳使用電池組的管理方法。
根據(jù)本發(fā)明，該目的是由所附權(quán)利要求實現(xiàn)的，更具體地，是由下列事實實現(xiàn)的，即用于管理的方法包括根據(jù)在使選定的電池完全充電之后測出上述電參數(shù)，對選定電池完好狀態(tài)(the state of health)進行分析，根據(jù)上述電池完好狀態(tài)對優(yōu)先標準進行更新，以及根據(jù)更新過的優(yōu)先標準對下一電池進行選擇。


根據(jù)下文結(jié)合附圖給出的僅僅作為非限制性示例的具體實施方式
的描述，本發(fā)明的其它的優(yōu)點和特點將更為明了，圖中圖1以流程圖形式說明根據(jù)本發(fā)明用于管理的方法的具體實施方式
；圖2表示根據(jù)本發(fā)明用于管理的方法的另一具體實施方式
；圖3表示完全充電的電池端子處的電壓在部分放電期間隨時間的變化，突出了coup de fouet效應(yīng)；圖4分別說明在完全充電后(實線)和不完全充電后(虛線)電池端子處電壓的變化；圖5示意性表示分析電池完好狀態(tài)的兩種途徑；圖6說明鉛酸可再充電電池的峰值電壓和臺階電壓的演變；圖7和圖8說明在部分放電期間，第一電池和第二電池端子處的電壓U分別隨時間的變化；圖9和圖10分別說明在快速充電(boost charging)的情況下電壓U的變化，以及在脈沖電流充電的情況下電壓U和電流I的變化。
具體實施例方式
借助于任何適當?shù)氖侄?，以及更具體地利用在其中對用于管理的方法的不同步驟進行編程的微處理器，可以在監(jiān)控裝置中實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的用于管理的方法。
如圖1的流程圖中所示，根據(jù)本發(fā)明的用于管理的方法包括步驟F1，其中，根據(jù)預先確定的優(yōu)先標準，選擇要充電的電池。最初，當電池組中的全部電池都是新的時，按照預先固定并存儲在監(jiān)控裝置中的任意次序，一個接著一個地依次對電池進行充電。按照這種方式，在對首先被充電的電池再次充電之前，將所有的電池一個接著一個進行充電。
選定了要充電的電池之后，在步驟F2對此電池進行充電。與各電池相關(guān)且具體依賴于所使用電池類型的充電參數(shù)可以預先存儲在監(jiān)控裝置中，并且在選定電池的充電期間自動加以考慮。
當使選定電池完全充電時，在步驟F3測量代表電池的電參數(shù)，更具體地測量代表其完好狀態(tài)的電參數(shù)。然后，在步驟F4分析這些參數(shù)，以確定電池的完好狀態(tài)。然后，如果需要的話，在步驟F5根據(jù)對選定電池完好狀態(tài)的這種分析更新優(yōu)先標準。根據(jù)這些更新過的優(yōu)先標準，電池的完好狀態(tài)越差，也就是代表了退化，越頻繁地對此電池進行充電。所以，與較少退化的電池相比，處于不良狀態(tài)的電池被更頻繁地再充電，而較少退化的電池自身又比嶄新的電池更頻繁地再充電。在步驟F5之后，根據(jù)更新過的優(yōu)先標準選擇另一個電池。與前面一樣，這個新選定的電池在分析其完好狀態(tài)之前先進行充電，而且，如果需要的話，再次更新優(yōu)先標準。
在各電池完全再充電之后分析其完好狀態(tài)，使得易于影響電池的不同類型的退化都能予以考慮，退化特別是與諸如硫酸化、分層、腐蝕、活性材料的減少......等現(xiàn)象關(guān)聯(lián)。不僅可以考慮到不可逆退化，而且還可以考慮到可逆退化，例如，與電化學或者鉛酸電池的脫硫關(guān)聯(lián)的電池完好狀態(tài)的改善。
用來分析電池完好狀態(tài)的電參數(shù)，尤其可以由電池的阻抗構(gòu)成，即在預定頻率下電池的電導或者電阻。
在圖2和圖3說明的優(yōu)選實施方式中，充過電的電池在以恒定電流部分放電期間電池端子處的電壓的測量值，被用來分析電池的完好狀態(tài)。分析尤其使用只在完全充電的電池部分放電開始處出現(xiàn)的coup de fouet效應(yīng)。于是，使用的電參數(shù)是分別在部分放電的第一階段和第二階段期間，由選定電池端子處的電壓達到的峰值電壓Upeak、臺階電壓Upl，或者峰值電壓與臺階電壓之間的差ΔU。
在圖2的具體實施方式
中，在緊隨步驟F1之后的步驟F6中，初始將量N設(shè)定為零。然后，在步驟F7，接著在步驟F8，分別讀取選定電池的類型和對應(yīng)的充電和放電標準，其預先存儲在監(jiān)控裝置中。然后，考慮先前讀取的充電標準，在步驟F2執(zhí)行選定電池的充電。對代表電池的且設(shè)計成在步驟F4中使用的電參數(shù)的測量，包括步驟F9中選定電池端子處的電壓U的測量，在該步驟期間，以恒定電流使電池經(jīng)歷部分放電。然后，在步驟F10期間分析測出的電壓值，以確定coup de fouet效應(yīng)是否事實上發(fā)生。
如圖3和圖4所示(實線)，按照已知的方式，coup de fouet效應(yīng)的特征在于在第二階段期間電壓再次增大到平穩(wěn)狀態(tài)之前，在完全充電電池的部分放電的第一階段中，電池端子處的電壓U急劇下跌。在步驟F10期間，這樣確定峰值電壓Upeak和臺階電壓Upl峰值電壓Upeak與在部分放電期間的電壓U的最小值相對應(yīng)，而臺階電壓Upl與電壓U在其后再次升高之后達到的最大值相對應(yīng)。
Coup de fouet效應(yīng)一發(fā)生，也就是在t1時刻(圖4的實線曲線)，此刻在電壓增大之后電壓再次減小，就可以中斷放電以及隨之的電壓測量。一般而言，當電池完全充電時，此現(xiàn)象非常快地發(fā)生，這使得放電時間能減少到最小值。此時間可以限制到例如幾分鐘。此外，如果電池在步驟F2沒有被完全充電(圖4的虛線曲線)，在預置的持續(xù)時間之后在t2時刻自動中斷放電，以免給用戶帶來不利。
如果coup de fouet效應(yīng)得到確定(F10的“是”輸出)，在步驟F4執(zhí)行電池的完好狀態(tài)分析，考慮峰值電壓Upeak和/或臺階電壓Upl和/或這兩個值之間的差ΔU(ΔU＝Upl-Upeak)的值。
如果在t2時刻沒有coup de fouet效應(yīng)，對應(yīng)于電池的不完全充電(F10的“否”輸出)，在返回到步驟F8以完成電池的充電之前，在步驟F11中可以修改充電標準。在圖2例示的具體實施方式
中，然后在跟隨步驟F11之后的步驟F12中，使量N加一(N＝N+1)，然后，在步驟F13中將量N的新值與預置門限n進行比較。如果量N低于門限n(F13中的“是”輸出)，監(jiān)控裝置循環(huán)回到步驟F8，以完成電池的充電。否則(F13中的“否”輸出)，即如果在n次嘗試之后仍然不能使電池完全充電，就認為該電池是有缺陷的，并且通知用戶，在步驟F14替換該電池(“更換電池”)。
分析電池完好狀態(tài)的步驟F4后緊隨的是步驟F15，與圖1的步驟F5一樣，根據(jù)電池的完好狀態(tài)，如果需要，步驟F15包括優(yōu)先標準的更新。同時，根據(jù)電池的完好狀態(tài)，也可以更新充電和放電標準。然后，在步驟F16，將更新的充電和放電標準與預置的界限進行比較，該界限與所使用的電池類型以及使用此電池的應(yīng)用相關(guān)。如果更新的充電和放電標準保持在這些界限內(nèi)(F16的“是”輸出)，監(jiān)控裝置循環(huán)返回到步驟F1，并且根據(jù)更新過的優(yōu)先標準選擇另一個電池。與以前一樣，在分析此新選擇電池的完好狀態(tài)之前對其進行充電，并且，如果需要的話，再更新優(yōu)先標準。
如果充電和放電標準在界限之外(F16的“否”輸出)，則認定電池是有缺陷的，并且監(jiān)控裝置進行到步驟F14，在循環(huán)回到步驟F1之前，通知用戶該電池應(yīng)當替換。
通過在步驟F3或者F9期間電池完全充電后測出的電參數(shù)(阻抗、電導、電阻、Upeak、Upl、或者ΔU)的值與預置門限的比較，或者分析這些參數(shù)的演變，可以完成對電池完好狀態(tài)的分析(步驟F4)。
例如，如圖5的實線曲線所示，在用于分析電池完好狀態(tài)的第一方法中，將峰值電壓Upeak與門限Us比較。當在t4時刻峰值電壓下跌到門限Us以下時，檢測到電池完好狀態(tài)的退化，強制執(zhí)行優(yōu)先標準和可能的充電及放電標準的更新。
根據(jù)用圖5的虛線曲線表示的用于分析的另一種方法，分析峰值電壓Upeak相對時間的演變。在t3時刻，雖然峰值電壓的值高于門限Us，但是斜率中出現(xiàn)的突變被確認是代表了電池完好狀態(tài)退化，要求更新優(yōu)先標準和可能的充電及放電標準。
例如，圖6說明在4個月的使用期間第一鉛酸可再充電電池的峰值電壓Upeak和臺階電壓Upl相對時間的演變，變化分別用虛線和實線代表。該電池由電解液開口電化學單元電池構(gòu)成，具有25Ah的初始容量。其在放電1.75V和充電2.3V的電壓門限的情況下使用，以2.5A的充電和放電電流，充電或者放電10小時。
圖7說明在該第一電池工作4.2個月之后，也就是在工作的第128天，在步驟F9中測量和在步驟F10(圖2)觀察的coup de fouet效應(yīng)。然后，得到峰值電壓Upeak與先前測量并記錄的在圖6中示出的峰值電壓曲線的比較，表明在峰值電壓的演變中沒有突變。此外，測出的峰值電壓保持高于門限Us，其為每單元電池(cell)例如1.9V(也就是，對包含6個單元電池的電池而言為11.46V)。所以，在步驟F15不更新優(yōu)先標準和充電及放電標準。
在5個月的工作之后，在步驟F9中第二電池端子處電壓U的測量值，在圖8中示出。涉及的電池是鉛酸電化學單元電池，帶有25Ah的初始容量。其在放電1.75V和充電2.4V的電壓門限的情況下使用，以2.3A的充電及放電電流，充電或者放電10小時。沒有任何coup de fouet效應(yīng)的出現(xiàn)(F10的“否”輸出)，導致充電和放電標準的修改(步驟F11)。例如，隨后增加充電電壓門限并固定在2.45V，并且將充電修改為快速充電模式，以完成此電池的完全充電(循環(huán)回到步驟F8)。
在一般方式中，考慮到電池的類型以及其中使用此電池的應(yīng)用的類型，所有類型的充電或者放電都能使用。按照已知的方式，在充電或者放電期間，監(jiān)控和/或測量電池端子處的電壓和/或充電及放電的電流。充電及放電標準，可以由電壓和電流時間曲線、由充電及放電電流值、由充電及放電電壓門限、或者由在充電結(jié)束所要施加的快速充電系數(shù)構(gòu)成。也可以使用不同類型的充電，可能伴隨充電過程的修改。例如，圖9例示在快速充電情況下的電壓U的變化，隨著充電到門限電壓(例如可以是每單元電池2.45V)，緊接其后以恒定電壓充電(例如，2.45V每單元電池)。在高頻脈沖電流充電情況下的電流I和電壓U的變化，分別用實線和虛線例示在圖10中。
使用在包含電池組的裝置中可利用的電流，可以執(zhí)行選定電池的充電(步驟F2)。此電力尤其可以是在光電裝置中的太陽能，或者由混合動力裝置中的柴油發(fā)電機供應(yīng)的電力。在電池組不能利用外部能量的情況下、特別是充電是夜晚在光電裝置中進行，則可以從組的其它電池對選定的電池再充電。就電池之間的電力損耗可以忽略不計或者非常小的情況而言，該后一種方法是有益的。尤其在鉛酸電池的情況下，選定電池借助于其它電池的再充電，由于排氣現(xiàn)象(degassing phenomenon)只會在充電的末端帶來較小的電力損耗。
此外，在執(zhí)行部分放電以測量電池的完好狀態(tài)期間，由被測試電池提供的電力，可以直接分配到?jīng)]有完全充電的其它電池，以免由這種管理系統(tǒng)給用戶造成不利。
在以上描述中所使用的電池包括蓄電池和電化學電池。
在現(xiàn)有技術(shù)中，優(yōu)先標準是基于電池充電的狀態(tài)而不考慮其完好狀態(tài)，但是，根據(jù)本發(fā)明考慮了電池的完好狀態(tài)。這些特征不相似。完全充電的電池可以確實處于良好完好，也可能處于不良完好。同樣的結(jié)論適用于完全放電的電池。在現(xiàn)有技術(shù)中，作為優(yōu)先電池充電的電池是最多帶電的電池，以便快速提供完全充電的電池，而利用本發(fā)明，能優(yōu)先對最大退化的電池充電，從而更經(jīng)常地對處于不良狀態(tài)的電池再充電。
因此，根據(jù)本發(fā)明的管理方法，使得能通過考慮電池的完好狀態(tài)及其隨時間的演變來執(zhí)行電池組或者電化學電池組的智能管理?？梢赃B續(xù)地監(jiān)控組的完好狀態(tài)，而且電池組的管理可以是連續(xù)的或者按期的，尤其在關(guān)心電池組修復的情況下。
權(quán)利要求
1.一種用于管理可再充電電池組的方法，包括確定優(yōu)先標準，根據(jù)所述優(yōu)先標準對選定的電池(F1)進行充電(F2)，以及測量代表所述電池的電參數(shù)(F3)，所述方法的特征在于其包括，根據(jù)在所選定電池完全充電之后測出的所述電參數(shù)分析所選定電池的完好狀態(tài)(F4)，根據(jù)所述電池完好狀態(tài)更新所述優(yōu)先標準(F5)，以及根據(jù)所述更新過的優(yōu)先標準選擇下一電池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對所選定電池完好狀態(tài)的分析包括，將在所述電池充電之后測出的該電池的電參數(shù)與預置門限進行比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對所選定電池完好狀態(tài)的分析包括，通過在所述電池充電之后在預置周期期間進行測量，檢測在所選定電池的電參數(shù)演變中的突變。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其特征在于對所選定電池的電參數(shù)的測量包括對所述電池的阻抗的測量。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其特征在于對所選定電池的電參數(shù)的測量包括對所述電池的電導的測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其特征在于對所選定電池的電參數(shù)的測量包括對所述電池的電阻的測量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的方法，其特征在于對所選定電池的電參數(shù)的測量包括，在以恒定電流(I)部分放電期間對所述電池端子處的電壓(U)的測量(F9)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于對所述電參數(shù)的測量包括在所述部分放電期間對代表coup de fouet效應(yīng)的參數(shù)的測量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述對代表coup de fouet效應(yīng)的參數(shù)的測量包括，確定在所述部分放電期間的峰值電壓(Upeak)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述對代表coup de fouet效應(yīng)的參數(shù)的測量包括，確定在所述部分放電期間的臺階電壓(Upl)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述對代表coup de fouet效應(yīng)的參數(shù)的測量包括，確定在所述部分放電的第一階段和第二階段期間分別由所選定電池的電壓達到的峰值電壓(Upeak)和臺階電壓(Upl)的值之間的差(ΔU)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中任意一項所述的方法，其特征在于所述方法包括，在所述部分放電期間不出現(xiàn)coup de fouet效應(yīng)時修改所選定電池的充電標準(F11)。
全文摘要
可再充電的電池組的本發(fā)明的管理方法是按照智能電池組的形式實現(xiàn)的，其考慮了電池組中全部電池的完好狀態(tài)及其隨時間的演變。本發(fā)明的方法包括確定優(yōu)先標準，以及對根據(jù)優(yōu)先標準所選定的電池(F1)進行充電(F2)。在對所選定電池充電之后，測量該電池的代表性的電參數(shù)(F3)，并且根據(jù)測出的電參數(shù)分析選定電池的完好狀態(tài)(F4)。然后，根據(jù)該電池的完好狀態(tài)更新優(yōu)先標準(F5)。根據(jù)更新過的優(yōu)先標準，執(zhí)行要被充電的下一電池的選擇。用于分析完好狀態(tài)的測出的參數(shù)，優(yōu)選為代表完全充電的電池在部分放電期間的突發(fā)電壓損失(sudden voltage loss)效應(yīng)。
文檔編號G01R31/36GK1969193SQ200580019481
公開日2007年5月23日 申請日期2005年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月14日
發(fā)明者繆里爾·李高爾, 丹尼爾·本徹特里特, 奧利維爾·巴赫 申請人:原子能委員會