本发明涉及蓄电池技术领域，尤其是一种提高铅酸蓄电池寿命的充电方法。
背景技术：
目前市场上电动车的铅酸蓄电池深循环(完全充放电)次数一般在100-350次左右。现有的铅酸蓄电池的充电方式为三阶段充电法，第一阶段是在充电开始采用小电流恒电流充电，第二阶段是恒电压充电，当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段即浮充充电阶段。使用这种方法充电，虽然可以适当补足充电量，但是充电电流小，充电时间长，一般需要十多个小时才能充足，；而且充电效率低，充电电压高，过充电严重，“热失控”蓄电池多，具有严重的安全隐患。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种能有效提高铅酸蓄电池寿命的充电方法。
为了解决上述技术问题，本发明提供的一种提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，其特征在于，充电方法包括恒流充电阶段、恒压充电阶段及浮充阶段。恒流充电阶段包括多段恒流充电步骤，每段恒流充电步骤都有一个电压阈值和一个充电电流值，每段恒流充电步骤的充电电流值依次递减，其中最后一段恒流充电步骤的电压阈值为最终电压阈值，除了最终电压阈值外，其他每个电压阈值均小于铅酸蓄电池的析气电位；恒压充电阶段以最终电压阈值恒压充电，及浮充阶段，在恒流充电阶段和恒压充电阶段循环一次或多次后进行。
可选的，恒流充电阶段包括多段恒流充电步骤，多段为两段、三段、四段、五段、六段、七段、八段、九段、十段中的任意一种。
可选的，铅酸蓄电池具有蓄电池容量m*20，其特征在于，恒流充电阶段包括三段恒流充电步骤，三段恒流充电步骤包括：
第一恒流充电步骤：以第一充电电流值充至第一电压阈值；
第二恒流充电步骤：以第二充电电流值充至第二电压阈值，第二充电电流值小于第一充电电流值；及
第三恒流充电步骤：以第三充电电流值充至最终电压阈值，第三充电电流值小于第二充电电流值；
其中，所述第一充电电流值的范围是m*(18～20)，所述第二充电电流值的范围是m*(13～15)，所述第三充电电流值的范围是小于等于m*(4～6)。
可选的，当铅酸蓄电池具有蓄电池容量是20ah，蓄电池的电压是12v，恒流充电阶段包括三段恒流充电步骤，三段恒流充电步骤包括：
第一恒流充电步骤：以第一充电电流值18a-20a充至第一电压阈值13.5v，充电30min-39min；
第二恒流充电步骤：以第二充电电流值13a-15a充至第二电压阈值14.1v，充电27min-20min；
第三恒流充电步骤：以第三充电电流值4a-6a充至最终电压阈值14.7v，充电0min-10min。
可选的，当铅酸蓄电池具有蓄电池容量是12ah，是20ah的0.6倍，蓄电池的电压是12v，恒流充电阶段包括三段恒流充电步骤，三段恒流充电步骤包括：
第一恒流充电步骤：以第一充电电流值0.6*(18a-20a)充至第一电压阈值13.5v，充电30min-39min；
第二恒流充电步骤：以第二充电电流值0.6*(13a-15a)充至第二电压阈值14.1v，充电27min-20min；
第三恒流充电步骤：以第三充电电流值0.6*(4a-6a)充至最终电压阈值14.7v，充电0min-10min。
可选的，当铅酸蓄电池具有蓄电池容量是200ah，是20ah的10倍，蓄电池的电压是12v，恒流充电阶段包括三段恒流充电步骤，三段恒流充电步骤包括：
第一恒流充电步骤：以第一充电电流值10*(18a-20a)充至第一电压阈值13.5v，充电30min-39min；
第二恒流充电步骤：以第二充电电流值10*(13a-15a)充至第二电压阈值14.1v，充电27min-20min；
第三恒流充电步骤：以第三充电电流值10*(4a-6a)充至最终电压阈值14.7v，充电0min-10min。
可选的，当铅酸蓄电池具有蓄电池容量是12ah，蓄电池组的电压是36v，12v的三倍，恒流充电阶段包括三段恒流充电步骤，三段恒流充电步骤包括：
第一恒流充电步骤：以第一充电电流值18a-20a充至第一电压阈值3*13.5v，充电30min-39min；
第二恒流充电步骤：以第二充电电流值13a-15a充至第二电压阈值3*14.1v，充电27min-20min；
第三恒流充电步骤：以第三充电电流值4a-6a充至最终电压阈值3*14.7v，充电0min-10min。
可选的，所述第一恒流充电步骤的充电时间为t1，所述第二恒流充电步骤的充电时间为t2，所述第三恒流充电步骤的充电时间为t3，第一充电电流值*t1 第二充电电流值*t2≥80％m*20。
可选的，t1 t2≤1h。
可选的，每一段流充电步骤的充电时间和段恒流充电步骤的充电电流值成反比，当该段的充电电流值较大时，其第一恒流充电步骤的充电时间设置为较小值，例如，当第一充电电流值设置为18a-20a中的20a时，充电时间则为30min-39min中的30min。
可选的，铅酸蓄电池有n格，铅酸蓄电池的蓄电池电压为2n，第一电压阈值和第二电压阈值均小于2.4n。
可选的，浮充阶段在恒流充电阶段和恒压充电阶段5次的倍数后进行，可选的，为5次或10次或15次或20次或25次或30次或35次或40次或45次或50次或100次或500次后进行，为避免过充同时又保证了电池能够充足电。
可选的，恒压充电阶段的转步条件是0.3a～5a。
可选的，恒压充电阶段的转步条件是0.5a。
可选的，浮充阶段的限制电流为0.12～2a，浮充阶段的时间不大于3h。
综上，本发明中提供的充电方法可以有效提高电池的循环寿命。
其次，本发明中的各实施例通过将恒流充电阶段多段设置，每段恒流充电步骤的充电电流值依次递减，充分平衡了充电接受能力与充电时间，充电接受能力的关系与析气的关系，即充电接受能力随充电时间的变长而减小，充电接受能力减小导致析气量的增加。每段恒流充电步骤的充电电流值依次递减并且除了最终电压阈值外，其他每个电压阈值均小于铅酸蓄电池的析气电位，从电压和电流的两方面出发，既保证在短时间内的充电量，又防止析气反应的产生。
附图说明
图1是本发明中的对比实施例一提供的充电电压电流曲线；
图2是本发明中的实施例一提供的充电电压电流曲线；
图3是本发明中的实施一和对比实施例一例提供的充电电压曲线；
图4是本发明中的实施例一至实施例三、对比实施例一、对比实施例二的循环测试曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
铅酸蓄电池的单格铅酸电池的标称电压是2.0v；在应用中，经常用6个单格铅酸电池串联起来组成标称是12v的铅酸电池，还有36v、48v、60v的蓄电池组等。本发明的实施例中仅以12v、36v和60v的铅酸蓄电池为例，但是本发明不将铅酸蓄电池限定于此，于其他实施例中，还可以是48v，720v的铅酸蓄电池组，等等。
本发明中的转步条件指的是当满足转步条件时，结束当前进行的该步骤，进入下一步骤。
本发明中所有没有写单位的电压的单位为v，所有没有写单位的电流单位为a，所有没有写单位的时间的单位为h，所有没有写单位的电池容量的单位是ah。但是本发明中将单位统一只是为了方便计算，单位并未限定本发明的范围，例如充电电压的单位采用mv或者充电电流为ma时，可以通过换算将单位换算成v或者a，因此也在本发明的限定范围内。
本发明中的蓄电池容量m*20中的m指的是蓄电池中的容量和20ah的倍数，例如，蓄电池容量是12ah，是20ah的0.6倍，m即为0.6。
本发明中的各实施例中的充电方法用于电动车。
对比实施例一
对比实施一例采用普通的三阶段充电法，在充电开始采用小电流恒电流充电，第二步是恒电压充电，当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段即浮充充电阶段，具体步骤如下：以2.5a-3a充至14.7v-14.8v/只后恒压充电，两段充电保护时间为9-12小时，对比实施例一的充电电压电流曲线如图1所示。
通过上述目前最普遍的充电方法对电动车铅酸蓄电池进行充电，循环寿命只能达到100-350次。
对比实施例二
对比实施二例采用普通的快充方法，在充电开始采用大电流恒电流充电，第二步是恒电压充电，当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段即浮充充电阶段，对比实施例二的充电电压曲线如图3中的1#电压曲线所示，对比实施例二的温度变化如图3中的1#温度曲线所示。
实施例一
实施例一采用的是容量20ah电压12v的电池。
第一恒流充电步骤s11：以20a充至13.5v/只，充电时间为30min；
第二恒流充电步骤s12：以15a充至14.1v/只，充电时间为20min；及
第三恒流充电步骤s13：继续减低充电电流，以6a充至14.7v/只；
恒压充电阶段s2：在第三恒流充电步骤中充电电压达到了14.7v/只后恒压充电，第三恒流充电步骤和恒压充电阶段的充电时间130min，转补条件为0.5a；
浮充阶段s3：限制电流0.2a,13.8v/只浮充3h，在所述恒流充电阶段和所述恒压充电阶段循环10次后进行。
实施例一的充电电压电流曲线如图2所示，实施例一的温度变化如图3中的2#温度曲线所示。
通过上述充电方法对电动车铅酸蓄电池进行充电，充电时间大幅缩短，充电效率大大提高，循环寿命也可达到540次以上。
实施例二至实施例三
实施例二至实施例三采用的是容量20ah电压12v的电池。
实施例二至实施例三和实施例一中的方法步骤完全一致，仅就参数有所不同，不同的参数见表1，在此不再赘述。
实施例一至实施例三及对比实施例一、对比实施例二循环测试曲线图见图4。
实施例四至实施例六
实施例四至实施例六为对应容量12ah电压12v的电池的充电曲线制度，方法步骤和实施例一中的方法步骤完全一致，仅就参数有所不同，不同的参数见表1，在此不再赘述。按照这种方法充电，循环寿命在560次以上；
实施例七至实施例九
实施例七至实施例九为对应容量200ah电压12v的电池的充电曲线制度，方法步骤和实施例一中的方法步骤完全一致，仅就参数有所不同，不同的参数见表1，在此不再赘述。按照这种方法充电，循环寿命在550次以上；
实施例十至实施例十五
实施例十至实施例十五为3只对应容量12a、20ah、200ah电压12v组成36v的电池组和5只对应容量12a、20ah、200ah电压12v组成60v的电池组。方法步骤和实施例一中的方法步骤完全一致，仅就参数有所不同，不同的参数见表1，在此不再赘述。按照这种方法充电，循环寿命均在540次以上。
实施例十六
实施例十六和实施例一中的方法步骤基本一致，以下仅不同之处予以说明：恒流充电阶段设置为四段恒流充电步骤。多出来的恒流充电步骤位于s11和s12之间，此时容易造成热量累计。
实施例十七
实施例十七和实施例一中的方法步骤基本一致，以下仅不同之处予以说明：恒流充电阶段设置为四段恒流充电步骤。多出来的恒流充电步骤位于s12和s13之间，此时电池温度容易出现两个峰，由于热传导的滞后，第一个峰出现在大电流后，第二峰在恒压中段，在这两个峰之间电流没有降到足够小以使电池温度有所下降，导致第二个峰峰值更高温度更高。
实施例十八
实施例十八和实施例一中的方法步骤基本一致，以下仅不同之处予以说明：恒流充电阶段设置为四段恒流充电步骤。多出来的恒流充电步骤位于s13之后，只能比第三段恒流要小，由于总的充电时间有限，容易导致电池充不足电，增加总的充电时间又会造成充电效率下降。
实施例十九
实施例十八和实施例一中的方法步骤基本一致，以下仅不同之处予以说明：恒流充电阶段设置为两段恒流充电步骤。同样容易造成电池温度过高或充不足电，电效率下降的结果。
通过对比各实施例和对比实施例的数据，对比实施例一种的循环寿命只能达到100-350次，而各实施例中的循环寿命均在540次以上，有的实施例的循环寿命甚至超过了560次，可见，本发明中提供的充电方法可以有效提高电池的循环寿命。
再者，本发明中的各实施例的s11和s12步骤的时间总和均小于60min，有的甚至于小于等于50min，达到快充和客户使用要求，可以使电动车蓄电池在一个小时内完成80％的充电量满足快充要求，也适用于快递送餐、物流等方面的电动车蓄电池的使用。其次，本发明中的各实施例中的s11和s12步骤完成了80％以上的充电，充电效率高。
本发明中的各实施例通过将恒流充电阶段多段设置，每段恒流充电步骤的充电电流值依次递减，充分平衡了充电接受能力与充电时间，充电接受能力的关系与析气的关系，即充电接受能力随充电时间的变长而减小，充电接受能力减小导致析气量的增加。每段恒流充电步骤的充电电流值依次递减并且除了最终电压阈值外，其他每个电压阈值均小于铅酸蓄电池的析气电位，从电压和电流的两方面出发，既保证在短时间内的充电量，又防止析气反应的产生。
另一方面，通过图3和表2的数据可以看出，本发明中的实施例和对比实施例二相比较而言，普通的快速充电高于40度，具有严重的热失控风险，热失控后会使失水严重从而导致电解液干涸，温度升高后，充电电流增大，导致电解液密度的增加，从而使负极板硫酸铅晶体颗粒尺寸增大，造成负极板硫酸盐化严重，电池寿命缩短等问题，所以需要控制快充过程的温度。但是非常明显的，本发明中的实施例的温度均控制在35度以内，很好的控制了升温，大大降低了热失控风险，降低了失水率。
另外，随着铅酸蓄电池在充电时，充电电流的增大，铅酸蓄电池会出现析气反应，电流越大，铅酸蓄电池的析气反应越严重。析气是副反应电解作用产生的气体，正极产生的氧气和负极产生的氢气，氧气大部分会发生复合反应，留下氢气，本申请中的析气电位指的是发生大量析气反应时的电位。电解水所需要的理论最小电压为1.23
v，但实际由于过电势的因素，电压上升到2.4v/单格左右以后气体就开始大量析出，也就是说本发明中各实施例的析气电位为2.4v/单格。本发明中的各实施例每个电压阈值(除了最终电压阈值外)均小于铅酸蓄电池的析气电位，所以本申请中的各实施例实现了在铅酸蓄电池发生大量析气反应之前，对铅酸蓄电池进行快速充电的目标。
以实施例一为例，s11充至13.5v/只(2.25v/单格)，s12充至14.1v/只(2.35v/单格)，此时已经充进去了80％以上的电量，实现了前述的铅酸蓄电池发生大量析气反应之前，对铅酸蓄电池进行快速充电。s13最高充电电压14.7v/只(2.45v/单格)左右是受到总极化(电化学极化，浓差极化，欧姆极化)的影响，同时为了保证充足电适当调高了充电电压。不过此时的充电电流已经很小(≤m-14)，根据马斯定律中充电接受能力与时间的关系，后期蓄电池充电的可接受电流下仅有微量的气体出现，不会产生较多气体。
其次，本申请中的各实施例的充入电量/放出电量都在1.0-1.1之间，这样能保证电池处在良好的使用状态，充放比过大过小都不行，过大容易造成电池过充，导致电池热失控鼓胀等，过小容易造成电池极板硫酸盐化，导致电池失效。传统的三段式充电方法的充电电压较高，无温度补偿，容易过充。并且本发明的各个实施例中还每循环十次因电池的逐渐老化内阻增大有一次浮充的补充电，所以不会因过充或欠充问题引起电池早期失效。
表1各实施例的参数表
表2实施例一和对比实施例一在不同循环次数下的失水情况表
虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。
1.一种提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，其特征在于，所述充电方法包括：
恒流充电阶段：包括多段恒流充电步骤，每段恒流充电步骤都有一个电压阈值和一个充电电流值，每段恒流充电步骤的充电电流值依次递减，其中最后一段恒流充电步骤的电压阈值为最终电压阈值，除了最终电压阈值外，每个电压阈值均小于铅酸蓄电池的析气电位；
恒压充电阶段：以所述最终电压阈值恒压充电，及
浮充阶段，在所述恒流充电阶段和所述恒压充电阶段循环一次或多次后进行。
2.如权利要求1所述的提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，所述恒流充电阶段包括多段恒流充电步骤，所述多段为两段、三段、四段、五段、六段、七段、八段、九段、十段中的任意一种。
3.如权利要求2所述的提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，所述铅酸蓄电池具有蓄电池容量m*20，其特征在于，所述恒流充电阶段包括三段恒流充电步骤，所述三段恒流充电步骤包括：
第一恒流充电步骤：以第一充电电流值充至第一电压阈值；
第二恒流充电步骤：以第二充电电流值充至第二电压阈值，所述第二充电电流值小于所述第一充电电流值；及
第三恒流充电步骤：以第三充电电流值充至所述最终电压阈值，所述第三充电电流值小于所述第二充电电流值；
其中，所述第一充电电流值的范围是m*(18～20)，所述第二充电电流值的范围是m*(13～15)，所述第三充电电流值的范围是小于等于m*(4～6)。
4.如权利要求3所述的提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，其特征在于，所述第一恒流充电步骤的充电时间为t1，所述第二恒流充电步骤的充电时间为t2，所述第三恒流充电步骤的充电时间为t3，第一充电电流值*t1 第二充电电流值*t2≥80％m*20。
5.如权利要求4所述的提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，其特征在于，t1 t2≤1h。
6.如权利要求3所述的提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，其特征在于，所述铅酸蓄电池有n格，所述铅酸蓄电池的蓄电池电压为2n，所述第一电压阈值和所述第二电压阈值均小于2.4n。
7.如权利要求1至5中任一所述的提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，其特征在于，所述浮充阶段在所述恒流充电阶段和所述恒压充电阶段5次的整数倍后进行。
8.如权利要求1至5中任一所述的提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，其特征在于，所述恒压充电阶段的转步条件是0.3a～5a。
9.如权利要求8所述的提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，其特征在于，所述恒压充电阶段的转步条件是0.5a。
10.如权利要求1至5中任一所述的所述的提高铅酸蓄电池寿命的充电方法，其特征在于，所述浮充阶段的限制电流为0.12～2a，浮充阶段的时间不大于3h。
技术总结