专利名称：串联连接的电池单元和蓄电池的均衡技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及确定在由串联连接的电池单元构成的一个蓄电池中每个电池单元的充电状态，和独立地调节每个电池单元的充电过程，以使每个电池单元都能完全充电并且没有一个电池单元过多充电或充电不足，对于蓄电池组中的各个蓄电池来说，情况类似。
单个的蓄电池的电池单元具有相当低的电压，一般在1-4.2伏的范围。这样低的电压十分适合于某些目的，如小的手电筒、手表、手持计算器、和个人无线电设备。但是，单个电池单元对于有较高电压和/或电流要求的应用来说是不够的，例如叉车、高尔夫车、电起动的车辆、电动车、和不间断电源(UPS)系统。例如，汽车一般需要6或12伏、某些柴油作动力的卡车需要24伏、UPS系统需要120或240伏、某些其它的系统需要甚至于更高的电压。串联连接的蓄电池的电池单元可实现这些较高的电压。
所有的电池单元并非完全相同，所有的蓄电池也并非完全相同。相反，所用材料的具体纯度、制作时的温度、和电池单元中极板的位置都使每个电池单元成为独一无二的。进而，即使电池单元是由同一批材料、在同一时间、以相同的容差构成，使它们尽可能地接近一致，在这些变化量中的细微差别随着时间的推移也将使这些电池单元变得不太一样。结果，在某个时间点，不同的电池单元有不同的充电状态，使一个或多个电池单元可能完全充电，但另一些电池单元可能极少充电或根本不充电。当一个电池单元最终达到要放电的位置但另一些电池单元至少还在部分充电时，进一步使用这个串联连接的电池单元将使已放电的电池单元经受反极性的电压，这将使这个电池单元进一步变坏、过热、漏气、甚至于爆炸。
在一个紧凑的有效的体积内的蓄电池组的结构要求各个电池单元不可能相互完全隔离。相反，这些电池单元相互紧靠在一起。当包括的电池单元超过两个时，这通常产生如下情况某些电池单元在蓄电池的外部，某些电池单元在蓄电池的内部。在蓄电池外部的电池单元能够通过传导到一个冷却结构(如果有的话)或通过对流(强迫地或自然地)来散热。但在蓄电池内部的电池单元是完全隔离的，得不到冷却。内部的电池单元只通过电池单元的上和下表面散掉一些热，但这些表面的表面积相当小，因此具有有限的散热能力。内部的电池单元还有侧面，它们的表面面积较大，但它们和其它的电池单元接触。因此，为使内部的电池单元能经外部电池单元散热，内部的电池单元必须处在比外部电池单元高的温度。因此，在发热操作例如充电期间，内部的电池单元处在比外部电池单元高的温度。因此，使用电池单元的特定环境将使一个电池单元和另外一个先前曾经相似的电池单元越来越不一样。
类似地，可以根据需要串联和/或并联连接蓄电池，以获得期望的输出电压和储能能力。类似地，在蓄电池组的紧凑有效体积内的一组蓄电池组件，例如蓄电池电源或不间断电源，都决定了这些蓄电池不可能完全相互孤立无关。况且，各个蓄电池的位置靠的很近或者彼此紧挨着，某些蓄电池在蓄电池组的内部，某些蓄电池在蓄电池组的外部。和电池单元的情况类似，靠近蓄电池组内部的蓄电池的散热能力比靠近蓄电池组外部的蓄电池的散热能力低。因此，为了使内部的蓄电池可以经过外部蓄电池散热，内部蓄电池的温度必须高于外部蓄电池的温度。于是，在发热操作期间，例如在充电期间，内部的蓄电池处在比外部的蓄电池更高的温度。然而，在蓄电池组外部的蓄电池，和在蓄电池组内部的蓄电池相比，可能会遭到更大的和更迅速的温度变化极端，因此要和周围环境隔热。类似地，相似的蓄电池经受不同的环境。例如，一个12伏的蓄电池的生产日期可能比另一个12伏的蓄电池早一年，已经经受了或多或少的充电/放电循环、或深或浅的放电循环、或高或低的温度变化区段。
因此，偶尔产生如下的情况在蓄电池组中各个蓄电池的温度、内部阻抗、和放电状态均不相同，并且在蓄电池经老化、温度循环、和充电/放电循环后这种情况会更加严重。因此，在某个时间点，一个蓄电池达到了0电荷状态，而另一些蓄电池还有相当多的电荷。蓄电池组进一步放电，将使具有0电荷的蓄电池经受反极性电压，对于蓄电池的这种结果和以上所述的单个电池单元反向充电的结果是相同的。
在总电荷的90％处，一个电池单元就不太容易再接受高的充电速率。因此，如果设定一个充电电流，以使最弱的电池单元可以迅速充电，那么这个充电电流对于充电更多的电池单元来说是太大了，并且对于这个充电较多的电池单元可能产生损伤。然而，如果降低充电电流以防止充电较多的电池单元损伤，那么充电过程将持续一个长得多的时间。例如，如果蓄电池组中的每个蓄电池都有一个完全充电的额定值12伏和200安培-小时，除了一个蓄电池外的所有的蓄电池都完全充电，并且这个蓄电池的充电状态为完全充电的90％，则必须给这个蓄电池加上20安培-小时的充电电流，才能使它完全充电。为了实现这个目标，则必须进行20安培的充电一个小时，或进行40安培的充电30分钟，或进行160安培充电7.5分钟，等。然而，已经完全充电的蓄电池不可能接受160安培的充电电流，或者甚至于不可能接受40安培的充电电流，否则将产生过热、漏气、或损坏。因此，为避免在均衡期间对完全充电的蓄电池的损伤，必须把充电电流限制在20安培或更小，并且把充电期间延长到一个小时或更长，从而才能给充电较少的蓄电池增加足够多的电荷，使它和其它的蓄电池具有相同的完全充电水平。
结果，每个电池单元都变成了一个唯一的元件，具有它自已的输出电压、储能能力、内阻、泄漏速率、和最大充电速率和条件。因此，一个蓄电池中的电池单元和一个蓄电池组中的蓄电池的工作方式不同于其它的电池单元或蓄电池，并且这些差别随着蓄电池的老化和使用还要发生变化。因此，每个电池单元以及每个蓄电池都有它自已的唯一的充电和放电的参数。
于是，各个电池单元之间的差异，和各个蓄电池之间的差异，以及它们的散热能力的差异，都很容易产生华氏20度(摄氏11度)的温度差。
电动车、医院设备、飞机、轮船、发电站、飞机场指挥塔和雷达设备、中心电话局和中继站、电台、电视台、和其它的一些系统，需要的是蓄电池组，或者用作主电源，或者用作备用电源，如用在UPS中。在某些情况下，蓄电池组可能包括串并联连接的12个蓄电池。
锂蓄电池对于过充电是特别敏感的。如果一个锂蓄电池严重地或反复地充电不足或过充电，那么它的寿命将极大地缩短。如果锂蓄电池过充电，那么不可逆转的电解质的分解将发生，涉及到氧气和热量的放出。类似地，如果锂蓄电池过放电，例如可能是由于使用前充电不足引起的，则镍或钴(取决于蓄电池的结构)要淀积到碳电极。这是一种减小蓄电池寿命的不可逆转的化学反应。例如，能够达到1000次充放电循环的锂蓄电池的充放电循环寿命可能减小到10个充放电循环这么小。锂蓄电池现在是比较昂贵的，甚至于比银锌蓄电池还贵。因此，充电不足或过充电就可能是一种昂贵的消费。因此，必须小心在意，对于锂蓄电池，既不要过充电又不要充电不足，从而使就可避免这种寿命循环的缩短，减少和锂蓄电池有关的系统的维护费用。
在任何蓄电池中，以及在任何蓄电池组中，一个或多个电池单元充电不足或过充电的可能性和串联连接的电池单元数目有关。串联连接的电池单元的数目越大，一个或多个电池单元充电不足或过充电的可能性就越大。某些公司试图通过配套蓄电池中的电池单元或蓄电池组中的蓄电池来解决这个问题。这种配套一般是通过测量每个完全充电的蓄电池的开路电压、或通过测量每个完全充电的蓄电池组的内阻进行的。然而，这种作法是费钱费时的。进而，这种作法不能补偿由于老化或环境带来的所述的差异。
通过串并联配置可化解充电不足或过充电的问题。电池单元或蓄电池的一个系列可能比另一系列有较高的电压。然后，较高电压的系列向较低电压的系列提供电流。这样就减小了较高电压系列上的电荷，并且增加了较低电压系列中的电荷。这可能引起较高电压的电池单元的过放电或反向充电，和较低电压系列中的电池单元的过充电。除了损坏了一些电池单元外，这一方法还产生了具有较小容量的总体配置。
一个电池单元过充电将引起过热、电解质损失、和漏气。此外，在充电过程的最后阶段，电池单元接近充满电，不可能再接受电池单元刚充电时可能接受的那样大的充电电流。于是，电池单元通过过热、电解质损失、漏气甚至于在电池单元还未完全充电时就已损坏。不论在哪种情况下，在条件未作改进的情况下继续这个充电过程，电池单元就要变为严重损坏。在一个密封电池单元中产生过多的气体，还将通过使隔离件干燥缩短电池单元寿命。在铅酸电池单元中，过充电通过电解质损失缩短电池单元寿命，并且还将产生产生臭氧，臭氧腐蚀电池单元并且将引起电池单元的化学性质的其它变化。
和较低温度下的电池单元相比，在较高温度下的电池单元可能接收较大的充电电流，并且可提供较大的负载(放电)电流。因此，当电池单元串联连接但不在同一温度时，一个电池单元在它的指定温度下以最佳的速率充电，而其他电池单元可能充电不足或过充电，因而引起电池单元损坏和/或电池单元的容量减小。
还有，各蓄电池的内阻是不同的。内阻取决于蓄电池的充电状态、蓄电池的温度、存在的电解质的数量、电解质中的水含量、和电极的状态(变差)。一个好的电池单元在完全充电时有较小的阻抗，在完全放电时有较高的阻抗。充电电压超过蓄电池电压越多，被迫进入蓄电池的电流越多。如果被迫进入蓄电池中的电流的数量超过了充电蓄电池可能使用的电流的话，则过多的电流将使蓄电池中的水电解、漏气、和蓄电池变热。因此，当充电电流加到一个蓄电池组上时，充电较多的蓄电池产生的热量大于充电较少的蓄电池产生的热量。通过连续地向蓄电池组充电，即使某些蓄电池已经完全充电也要这样作，就可以使不同的蓄电池之间的充电状态略微得到一点均衡。然而，这些充电较多的蓄电池可能发生漏气和变热。此外，如果使用大电流脉冲充电技术，那么，向一个完全充电的蓄电池施加一个大的充电电流脉冲则使蓄电池损坏或突然失效。
因此，为使蓄电池或蓄电池组的寿命最长和容量最大，就必须准确地确定在一个蓄电池中的各个电池单元的充电状态，然后对各个电池单元上的电荷进行均衡。所谓的均衡是使所有的电池单元或蓄电池都具有相同的充电状态的过程。均衡是非常重要的，因为均衡可防止反极性的电压加到蓄电池上。
在以下的美国专利中表示出测量充电状态或均衡充电的过程的某些实例3979658、3980940、4238721、4242627、4562398、4331911、5498490、4502000、5528122、5504415、5594320、5592067。
本发明提供一种用于准确确定一个蓄电池中的各个电池单元的充电状态因而可均衡该蓄电池中的几个电池单元上的电荷的方法和设备。
本发明施加一个充电脉冲，等待一个第一休止期，在第一休止期测量电池单元的开路电压，施加一个去极化脉冲，然后等待一个第二休止期，在第二休止期再次测量电池单元的开路电压。比较电池单元在第一和第二休止期的开路电压，产生一个电压差。然后再比较这个电压差和一个阈电压。如果该电压差大于阈电压，则电池单元的充电太快，或者正在过充电，所以要调节充电速率。充电速率是通过改变一个或多个充电循环的参数的，例如改变充电脉冲的电流幅度、充电脉冲的持续时间、连续的充电脉冲数目、去极化脉冲的电流幅度、去极化脉冲的持续时间、连续的去极化脉冲数目、休止期的持续时间、或者这些参数的一种组合。
本发明确定每个电池单元的充电状态。对于充电速率的调节是基于各个电池单元进行的，即满足每一个电池单元的要求。对于充电速率的调节还可以基于“最差情况“或“最好情况“的电池单元进行，已经根据电池单元的这个充电速率选择了用于调节的充电循环的参数。对于充电循环的参数的调节还可以针对所有的电池单元进行，与此同时再对特定的电池单元进行进一步地调节。
在结合以下的附图和权利要求书阅读了本发明的优选实施例的以下描述后，本发明的其它的目的、特征、和优点都将变得清楚明白。
图1是本发明的优选实施例的方块图。
图2是说明确定电池单元充电状态的方法的波形图。
图3A和3B是说明确定蓄电池的充电状态并且借此调节充电过程的方法的流程图。
图1是本发明的优选实施例的方块图。本发明的优选实施例10包括与相应的电池单元C1-CN相连的多个模块12A-12N，模块12控制每个电池单元的充电和去极化，并且提供有关每个电池单元的充电状态的信息，多个温度检测装置13A-13与相应的电池单元相关联，检测装置13提供有关每个电池单元的温度信息，控制器14使用该信息确定每个电池单元的充电状态并且确定特定电池单元的适当的充电电流，选择控制键盘15允许操作人员输入有关电池单元的信息，显示器16指示电池单元C1-CN的充电状态和任选的操作人员所作的选择。
首先考虑蓄电池B，它包括多个串联连接的电池单元C1-CN。每个电池单元C都有一个相关的温度测量装置13和一个均衡模块12。均衡模块12和电池单元类似也是串联连接的。每个均衡模块12与和它相关的电池单元C并联。电池单元C1的正端经连线C1P和节点29连到模块12A的正端、充电电路30、和主去极化装置32。
模块12A的负端连到模块12B的正端，并且还经过连线C2P连到电池单元C1的负端，并且还连到电池单元C2的正端。类似地，可以串联地增加其它的电池单元和模块，从而一直到倒数第二个模块连到模块12N的正端，并且经连线CNP连到倒数第二个电池单元的负端，并且连到电池单元CN的正端。最后，电池单元CN的负端经连线CNN连到模块12N的负端和一个电流检测电阻器34的一端。电阻器34的另一端连到电路的地端或在节点28返回。
控制器14是以微处理器为基础，并且包括微处理器、只读存储器、随机存取存储器、和输入/输出外围设备。基于微处理器的控制器(如控制器14)的设计和结构一般来说是众所周知的。
模块12A-12N的输出线T1A-TNA和T1B-TNB把温度检测装置13连到控制器14，所以可以测量每个单个的电池单元C的温度。模块12A-12N还有电池单元电压输出线V1A-VNA和V1B-VNB，允许控制器14确定每个电池单元C的两端的电压；并且还有电流输出端C1N-CNA和C1B-CNB，允许控制器14确定在每个电池单元C周围分流的充电电流部分，或者确定从每个电池单元C抽吸的附加的去极化电流。控制线K1A-KNA和K1B-KNB允许控制器14控制在每个电池单元C周围分流的充电电流部分，或者控制从每个电池单元C抽吸的附加的去极化电流。
充电电路30可以是能够提供充电脉冲的任何一个充电电路，所说的充电脉冲可以有可调节的幅度，或者有可调节的持续时间，并且最好两者都有。在美国专利第5307000中描述了这样一个充电电路的例子。主去极化装置32可以是能够提供去极化脉冲的任何一个电流变换电路，所说的去极化脉冲可以有可调节的幅度，或者有可调节的持续时间，并且最好两者都有。这样一个去极化电路的例子是一个晶体管和一个D/A转换器，如在模块12所示的那样，但这样一个电路被认为是能够承受由蓄电池B提供的较高的电压的。控制线E允许控制器14控制充电装置30和主去极化装置32。
温度检测装置13A-13N可以是热敏电阻器、红外传感器等，将其分别固定到或按其它方式热连接到电池单元C1-CN，从而可提供相关电池单元的温度指示。电池单元温度的变化是缓慢的，因此允许在选定的间隔例如每隔几秒对电池单元的温度进行采样。为降低成本和所需的元件数目，把输出端T1A-TNA连接到电池单元温度多路转换器20的输入端。多路转换器20的输出端连到模拟-数字(A/D)转换器21的一个输入端(A)。温度检测装置13A-13N的T1B-TNB输出端全都连接在一起，并且连接到A/D转换器21的其他输入端(B)。A/D转换器21的输出端连接到控制器14的温度T输入端。控制器14对于在任一时间点经多路转换器的控制(MC)输出端正在监视哪一个电池单元的温度进行控制，并且还要对于经模拟/数字转换器(ADC)的控制输出端的转换过程进行控制。
类似地，通过电池单元电压多路转换器22向A/D转换器23的A和B输入端提供电池单元电压输出V1A-VNA和V1B-VNB，A/D转换器23的输出响应于它在A和B输入端的电压差并且连接到控制器14的电压V输入端。此外，通过电池单元电流多路转换器24向A/D转换器25的A和B输入端提供电流输出C1A-CNA和C1B-CNB和总电流输出CTA和CTB，A/D转换器25的输出响应于它在A和B输入端的电压差并且连接到控制器14的电流输入端MI。应该说明，电阻器34与电池单元C串联，因此在电阻器34两端产生的电压表示正在向电池单元C提供的主充电电流IPC和正在从电池单元C抽吸的主去极化电流IPD。
应该说明，正在向电池单元C提供的主充电电流IPC仅代表能够向一个电池单元C提供的最大充电电流，不是实际电流，这是因为模块12中的晶体管43可能导通到某种程度，并且可能分流与其相关的电池单元C周围的某些主充电电流。还应该说明，主去极化电流IPD不取决于单个电池单元的去极化电流，因为主去极化装置32可能截止，所以即使在一个或多个模块12中的晶体管43导通到某种程度也没有电流流过电阻器34。
如果控制器14足够快，那么控制器14就能够确定在两个充电脉冲之间的每个电池单元C的充电状态。但如果不是这种情况，那么就要在一个充电脉冲之后确定一个电池单元的信息，在下一个充电脉冲之后采样另一个电池单元的信息，如此等等，从而每隔几个脉冲采样一个指定的电池单元C的信息。电池单元的特性是快速响应，并且将按照脉冲不断变化，但电池单元C的任何损坏却以一个较慢的速率发生。可以在模块12和电流多路转换器24的输入端之间使用采样和保持电路(未示出)，从而使控制器14可获得在任何一个时间点的所有的电池单元的信息。控制器14最好监视在休止期每个电池单元C的开路电压，并且动态调节每个电池单元C的充电/均衡过程。在优选实施例中，控制器14通过控制一个或多个充电循环的参数来控制均衡过程。
在美国专利第5504415中详细描述了例如模块12A之类的模块的结构。简言之，模块12A包括一个分压电路40，它连到电路的地，并且经端点C1P和C2P跨接电池单元C1，从而在输出线V1A和V1B上提供已分压的电池单元电压；一个NPN型晶体管43，它与电流传感器45串联；和一个D/A转换器46。晶体管43和电流传感器45的组合经端点C1P和C2P跨接电池单元C。当加上充电电流时，充电电流将流入电池单元C1和晶体管43。晶体管43一般来说在任何时间都不会完全导通，但可以导通到任何期望的程度历时期望的持续时间，而且可以在期望的时间导通以分流期望数量的充电电流或抽吸期望数量的去极化电流。在充电脉冲期间晶体管43导通，以分流电池单元C1周围的期望数量的充电电流。在充电脉冲分流期望数量的电池单元C1周围的充电电流时，晶体管43导通。在去极化脉冲期间晶体管43导通，以从电池单元C1抽吸期望数量的去极化电流。
电流传感器45的电流输出C1A和C1B提供由晶体管43抽吸的并因此由电池单元C1分流的电流的指示值。这就允许控制器14去调节向晶体管43提供的基极驱动量，从而可精确控制由晶体管43抽吸的电流的数量。向一个隔离的数字/模拟(D/A)转换器46的输入端提供控制器14的K1A和K1B输出。向晶体管43的基极和发射极提供D/A转换器46的输出，从而把晶体管43导通到期望的程度。D/A转换器46“被隔离“意指当电池单元C串联连接时，转换器46在用于操作控制器14的较低电压和晶体管43上存在的较高电压之间提供电隔离。
本发明的装置34、45、24、25用于测量提供给各个电池单元及电池单元的串联组合的电流或者从各个电池单元及电池单元的串联组合抽吸的电流；本发明的电压测量装置40、22、23用于测量各个电池单元两端的电压；本发明的温度测量装置13、20、21用于测量每个电池单元的温度；并且本发明的控制器14用于响应于每个单个电池单元的充电状态调节充电过程。
本发明在去极化脉冲前后的休止期测量每个电池单元的电压。控制器14使用这个信息确定每个电池单元的充电状态和电池单元的串联组合的充电状态，并且调节充电过程以使每个电池单元的现有状态匹配从而每个电池单元中的电荷均衡而不中断充电过程。在优选实施例中，均衡过程是和充电过程同时进行的并且作为充电过程的一个部分。即，控制器14测量每个电池单元两端的电压以确定充电状态和每个电池单元的状态，然后调节充电过程以正确充电该电池单元。例如，如果所加的充电电流是100安培，但电池单元C1适当充电只需要10安培，这时控制器14将使模块12A的晶体管43分流电池单元C1周围逐渐增多的电流直到电池单元C1的电流处在可接受的范围内时为止，在本例中这就意味着晶体管43正在分流电池单元C1周围的90安培的充电电流。于是，防止了电池单元C1的过充电和损坏，但这100安培的整个充电电流提供给充电不足的和准确充电刚好需要100安培的整个充电电流的另外的电池单元。
在优选实施例中，控制器14显示并定期更新电池单元的充电状态，所以操作人员可以连续地得到存入电池单元中的可利用的能量的信息。状态显示器可提供有关电池单元的串联组合的电压、每个电池单元的温度、和不同的电池单元中的相关的充电状态的信息。
在优选实施例中，无论何时在充电，均衡过程都是自动完成的。其作用是，维持所有的电池单元都在正确的充电状态，并且可防止任何一个电池单元相对于其它电池单元充电不足。
虽然所示的晶体管43是一个双极性的晶体管，但应该理解，可以使用场效应晶体管和其它类型的功率半导体器件代替。
虽然所示的是电池单元，但这纯粹是为了说明和讨论的方便，并且应该理解，电池单元、蓄电池、和蓄电池组全都是可以充电的储能器件。因此。凡是提到一个电池单元例如电池单元C1的场合，都可以用一个蓄电池取而代之，从而形成一个由串联连接的蓄电池构成的蓄电池组，以代替由串联连接的电池单元构成的蓄电池。
图2是说明确定一个电池单元例如电池单元C1的充电状态的方法的一个波形图。一个或多个充电脉冲200A、200B等加到电池单元。如果有两个或多个充电脉冲，则要通过一个或多个相应的充电休止期205把这些脉冲分开。在优选实施例中，只使用一个充电脉冲200A。在充电脉冲(一个或多个)200后，最好有一个第一休止(等待)期210A，接下去是第一去极化脉冲220A，后面跟着的是第二休止期210B。还可以使用附加的去极化脉冲220B、220C、等，和等待期210C、210D、等。在美国专利第5307000中描述了多个去极化脉冲的应用和优点。在优选实施例中，只使用一个去极化脉冲220A。然后，将从另一个充电脉冲210A′开始重复这个充电循环(200、205，如果适当的话，还有210、220)。
在任何一个放电脉冲的开始部分完成去极化功能。因此，去极化脉冲是一个放电脉冲，当然它的持续时间最好极短，只要使电池单元的放电足以完成去极化功能即可。较长的放电脉冲也能完成去极化功能，但较长的脉冲不必要地要从电池单元提取存入的能量。然而，还可以使用较长的脉冲从电池单元中提取能量，并且由此可使在这个电池单元中的存储的电荷与存储在另外的电池单元(一个或多个)中的存储电荷实现均衡。
通过在去极化脉冲220前后的两个休止期210期间测量电池单元的开路电压(无负载)来确定电池单元的充电状态。例如，可以使用去极化脉冲220A前后的休止期210A、210B，或者使用去极化脉冲220B前后的休止期210B、210C。还可能从充电脉冲200延续到第一去极化脉冲220A，其中基本没有或根本没有居中的休止期210A。在这样一种情况下，可能使用去极化脉冲220B前后的休止期210B、210C，或者可能使用去极化脉冲220C前后的休止期210C、210D。
为了得到确定电池单元充电状态的最佳精度，最好在充电脉冲200结束后使用第一去极化脉冲220前后的两个休止期。因此，如果休止期210A存在，那么最好在休止期210A、210B期间进行电压测量。如果休止期210A不存在，那么最好在休止期210B、210C进行电压测量。另外，在优选实施例中，要定期地测量电池单元的温度，或者至少是定期测量蓄电池的温度。电池单元或蓄电池的质量很大，它们的温度不能立刻改变。因此，最好至少每隔一、两分钟测量温度一次。
在去极化脉冲220前后两个休止期210期间测量电池单元的开路电压可提供有关电池单元的离子输送能力的信息。离子输送能力指示电池单元接受充电电流的能力。这可以对充电电流和电池单元接受充电电流的能力进行更加精确的控制。在第一休止期(例如210A)期间的电压和第二(下一个)休止期(例如210B)期间的电压之间的差表示电池单元的离子输送能力，因此表示电池单元的气体产生速率。因而，可对充电速率进行准确的调节，以防止电解质因漏气而损失。在充电过程的最后阶段这尤其重要，因为电池单元的充电接近完成，不会轻松地再接受它刚开始充电时那样大的充电速率。一般来说，如果充电正常进行，在第一休止期得到的电压测量值(第一电压测量值)和在第二休止期得到的电压测量值(第二电压测量值)大致相同。因此，例如通过减法器，将第一电压测量值和第二电压测量值进行比较，以确定电压差DELTAY。在离子输送问题发生之前这个电压差不存在。当离子输送问题发生时，两个电压测量值将变为不同。第一休止期的电压测量值将大于第二休止期的电压测量值。然后将这个电压差测量值DELTAY同电压差阈值(VTHRESHOLD)进行比较，以确定该电池单元充电是否能更快些(电压差DELTAY不存在或小于VTHRESHHOLD)，或者电池单元充电是否太快或过充电(电压差DELTAY大于VTHRESHHOLD)。因此，DELTAY提供用来确定电池单元接受充电电流的能力的信息。在优选实施例中，电压差DELTAY和基于电池单元类型、电池单元额定值、和电池单元温度的适当的VTHRESHOLD进行比较。VTHRESHOLD的值是通过测量具有已知容量额定值、已知充电状态、和已知温度的不同类型电池单元的气体产生速率凭经验确定的。当然，正在充电的电池单元的类型应该是已知的，因为冷的小容量的锂蓄电池的阈值是不会和热的大容量铅酸电池单元的阈值相同的。
一旦一个电池单元的充电状态已知，就可以采取行动来均衡这个电池单元的充电状态和接受电流能力与另外的电池单元的充电状态。本发明提供在电池单元之间均衡充电状态和电池单元接受充电电流的能力的几种方法。
按一种方法，对于每个电池单元，比较电压差DELTAY与适当的阈值电压VTHRESHOLD(基于电池单元类型、电池单元额定值、和电池单元温度)。如果DELTAY大于VTHRESHOLD的值，则加到电池单元上的充电电流太多，并且应该减小加到电池单元上的充电电流。通过分流加到这个电池单元上的或多或少的充电电流，就可以减小提供给一个电池单元的充电电流。如果DELTAY小于VTHRESHOLD的值，则电池单元没有以它最大速率充电，这可能导致充电不足或延长充电时间，加到电池单元上的充电电流不够多，并且应该增加加到电池单元上的充电电流。因此，可以实现以电池单元容易接受的最大速率向每个电池单元提供充电电流。
按另一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，然后确定具有最大的DELTAY的电池单元，这就是“最坏情况“的电池单元。然后，将这个最大的DELTAY与适当的VTHRESHOLD(基于电池单元类型、额定值、温度)进行比较。如果这个最大的DELTAY大于VTHRESHOLD的值，则加到该最坏情况的电池单元上的充电电流太多，并且应该减小加到电池单元上的充电电流。通过减小用来迫使充电电流加到电池单元的充电电压，就可以减小提供给该电池单元的充电电流的幅度。还可以通过减小充电脉冲的持续时间来减小总充电电流。和第一种方法相比，这个方法较简单，它测量的是每个电池单元的充电状态，但它调整的是提供给所有的电池单元即蓄电池的总充电电流整体，而不是调节各个单个电池单元的充电电流。这种方法的缺点是，所有的电池单元全由以最慢速率接受电荷的电池单元确定的速率充电。
按另一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，然后确定最坏情况的电池单元。然后，将这个最大的DELTAY与适当的VTHRESHOLD值(基于电池单元类型、额定值、温度)进行比较。如果这个最大的DELTAY大于VTHRESHOLD的值，则加到该最坏情况的电池单元上的充电电流太多，并且应该减小加到电池单元上的充电电流。通过减小充电脉冲200的数目，就可以减小提供给该电池单元的充电电流。例如，在施加去极化脉冲220之前先提供两个连续的充电脉冲200A、200B，那么就可以把充电脉冲的数目减小到一个充电脉冲200A，然后再使用其它方法。
按另一种方法，如果电压差DELTAY大于VTHRESHOLD的值，则加到电池单元上的充电电流太多。因此，电池单元在两个充电脉冲之间应该更多地放电，以减小或者甚至于暂时反向电池单元上的充电速率。通过增加在去极化脉冲220期间抽吸的电流就可以实现这一点。在对于每个电池单元独立地调节去极化脉冲电流的场合，这还可以针对单个电池单元进行。对于确定最差情况电池单元并且所有的电池单元的去极化脉冲电流都是基于对最坏情况电池单元的去极化脉冲电流要求的场合，这还可以针对蓄电池进行。
按下一种方法，如果电压差DELTAY大于VTHRESHOLD的值，则加到电池单元上的充电电流太多。因此，电池单元在两个充电脉冲之间应该更多地放电，以减小或者甚至于暂时反向电池单元上的充电速率。通过增加去极化脉冲220的持续时间就可以实现这一点。在对于每个电池单元独立地调节去极化脉冲持续时间的场合，这还可以针对单个电池单元进行。对于确定最差情况电池单元并且所有的电池单元的去极化脉冲的持续时间都是基于对最坏情况电池单元的去极化脉冲持续时间要求的场合，这还可以针对蓄电池进行。
按下一种方法，如果电压差DELTAY大于VTHRESHOLD的值，则加到电池单元上的充电电流太多。因此，电池单元在两个充电脉冲之间应该更多地放电，以减小或者甚至于暂时反向电池单元上的充电速率。通过增加去极化脉冲220的数目就可以实现这一点。例如，去极化脉冲的标称数目是两个，220A、220B，这个数目可以增加到三个220C，四个220D(未示出)，五个220E(未示出)，或者甚至于更多(未示出)，直到电压差DELTAY不再大于VTHRESHOLD时为止。在对于每个电池单元独立地调节去极化脉冲数目的场合，这还可以针对单个电池单元进行。对于确定最差情况电池单元并且所有的电池单元的去极化脉冲的时间都是基于对最坏情况电池单元要求的去极化脉冲数目的场合，这还可以针对蓄电池进行。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY之后，确定最坏情况的电池单元，并且将这个电压差DELTAY与适当的VTHRESHOLD值进行比较。然后根据该最坏情况的电池单元的要求调节充电脉冲200的持续时间。按照这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度，最坏情况的电池单元就是在这个温度下的、在它的DELTAY和VTHRESHOLD值之间的电压差最大的电池单元。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，并且确定最坏情况的电池单元。然后根据该最坏情况的电池单元的要求调节充电脉冲200的幅度。按这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，并且确定最坏情况的电池单元。然后根据该最坏情况的电池单元的要求调节去极化脉冲220的幅度。按这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，并且确定最坏情况的电池单元。然后根据该最坏情况的电池单元的要求调节充电脉冲200的持续时间和去极化脉冲220的幅度。按这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，并且确定最坏情况的电池单元。然后根据该最坏情况的电池单元的要求调节充电脉冲200的持续时间和去极化脉冲220的幅度。按这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，并且确定有最小DELTAY的“最佳情况”的电池单元。按这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度，并且最佳情况的电池单元就是在这个温度下它的DELTAY和阈值之间差别最小的电池单元。然后根据该最佳情况的电池单元的要求调节主充电脉冲200的幅度，然后根据每个单个电池单元的充电状态分流每个电池单元的一部分主充电脉冲200。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，并且确定最坏情况的电池单元。按这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度。然后根据该最佳情况的电池单元的要求调节充电脉冲200的幅度和主去极化脉冲220的幅度，然后根据每个单个电池单元的充电状态分流每个电池单元的一部分主充电脉冲200。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，并且确定最坏情况的电池单元。按这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度。然后根据该最坏情况的电池单元的要求增加去极化脉冲220的幅度。在一个变型中，每个另外的电池单元的去极化脉冲220的幅度是根据每个单个电池单元的要求调节的。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，并且确定最佳情况的电池单元。按这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度。然后根据该最佳情况的电池单元的要求减小最佳情况电池单元的去极化脉冲220的幅度。按一种变型，根据每个单个电池单元的要求调节每个其它电池单元的去极化脉冲220的幅度。
按下一种方法，对于每个电池单元确定电压差DELTAY，并且确定最佳情况的电池单元。按这个方法的一个变型，还要考虑每个电池单元的温度。然后根据该最佳情况的电池单元的要求减小最佳情况电池单元的去极化脉冲220的持续时间。按一种变型，根据每个单个电池单元的要求调节每个其它电池单元的去极化脉冲220的持续时间。
如以上所述，电压差DELTAY快速响应于下述充电循环参数的变化充电脉冲200和去极化脉冲220的幅度、持续时间、数目、频率，和休止期205、210的持续时间。因此，最好通过测量每个充电循环的DELTAY并且针对下一个充电循环相应地调节充电循环参数逐个循环地调节这些充电循环参数。在优选实施例中，每当必须改变充电脉冲电流时，由充电脉冲提供的电流都调节一个预定量，如1安培。按另一种方式，可以通过调节充电脉冲的持续时间，例如按10毫秒的间隔，来调节充电脉冲电流。按相似的方式，通过改变负载电阻或去极化脉冲的持续时间可调节由去极化脉冲抽吸的电流。
还可以每隔N个充电循环或每隔T毫秒或秒等调节一次充电循环参数。还可以使用多个阈值来调节充电循环参数。两个或多个阈值能够更加敏感地相对于电池单元的状态控制充电循环参数。例如，如果充电脉冲200的电流是充电循环的可变参数，并且如果使用两个阈值，则在第一阈值之下充电脉冲电流增加，在第一和第二阈值之间充电脉冲电流不变，而在第二阈值之上充电脉冲电流下降。
当然，可以使用这些方法中的两个或多个的组合。例如，可以增加充电脉冲电流，以便更加迅速地对充电较少的电池单元进行充电，而充电较多的电池单元周围可分流较多的充电脉冲电流。类似地，可以增加一个电池单元的去极化脉冲电流，并且可以增加另一个电池单元的去极化脉冲的数目或持续时间。这些方法中的两个或多个的组合通过以特定电池单元可以接受的但又不会造成损伤的最大速率给每个电池单元充电，可使所有的电池单元都快速充电。
从图1可以看出，用于充电装置30的主充电脉冲参数(主参数)设定各个电池单元的充电脉冲参数的最大值，但不设定它们的最小值。例如，主充电脉冲参数可能是两个50安培的脉冲，每个脉冲500毫秒。然而，通过使用均衡模块12，可能会使一个充电脉冲的充电电流在一个电池单元附近完全分流，或者通过分流在所有的或部分的充电脉冲期间的位于电池单元附近的充电脉冲的部分充电电流可能使充电脉冲的幅度减小，或者通过分流一个电池单元附近的所有的充电脉冲历时主充电脉冲的部分持续时间可能提供较短的充电脉冲，或者以上方法的组合。
类似地，主去极化脉冲参数设定各个电池单元的去极化脉冲参数的最小值，但不设定它们的最大值。例如，主去极化脉冲可能是一个50安培的脉冲，该脉冲2毫秒。然而，通过使用均衡模块12，可能会向一个或多个电池单元提供附加的去极化脉冲，或者可增加去极化脉冲的幅度或持续时间，或者是这些方法的组合。
对于每个电池单元的电压额定值为2.2伏、容量额定值为60安培-小时的一个典型的铅酸电池单元，其标称值如下单个主充电脉冲200是60安培500毫秒，单个主去极化脉冲220是120安培3毫秒，休止期210的持续时间为7-10毫秒。当然，可以理解，电压和电流值以及脉冲的数目和持续时间都取决于正在充电的电池单元的类型(锂、铅-酸等)和电池单元容量的额定值(100安培-小时、500安培-小时等)。这些值还取决于正在充电的电池单元的充电状态、和正在充电的电池单元的温度。
可在休止期210的任一点进行电压测量，并且可在不同的休止期的不同的点进行电压测量。然而，在优选实施例中，在休止期210的开始点进行电压测量，并且在相对于每个休止期开始点的相同点进行电压测量。
因此，本发明可检验电池单元的充电状态并且可调节电池单元的充电速率，从而可使电池单元快速充电而不受损伤。此外，电池单元的充电是串联的，因此可防止在电池单元的充电状态不同时对电池单元造成的伤害。因而，本发明可使电池单元之间的电荷均衡，使每个电池单元都可以充电到它的最大容量而不受损坏，并且和另外的电池单元是否有不同的起始充电状态或不同的充电速率无关。
图3A和3B是说明确定一个蓄电池中的电池单元的充电状态的过程的一个流程图。在优选实施例中，控制器14控制这个过程。但也可以使用其它的设备来控制这个过程。在步骤301，由用户提供蓄电池信息，如蓄电池类型、或蓄电池电压、或电池单元电压和蓄电池中的电池单元数(NC)、等。然后根据该信息确定蓄电池的初始充电循环参数。初始充电循环参数可以基于一个查找表或者一个方程，这是优选的。
在步骤305，向蓄电池施加具有期望电流幅度和持续时间的一个充电脉冲200，接下去是有期望的持续时间的第一休止期210A，在此期间对每个电池单元进行开路电压测量(V1)。然后向蓄电池施加有期望电池单元幅度和持续时间的去极化脉冲220A。下面是有期望持续时间的第二休止期210B，在此期间对于每个电池单元进行第二开路电压测量(V2)。如前所述，可在休止期210的任一点进行电压测量，只要所有的电压测量都是在相对于休止期210的开始点的同一个相关点进行的就成。然后确定每个电池单元的电压差DELTAY。
步骤310检查任何电池单元的电压差DELTAY是否大于阈电压(VTHRESHOLD)。如果不，所有的电池单元都没有以它们的最大速率充电，并且因此下面要执行步骤315。在步骤315，调节充电循环参数以增加充电速率，为此例如可通过增加充电脉冲的幅度、持续时间、或数目，减小去极化脉冲的幅度、持续时间、或数目，或者针对整个蓄电池进行，和/或针对这个电池单元进行，取决于所用的特定的过程。按另一种方式，可将充电循环参数维持在它们的当前的设定值上。虽然图中没有表示，但可以使用第二阈值来确定是增加还是维持在这一点的充电速率。然后执行步骤325。
如果在步骤310对于任何一个电池单元的电压差DELTAY大于阈电压(VTHRESHOLD)，则这个电池单元过充电，或者以大于电池单元正常情况下可接受的速率正在充电，因此下面要执行步骤320。在步骤320，调节充电循环参数以减小充电速率，例如通过减小充电脉冲的幅度、持续时间、或数目，或增加去极化脉冲的幅度、持续时间、或数目，或者针对蓄电池整体进行，和/或对于这个电池单元进行，这取决于所用的特定的过程。然后执行步骤325。
在步骤325，确定是否终止这个充电过程。当出现几个不同的原因中的任何一个时，可终止充电过程。例如，用户设定的充电时间已到，或电池单元温度在可接受的范围之外，或在充电脉冲200期间提供的电流的幅度已经降低到CR/10或更小。如果这个充电过程在步骤325没有终止，则返回到步骤305。
如果终止这个充电过程的一个理由发生，这个过程就要在步骤330终止，并且要采取一个特殊的行动。例如，如果对于这个电池单元类型适当，并且因为充电电流小于CR/10而发生终止，则可进行微电流充电。作为另一个例子，如果终止是由于电池单元的温度发生的，则不再进行任何形式的充电或放电。还有，可向操作人员提供可见的或可听的充电过程终止的指示。
虽然针对本发明的优选实施例已经具体地描述了本发明，但本发明不限于锂蓄电池和铅酸电池单元。本发明还可以应用到其它类型的电池单元或蓄电池。
此外，本发明还可以用于在蓄电池组中串联连接的蓄电池。在这种情况下，每个蓄电池都当作单个的“电池单元“处理，而蓄电池组当作单个的“蓄电池”处理。唯一的差别是，蓄电池组可能要求更高的电流和/或电压。在这种情况下，按照蓄电池而不是按照电池单元来确定电压差DELTAY和阈电压。
从以上所述的显然可以看出，本发明提供一种确定电池单元的充电状态的方法。从以上所述的显然还可以看出，本发明提供一种在充电过程中调节电池单元的充电状态的方法，从而使蓄电池中的所有的电池单元都有相同的电荷。从以上所述的显然还可以看出，本发明提供一种均衡一个蓄电池中所有的电池单元的方法，从而使蓄电池中的所有的电池单元都有相同的电荷。
阅读了对于本发明的优选实施例的以上的描述后，本领域的普通技术人员就可以对本发明进行改进和变化。因此，仅由以下的权利要求书限定本发明的范围。
权利要求
1.一种用于在一组储能器件中的多个串联连接的所说的储能器件之间均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；如果所说的电压差中的任何一个大于所说的阈值电压，则完成以下操作中的至少一个减小所说的串联充电电流的所说的幅度，减小所说的串联充电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的去极化脉冲的条件下减小所产生的所说的充电脉冲的数目，增加至少一个所说的休止期的所说的持续时间，增加所说的放电电流的所说的幅度，增加所说的放电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的充电脉冲的条件下增加所产生的去极化脉冲的数目；和重复以上步骤。
2.一种用于在一组储能器件的多个串联连接的储能器件中均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间，每个所说的储能器件都接收一部分所说的充电脉冲，这个部分和任何其它储能器件接收的所说的充电脉冲部分无关；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；如果所说的电压差中的任何一个大于所说的阈值电压，则完成以下操作中的至少一个减小所说的串联充电电流的所说的幅度，减小所说的串联充电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的去极化脉冲的条件下减小所产生的所说的充电脉冲的数目，增加至少一个所说的休止期的所说的持续时间，增加所说的放电电流的所说的幅度，增加所说的放电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的充电脉冲的条件下增加所产生的去极化脉冲的数目；对于所说的电压差大于所说的阈值电压的至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个减小所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说幅度，减小所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说持续时间，或在不干扰所说的去极化脉冲的条件下减小所产生的所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所述充电脉冲的所说数目；和重复以上步骤。
3.一种用于在一组储能器件的多个串联连接的储能器件中均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个固定时间点测量所说的储能器件的电压；在加到所说的组的至少一个所说去极化脉冲期间向至少一个所说的储能器件施加一个特定的去极化脉冲，所说的特定的去极化脉冲从它所施加的所说的储能器件抽吸具有一个幅度和一个持续时间的附加的放电电流；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；如果所说的电压差中的任何一个大于所说的阈值电压，则完成以下操作中的至少一个减小所说的串联充电电流的所说的幅度，减小所说的串联充电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的去极化脉冲的条件下减小所产生的所说的充电脉冲的数目，增加至少一个所说的休止期的所说的持续时间，增加所说的放电电流的所说的幅度，增加所说的放电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的充电脉冲的条件下增加所产生的去极化脉冲的数目；对于所说的电压差大于所说的阈值电压的至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个增加所说放电电流的特定去极化脉冲的所说幅度，增加所说放电电流的特定去极化脉冲的所说持续时间，或在不干扰所说的充电脉冲的情况下增加所说特定去极化脉冲的数目；和重复以上步骤。
4.一种用于在一组储能器件的多个串联连接的储能器件中均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间，每个所说的储能器件都接收一部分所说的充电脉冲，这个部分和任何其它储能器件接收的所说的充电脉冲部分无关；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；对于所说的电压差大于所说的阈值电压的至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个减小所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说幅度，减小所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说持续时间，或在不干扰所说的去极化脉冲的条件下减小所产生的所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说充电脉冲的所说数目；和重复以上步骤。
5.一种用于在一组储能器件的多个串联连接的储能器件中均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；在加到所说的组的至少一个所说去极化脉冲期间向至少一个所说的储能器件施加一个特定的去极化脉冲，所说的特定的去极化脉冲从它所施加的所说的储能器件抽吸具有一个幅度和一个持续时间的附加的放电电流；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；对于所说的电压差大于所说的阈值电压的至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个增加所说放电电流的特定去极化脉冲的所说幅度，增加所说放电电流的特定去极化脉冲的所说持续时间，在不干扰所说的充电脉冲的情况下增加所产生的所说特定去极化脉冲的数目；和重复以上步骤。
6.一种用于在一组储能器件的多个串联连接的储能器件中均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；每个所说的储能器件都接收一部分所说的充电脉冲，这个部分和任何其它储能器件接收的所说的充电脉冲部分无关；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；在加到所说的组的至少一个所说去极化脉冲期间向至少一个所说的储能器件施加一个特定的去极化脉冲，所说的特定的去极化脉冲从它所施加的所说的储能器件抽吸具有一个幅度和一个持续时间的附加的放电电流；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；对于所说的电压差大于所说的阈值电压的至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个减小所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说幅度，减小所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说持续时间，在不干扰所说的去极化脉冲的条件下减小所产生的所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所述充电脉冲的数目，增加所说放电电流的特定去极化脉冲的所说幅度，增加所说放电电流的特定去极化脉冲的所说持续时间，或在不干扰所说的充电脉冲的情况下增加所产生的所说特定去极化脉冲的数目；和重复以上步骤。
7.一种用于在一组储能器件中的多个串联连接的所说的储能器件之间均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；如果所说的电压差中没有一个大于所说的阈值电压，则完成以下操作中的至少一个增加所说的串联充电电流的所说的幅度，增加所说的串联充电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的去极化脉冲的条件下增加所产生的所说的充电脉冲的数目，减小至少一个所说的休止期的所说的持续时间，减小所说的放电电流的所说的幅度，减小所说的放电电流的所说的持续时间，或在不干扰所说的充电脉冲的条件下减小所产生的去极化脉冲的数目；和重复以上步骤。
8.一种用于在一组储能器件中的多个串联连接的所说的储能器件之间均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；每个所说的储能器件都接收一部分所说的充电脉冲，这个部分和任何其它储能器件接收的所说的充电脉冲部分无关；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；如果所说的电压差中没有一个大于所说的阈值电压，则完成以下操作中的至少一个增加所说的串联充电电流的所说的幅度，增加所说的串联充电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的去极化脉冲的条件下增加所产生的所说的充电脉冲的数目，减小至少一个所说的休止期的所说的持续时间，减小所说的放电电流的所说的幅度，减小所说的放电电流的所说的持续时间，或在不干扰所说的充电脉冲的条件下减小所产生的去极化脉冲的数目；对于所说的电压差大于所说的阈值电压的至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个减小所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说幅度，减小所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说持续时间，或在不干扰所说的去极化脉冲的条件下减小所产生的所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说充电脉冲的数目；和重复以上步骤。
9.一种用于在一组储能器件的多个串联连接的储能器件中均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；在加到所说的组的至少一个所说去极化脉冲期间向至少一个所说的储能器件施加一个特定的去极化脉冲，所说的特定的去极化脉冲从它所施加的所说的储能器件抽吸具有一个幅度和一个持续时间的附加的放电电流；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；如果所说的电压差中没有一个大于所说的阈值电压，则完成以下操作中的至少一个增加所说的串联充电电流的所说的幅度，增加所说的串联充电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的去极化脉冲的条件下增加所产生的所说的充电脉冲的数目，减小至少一个所说的休止期的所说的持续时间，减小所说的放电电流的所说的幅度，减小所说的放电电流的所说的持续时间，在不干扰所说的充电脉冲的条件下减小所产生的去极化脉冲的数目；对于至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个增加所说放电电流的特定去极化脉冲的所说幅度，增加所说放电电流的特定去极化脉冲的所说持续时间，或在不干扰所说的充电脉冲的情况下增加所产生的所说特定去极化脉冲的数目；和重复以上步骤。
10.一种用于在一组储能器件中的多个串联连接的所说的储能器件之间均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；每个所说的储能器件都接收一部分所说的充电脉冲，这个部分和任何其它储能器件接收的所说的充电脉冲部分无关；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；对于所说的电压差小于所说的阈值电压的至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个增加所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说幅度，增加所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说持续时间，或在不干扰所说的去极化脉冲的条件下增加所产生的所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说充电脉冲的数目；和重复以上步骤。
11.一种用于在一组储能器件的多个串联连接的储能器件中均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；在加到所说的组的至少一个所说去极化脉冲期间向至少一个所说的储能器件施加一个特定的去极化脉冲，所说的特定的去极化脉冲从它所施加的所说的储能器件抽吸具有一个幅度和一个持续时间的附加的放电电流；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；对于所说的电压差小于所说的阈值电压的至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个减小所说放电电流的特定去极化脉冲的所说幅度，减小所说放电电流的特定去极化脉冲的所说持续时间，或在不干扰所说的充电脉冲的情况下减小所产生的所说特定去极化脉冲的数目；和重复以上步骤。
12.一种用于在一组储能器件的多个串联连接的储能器件中均衡电荷的方法，包括如下步骤施加至少一个充电脉冲到所说的组，所说的充电脉冲提供串联充电电流，所说的串联充电电流具有一个幅度和一个持续时间；每个所说的储能器件都接收一部分所说的充电脉冲，这个部分和任何其它储能器件接收的所说的充电脉冲部分无关；施加多个去极化脉冲到所说的组，所说的去极化脉冲的每一个都抽吸具有一个幅度和一个持续时间的放电电流，所说的去极化脉冲通过休止期相互分开，每个休止期都具有一个持续时间；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之前的一个所说的休止期内的一个预定时间点测量所说的储能器件的电压；对于每个所说的储能器件，在一个预定的所说的去极化脉冲之后的一个所说的休止期内的一个预定的时间点测量所说的储能器件的电压；在加到所说的组的至少一个所说去极化脉冲期间向至少一个所说的储能器件施加一个特定的去极化脉冲，所说的特定的去极化脉冲从它所施加的所说的储能器件抽吸具有一个幅度和一个持续时间的附加的放电电流；对于每个所说的储能器件，确定在所说的前一个休止期内所说的预定点的所说电压和所说后一个休止期内所说预定点的所说电压之间的电压差；比较每一个所说的电压差和一个阈值电压；对于所说的电压差小于所说的阈值电压的至少一个所说的储能器件，完成以下操作中的至少一个增加所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说幅度，增加所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说持续时间，在不干扰所说的去极化脉冲的条件下增加所产生的所说储能器件接收的所说的串联充电电流的所说部分的所说充电脉冲数目，减小所说放电电流的特定去极化脉冲的所说幅度，减小所说放电电流的特定去极化脉冲的所说持续时间，或在不干扰所说的充电脉冲的情况下减小所产生的所说特定去极化脉冲的数目；和重复以上步骤。
13.根据权利要求1-12的任何一项的方法，其特征在于还包括如下的步骤测量每个所说的储能器件的温度；根据所说的储能器件的所说的温度确定每个所说的储能器件的阈值电压；并且所说比较每个所说的电压差和阈值电压的步骤包括比较所说储能器件的所说电压差和由所说储能器件的所说温度确定的所说阈值电压。
14.根据权利要求1-12的任何一项的方法，其特征在于还包括如下的步骤测量所说的储能器件组的温度；根据所说的储能器件组的所说的温度确定一个阈值电压；并且所说比较每个所说的电压差和阈值电压的步骤包括比较所说储能器件的所说电压差和由所说储能器件组的所说温度确定的所说阈值电压。
全文摘要
向蓄电池(B)施加一个充电脉冲(200A)。在第一休止期(210A)测量每个电池单元(C1－CN)的开路电压。然后向蓄电池施加一个去极化脉冲(220A)。然后把每个电池单元的开路电压加到蓄电池。然后在第二休止期(210B)测量每个电池单元的开路电压。比较每个电池单元在第一和第二休止期的开路电压,以产生一个电压差(DELTAY)。然后让这个电压差与一个阈值电压(VTHRESHOLD)进行比较。如果电压差大于阈值电压,则电池单元充电太快,或者正在过充电。要对一个或多个充电循环参数进行调节。某些充电循环参数例如是充电脉冲电流幅度充电脉冲持续时间、连续的充电脉冲数目、去极化脉冲电流幅度、去极化脉冲持续时间、连续的去极化脉冲数目、休止期持续时间、或这些参数的组合。可以使用多个充电脉冲(200A、200B)去极化脉冲(220A、220B、220C)。可对蓄电池这一整体调节这些参数,和/或可对每个电池单元逐个地调节这些参数。还可以针对“最差情况“电池单元或“最佳情况“电池单元调节充电循环参数,以这个电池单元控制所有的电池单元的充电循环参数。公开了几种调节充电循环参数的技术。
文档编号H02J7/02GK1264504SQ98806206
公开日2000年8月23日 申请日期1998年5月14日 优先权日1997年5月15日
发明者约里·帕德拉詹斯凯, 米克黑尔·Y·帕德拉詹斯凯, 耶菲姆·Y·库沙斯吉 申请人:先进充电技术公司