充电系统及其充电装置与充电方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及充电技术领域，特别涉及一种充电系统及其充电装置与充电方法。
【背景技术】
[0002]蓄电池在如下两种情况下需要充电:1.新蓄电池使用前，必须充电，称初次充电，充电时间大约需要30?50小时；2.蓄电池放电完毕，应立即充电，称正常充电，亦称补充充电，充电时间大约12?15小时。
[0003]通常采用恒流充电法或恒压充电法。恒流充电法:在充电过程中，充电电流保持恒定，蓄电池电压逐渐升高，此法充电时间较少，但在充电后期，充电电流大部分能量都用来电解水，蓄电池冒出大量气泡，不仅浪费大量电能，而且使极板活性物质脱落。恒压充电法:在充电过程中，充电电压保持恒定，刚充电时，充电电流很大，随着蓄电池电压的升高，充电电流逐渐减小。此法可避免蓄电池过量充电，但充电初期产生的大电流，亦可损坏极板。
[0004]为了避免单独采用恒流充电或恒压充电所产生的弊端，通常的做法是采用分级定流充电法或定流定压充电法，即快充浮充法。分级定流充电法将充电过程分成两个阶段，第一阶段用10小时率电流充电6?7小时，第二阶段用20小时率电流充电14?17小时，一般充到单只蓄电池端电压2.6?2.7伏，连续两小时电压不变，并且直到极板冒泡为止。定流定压充电法将充电周期分成两半，前半周期用0.1C电流将蓄电池端电压充至2.3V左右，后半周期自动切换到定压充电。采用这种方法充电，电解液气泡较少，可节省能源，降低蓄电池温升，减少蒸馏水损耗，改善工作环境，避免极板损耗。
[0005]无论是恒流充电法、恒压充电法，还是分级定流充电法、定流定压充电法，在充电过程中都不可避免地会产生如下三种极化现象:
[0006]1.电阻极化现象:蓄电池充电过程中，正负离子分别向相反符号极板运动，运动中受到一定阻力，称蓄电池内阻，充电电流流过蓄电池内阻，内阻上产生压降，因此，蓄电池端电压将升高。这种因蓄电池内阻变化引起端电压变化称电阻极化。当充电电流流过极化电阻时，内阻上不断产生热量，导致蓄电池温度上升。
[0007]2.浓差极化现象:蓄电池充电过程中，极板表面产生大量离子，在外电源电场作用下，正负离子分别向相反符号极板运动，称离子的电迀移。这种离子电迀移的运动速度远小于化学反应的速度，因此极板和极板附近的离子浓度远大于远离极板处的离子浓度。电解液中离子浓度的不同，必然导致电解液极化。这种因离子浓度差引起的电极电位的变化，称浓差极化。充电电流越大，电化学反应越剧烈，极板表面产生的正负离子越多，因此浓差极化越严重。
[0008]3.电化学极化现象:蓄电池充电过程中，外电源不断从蓄电池正极板取得电子输送到负极板，而正负极板上的活性物质与电解液发生电化学反应，但由于电化学反应的速度远小于电子运动的速度，因此，正负极板上形成电荷积累。蓄电池的正负极板形成一个一定容量的电容器，正负极板上积累的电荷越多，则电容器两端电压(即蓄电池端电压)越高，由于电化学反应速度小于电子运动速度而引起的蓄电池端电压升高，称为电化学极化现象。
[0009]这三种极化现象都会对充电过程产生影响，其结果是使充电需要更多的电能和更多的时间，尤其是电化学极化现象在实际情况中引起电池电极周边的短暂“钝化”现象，更是大大降低电池充电速度以及缩短电池使用寿命。
[0010]因此，如何克服现有技术中充电方法的缺点，使蓄电池充电省时节能，并延长蓄电池的使用寿命，成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0011]本发明要解决的问题是现有技术中因充电过程产生的极化/钝化现象而使电池充电速度降低以及缩短电池使用寿命。
[0012]为解决上述问题，本发明技术方案提供一种充电方法，包括:对目标电池进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池进行直流充电；所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，直至施加的电压为零；所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压。
[0013]可选的，所述第一充电阶段的维持时间T。为100微秒(μ s)?1200微秒。
[0014]可选的，所述放电阶段的维持时间Τ1满足A/SiKWlO〗。
[0015]可选的，所述第二充电阶段的维持时间T2满足:T 5*T 1D
[0016]可选的，所述放电阶段和第二充电阶段叠加形成的波形为倒锯齿波形。
[0017]可选的，所述放电阶段的维持时间以及施加的电压和电流根据所述目标电池的性能确定。
[0018]可选的，所述充电过程为无线充电过程。
[0019]为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种充电装置，包括:电源、充电单元、放电单元和控制单元；所述电源与所述充电单元相连，所述控制单元与所述充电单元和放电单元相连，所述充电单元和放电单元在所述控制单元的控制下，对目标电池进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述充电单元在所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池进行直流充电；所述放电单元在所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，直至施加的电压为零；所述充电单元还在所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压。
[0020]可选的，所述放电单元为反向微分电路。
[0021]为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种充电系统，包括:待充电的目标电池以及适于对所述目标电池进行充电的上述充电装置。
[0022]与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下优点:
[0023]通过在以恒定充电电压对目标电池进行充电的过程中间隔地插入适度的放电过程，该放电过程以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，并在该放电过程完毕后施加逐步上升的充电电压直至达到所述恒定充电电压继续进行恒定充电，从而使整个充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段，如此能在目标电池的电极周围形成微环境中电子流的涡流，去除电极周边的短暂“钝化”现象，使电极始终保持“新鲜”状态，即最佳充电状态，使电池充电始终保持最佳的充电性能，由此不但能实现目标电池的快速充电，而且还能修复目标电池以延长电池寿命。
[0024]进一步地，将所述放电过程施加的电压、电流和功率等均控制在合适的范围内，既能够较好地达到快速充电以及修复电池延长电池寿命的目的，又能够避免因过度放电而影响充电效率以及电池寿命。
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例的充电方法对应充电曲线的示意图；
[0026]图2是目标电池的电极周围形成微环境中电子流的涡流的示意图；
[0027]图3是本发明实施例的充电系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细的说明。
[0029]为解决因充电过程产生的极化/钝化现象而使待充电电池充电速度降低以及缩短电池使用寿命的问题，本发明实施例提供一种能够实现快速充电且修复电池、延长电池寿命的充电方法，具体包括:对目标电池进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池进行直流充电；所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，直至施加的电压为零；所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压。
[0030]在实际实施时，对于目标电池的具体充电过程通常可以通过充电曲线予以体现，本发明实施例中使用特殊的充电曲线。如图1所示，横轴表示充电过程的时间进度，纵轴表示充电过程中施加的电压；平行于横轴的水平直线表示以恒定充电电压V。对目标电池进行直流充电的第一充电阶段，第一充电阶段的持续时间为1^1^= tfO ;第一充电阶段结束后，紧接着是以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电的放电阶段，所述放电阶段在图1中以t。时刻与t i时刻之间的弧线表示，其在t。时刻的初始放电电压值(绝对值)一般小于或等于恒定充电电压V。，图1中以“-V。”表示该初始放电电压，从t。时刻开始所施加的放电电压值不断降低，直至达到时刻的0电压，所述放电阶段的持续时间为T =tft。;放电阶段结束后，紧接着是以持续上升的充电电压对目标电池进行充电的第二充电阶段，所述第二充电阶段在图1中以时刻与12时刻之间的弧线表示，其在t i时刻所施加的充电电压为ο，此后充电电压持续上升，直至达到t2时刻的充电电压，该充电电压的值即为第一充电阶段的恒定充电电压V。，所述第二充电阶段的持续时间为，至此完成由依次连续的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段构成的一个充电循环过程。
[0031]在一个充电循环过程中的所述第二充电阶段结束后，便开始下一个充电循环过程，继续参阅图1，仍然先以恒定充电电压V。对目标电池进行直流充电，即执行下一个充电循环过程中的第一充电阶段，其持续时间为T3，T3