專利名稱：為電池充電的方法
為電池充電的方法本發(fā)明涉及為電池充電的方法，電池為負(fù)載供電且電池由電能源充電。本發(fā)明還涉及含有實施這種方法的裝置的數(shù)據(jù)介質(zhì)。本發(fā)明也涉及含有實施這種充電方法的裝置的充電設(shè)備。本發(fā)明最后還涉及包含這種充電設(shè)備的系統(tǒng)以及實施充電方法的軟件程序。已知在電系統(tǒng)中使用電池來存儲用于為電負(fù)載供電的電能。電池存儲電能來提供負(fù)載的服務(wù)和持續(xù)運(yùn)行。已知存在多種電池技術(shù)。主要地，例如鉛、鋰離子、鎳氫型電化學(xué)蓄電池被用來作為電池。在選擇電池時，應(yīng)考慮多種參數(shù)。首先，必須確定最適合能量和功率需求的技術(shù)。鑒于當(dāng)前化石能源日益枯竭并因而未來產(chǎn)生能源困難的問題，在電池壽命周期中減少能量損耗，也成為一個不可忽視的問題。在這種背景下，重要的是提高系統(tǒng)的能量效率。因此，必須發(fā)展用于優(yōu)化能量存儲性能的電子管理電路。這種電路必須提高能量轉(zhuǎn)換效率，既保證使用者的安全，同樣也使電池安全運(yùn)行，從而避免不可逆的損壞。在設(shè)計電氣系統(tǒng)時，電池通過最壞情況建模方式被設(shè)計尺寸。例如，帶有光伏能源的自主系統(tǒng)，其尺寸被設(shè)計為在冬季期間(光照時間很少)運(yùn)行。在夏季，該系統(tǒng)就會能量過剩。這導(dǎo)致夏季電池的在較高充電水平上的幅度較小的充電周期。然而，電池的較高充電水平及幅度較小的充電周期似乎具有損害電池的性質(zhì)。這些現(xiàn)象對用于儲能的材料造成損害，并因而使能量存儲與恢復(fù)特性有所退化。該現(xiàn)象還會在溫度提聞后進(jìn)一步放大。在現(xiàn)有技術(shù)已知的系統(tǒng)中，電池的充電邏輯包括:具備為充電目的而設(shè)的電能源時為電池充電。例如，被連接在電源上的汽車電池被立即充電到其最大充電水平。類似地，在光伏板產(chǎn)生電且電池未充滿時，自主光伏系統(tǒng)就為電池充電。這種邏輯從長期看會對電池造成損害。這一損害問題由以下實驗闡明?？紤]具有相同構(gòu)造的四個電池，分別充電到其充電容量的0%、50%、75%和100%。在25°C下把電池存放60天，而不經(jīng)受充電或放電周期。在存儲完成之后，分別確定四個電池的最大充電容量?？砂l(fā)現(xiàn)，在存儲期間，不同的電池遭受以下百分比的不可逆充電容量損失:-對于充電100%的電池，每天損失0.09%的存儲量；-對于充電75%的電池，每天損失0.06%的存儲量；-對于充電50%的電池，每天損失0.04%的存儲量；及-對于充電0%的電池，基本沒有損失。本發(fā)明的目的在于提出一種充電方法，能克服上述提到的問題并改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)已知的充電方法。特別地，本發(fā)明提出的電池充電方法能限制電池的耗損。此外，本發(fā)明還提出能達(dá)到這一目的的充電設(shè)備。按照本發(fā)明的方法使得能夠以給定的充電容量為電池充電，電池為負(fù)載供電且電池由電能源充電。該方法包括定義小于電池充電容量的第一充電基準(zhǔn)值的步驟和為電池充電直到達(dá)到第一充電基準(zhǔn)值的步驟。第一充電基準(zhǔn)值可取決于第一組參數(shù)。第一組參數(shù)可包括:用于預(yù)測在第一給定時間范圍中應(yīng)該由電池釋放來為負(fù)載供電的能量的參數(shù)，和/或用于預(yù)測在第二給定時間范圍中電池能夠從電能源接收到的能量的參數(shù)，和/或電負(fù)載的自主使用水平，和/或不希望降至其下的電池充電水平。該方法可包括定義第二充電基準(zhǔn)值的步驟和為電池充電直到達(dá)到第一或第二充電基準(zhǔn)值的步驟。第二充電基準(zhǔn)值可取決于第二組參數(shù)。第二組參數(shù)可包括:用于預(yù)測在第三給定時間范圍中必須由電池釋放來為負(fù)載供電的能量的參數(shù)，和/或用于預(yù)測在第四給定時間范圍中電池能夠從電能源接收到的能量的參數(shù)，和/或電池保留水平，和/或電負(fù)載的自主使用水平，和/或不希望降至其下的電池充電水平。第二充電基準(zhǔn)值可以等于電池的充電容量。按照本發(fā)明，一種計算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)，在該數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)上記錄有包括用于實施前面定義的方法的步驟的軟件裝置的計算機(jī)程序。按照本發(fā)明，電池的充電設(shè)備包括用于實施按照上述定義的方法的硬件裝置和/或軟件裝置。硬件裝置和/或軟件裝置可包括邏輯處理單元和/或電池充電的啟動和禁止裝置。按照本發(fā)明，供電系統(tǒng)包括按照上述定義的充電設(shè)備與電池。供電系統(tǒng)可以包括電能源，尤其是光伏板。按照本發(fā)明，一個系統(tǒng)包括按照上述定義的供電系統(tǒng)和電負(fù)載。按照本發(fā)明，一種計算機(jī)程序，包括適于當(dāng)該程序在計算機(jī)上運(yùn)行時實現(xiàn)上述定義的方法的步驟的計算機(jī)程序代碼裝置。詞語“充電基準(zhǔn)”尤其是說“充電水平基準(zhǔn)”或“充電狀態(tài)基準(zhǔn)”。附圖以舉例方式，示出按照本發(fā)明的充電方法的實施方式以及按照本發(fā)明的充電設(shè)備的實施方式。

圖1是按照本發(fā)明的充電設(shè)備的實施方式的示意圖。圖2是按照本發(fā)明的充電方法的實施方式的流程圖。圖3是示出在電系統(tǒng)示例中通過本發(fā)明使電池充電平均水平變化的圖。以下參考圖1詳細(xì)描述按照本發(fā)明的電系統(tǒng)10的實施方式。電系統(tǒng)主要包括電負(fù)載1、電池2、電池的充電設(shè)備4以及電能源5。電池為電負(fù)載供電。此外，電能源通過充電設(shè)備為電池充電。按照本發(fā)明的充電設(shè)備4的一個實施方式主要包括:把在電能源輸出端可獲得的電信號轉(zhuǎn)換成適于為電池充電的電信號的電轉(zhuǎn)換器，例如電壓轉(zhuǎn)換器6 ；電池充電啟動和禁止裝置3，例如受控開關(guān)3 ;以及操控電壓轉(zhuǎn)換器和/或電池充電啟動和禁止裝置的邏輯處理單元7。優(yōu)選地，邏輯處理單元7通過連接件8被連接到電能源和/或通過連接件9被連接到電負(fù)載。因此，邏輯處理單元可收集有關(guān)電負(fù)載運(yùn)行的信息，尤其是有關(guān)其能耗的信息、例如能耗預(yù)測信息，和/或可收集有關(guān)電能源的信息，尤其是有關(guān)其能量產(chǎn)生的信息，例如能量產(chǎn)生預(yù)測信息。邏輯處理單元還可包括用來收集任何其它信息的其它裝置。它尤其可被連接到人機(jī)界面，從而允許系統(tǒng)的使用者定義優(yōu)選項，如在給定運(yùn)行條件(尤其是在電負(fù)載能耗條件與電源中的電能可用性條件)下，電池保留水平和/或所希望的電負(fù)載的自主使用水平。優(yōu)選地，邏輯處理單元7還被連接到電池。因此，邏輯處理單元可以收集有關(guān)電池充電的信息。充電設(shè)備，特別是邏輯處理單元7包括用于按照構(gòu)成本發(fā)明主題的充電方法來控制充電設(shè)備的運(yùn)行的任何裝置。為此，邏輯處理單元包括存儲器和軟件模塊。軟件模塊可包括計算機(jī)程序。充電設(shè)備可包括可由計算機(jī)讀取的數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)，在數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)上記錄有計算機(jī)程序，該計算機(jī)程序包括用以實施構(gòu)成本發(fā)明主題的充電方法的步驟(特別實施按照以下描述的本發(fā)明充電方法的實施方式的步驟)的軟件裝置。優(yōu)選地，邏輯處理單元包括用于計算第一充電水平基準(zhǔn)的計算裝置、用于存儲該第一充電水平基準(zhǔn)的存儲器、以及用于把電池的當(dāng)前充電與第一充電水平基準(zhǔn)比較的比較裝置。電負(fù)載可以為任何類型，如尤其是照明系統(tǒng)、汽車或便攜計算機(jī)。電能源也可以為任何類型，尤其是商用電網(wǎng)或光伏板或交流發(fā)電機(jī)。參考圖2在以下描述按照本發(fā)明的充電方法的一個實施方式。在第一步驟100中，收集涉及系統(tǒng)的信息。優(yōu)選地，通過以上描述的邏輯處理單元實施該步驟。依然優(yōu)選地，收集以下信息或參數(shù):-在接下來的第一時間段中，例如接下來的A個小時或接下來的B天中，電負(fù)載的可預(yù)測的能耗，-在接下來的第二時間段中，例如接下來的C個小時或接下來的D天(A可以等于C且/或B可以等于D)中，在電能源中的可預(yù)測的可用能量，-在給定運(yùn)行條件，尤其是電負(fù)載能耗條件與電源中的電能可用性條件下，使用者希望的電負(fù)載的自主使用水平(該參數(shù)例如可表示成，當(dāng)缺乏電能源提供的能量時，在給定運(yùn)行中的電負(fù)載使用小時數(shù)):-電池的不希望降至其下的電池充電水平。在第二步驟110中，可定義第一充電水平基準(zhǔn)值。該第一充電水平基準(zhǔn)值嚴(yán)格小于電池充電容量。優(yōu)選地，該步驟通過邏輯處理單元，尤其通過邏輯處理單元中所含的計算裝置和建模實施。這些裝置可包括計算機(jī)程序。為此，可使用上述收集的參數(shù)。在第三步驟120，執(zhí)行測試來確定電能源是否產(chǎn)生或含有足夠的電能用來為電池充電。如果否，在步驟100或步驟120上循環(huán)。相反，如果是，方法進(jìn)入第四步驟130。在第四步驟130中，經(jīng)由充電設(shè)備、尤其是電轉(zhuǎn)換器，借助電能源為電池充電。為此，優(yōu)選地，電轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行參數(shù)是定義好的，且優(yōu)選地，使用這些參數(shù)運(yùn)行電轉(zhuǎn)換器。在該步驟中，借助裝置3啟動充電，該裝置3優(yōu)選地受邏輯處理單元操控。在一個優(yōu)選的實施方式中，可閉合受控開關(guān)3。在第五步驟140，執(zhí)行測試以確定是否達(dá)到第一充電水平基準(zhǔn)值。如果否，在步驟100或步驟120上循環(huán)。相反，如果是，方法進(jìn)入第六步驟150。該測試優(yōu)選地在邏輯處理單元中實現(xiàn)。在第六步驟150，停止為電池充電。為此，優(yōu)選地，借助裝置3禁止充電。在優(yōu)選的實施方式中，斷開受控開關(guān)3。方法隨后循環(huán)到步驟100。該充電方法可具有各種變型。尤其，在上述描述的變型中，第一充電水平基準(zhǔn)根據(jù)收集到的不同當(dāng)前參數(shù)隨時間變化。例如它可隨時被重新計算?；蛘撸摰谝换鶞?zhǔn)值可在系統(tǒng)設(shè)計或生產(chǎn)時一勞永逸地計算出來。又或者，第一基準(zhǔn)值可在系統(tǒng)配置階段中被計算出來。在最后兩種情況中，第一基準(zhǔn)值按照日期或按照系統(tǒng)運(yùn)行被激活或禁止。除了第一充電水平基準(zhǔn)值外，也可以定義第二充電水平基準(zhǔn)值。因此，可能的是，按照電負(fù)載的能耗和/或按照電源的能量產(chǎn)生和/或按照使用者所要求的電池保留水平和/或按照使用者所要求的電負(fù)載的自主使用水平，在第六步驟150的測試中，由第二充電水平基準(zhǔn)值取代第一充電水平基準(zhǔn)值。當(dāng)然，與步驟100和110類似的步驟因此有必要來定義第二充電水平基準(zhǔn)值?；蛘?，第二充電基準(zhǔn)值可等于電池的最大充電容量。按照本發(fā)明的電系統(tǒng)的不同實施方式在以下被詳細(xì)描述。第一示例涉及照明系統(tǒng)，例如城市公共照明系統(tǒng)。發(fā)光裝置由運(yùn)行時能耗30W的電致發(fā)光二極管構(gòu)成。首先要在冬季條件下設(shè)定該系統(tǒng)的尺寸。鑒于每天12小時的運(yùn)行時段以及系統(tǒng)80%的能量效率，系統(tǒng)每天耗能450Wh。為了計算待安裝的光伏板功率，我們假設(shè)輻照量為1.5kffh/m2/天，由此可確定光伏板功率等于300Wc (即約3m2的板)。對于電池的尺寸確定是基于以下事實:確保運(yùn)行5天的自主使用，對應(yīng)于連續(xù)5天無日照的臨界情況。因此安裝容量為2.25kWh (5dX450Wh)的電池，或在12V下約188Ah。由此我們以通常的方式設(shè)定了系統(tǒng)的尺寸，從而確保最壞情況下(冬季)運(yùn)行。然而，在夏季的情況下，系統(tǒng)處于能量過剩，因為光輻照量從1.5變?yōu)?0kWh/m2/天。此外，由于夜晚的時長減少，比起耗能量，電池儲能量變得過大。由于放電不夠多而充電太多，便會導(dǎo)致電池充電狀態(tài)(充電水平)提高。對于8小時夜晚時段，所需要的儲能量變% 1.5kffh (30ff/80%X8hX5d)o按照本發(fā)明的方法，為了保護(hù)電池，邏輯處理單元重新計算以下充電狀態(tài)(充電水平):其足以避免電池?zé)o休止處在高充電水平而這并不是必須的。該充電水平必須僅夠用來保證所要求的自主水平。在該情況下，當(dāng)夏季五天的能耗為1.5kffh時，在所存儲的能量大于或等于1.5kffh的充電基準(zhǔn)值(或約70%的電池充電容量)時，邏輯處理單元停止電池的充電。如圖3所示，這降低電池的平均充電水平，且因此防護(hù)電池以免遭受以上提到的損害現(xiàn)象的影響。類似地，可留下10%的放電深度余量來避免進(jìn)行電池的深度放電，此時電池在非常低的水平被充電。因此，確定放電結(jié)束基準(zhǔn)值，從而避免電池充電水平低于電池最大充電容量的10%所對應(yīng)的水平。第二示例涉及帆船。以下表格概括性地示出裝備為完成跨越大西洋的航程的帆船的每日耗能量。電池由每日運(yùn)行約2小時的交流發(fā)電機(jī)充電，且在該段時間期間為船只的主要安全組件供電。
權(quán)利要求
1.一種以給定的充電容量為電池(2)充電的充電方法，電池為負(fù)載(I)供電并且電池由電能源(5)充電，其特征在于，該方法包括定義比電池的充電容量低的第一充電水平基準(zhǔn)值的步驟和為電池充電直到達(dá)到第一充電水平基準(zhǔn)值的步驟。
2.按照權(quán)利要求1所述的充電方法，其特征在于，第一充電水平基準(zhǔn)值取決于第一組參數(shù)。
3.按照權(quán)利要求2所述的充電方法，其特征在于，第一組參數(shù)包括:用于預(yù)測在第一給定時間范圍中應(yīng)該由電池釋放來為電負(fù)載供電的能量的參數(shù)，和/或用于預(yù)測在第二給定時間范圍中電池能夠從電能源接收到的能量的參數(shù)，和/或電負(fù)載自主使用水平，和/或不希望降至其下的電池充電水平。
4.按照上述權(quán)利要求之一所述的充電方法，其特征在于，該方法包括定義第二充電水平基準(zhǔn)值的步驟和為電池充電直到達(dá)到第一充電水平基準(zhǔn)值或第二充電水平基準(zhǔn)值的步驟。
5.按照權(quán)利要求4所述的充電方法，其特征在于，第二充電水平基準(zhǔn)值取決于第二組參數(shù)。
6.按照權(quán)利要求5所述的充電方法，其特征在于，第二組參數(shù)包括:用于預(yù)測在第三給定時間范圍中必須由電池釋放來為負(fù)載供電的能量的參數(shù)，和/或用于預(yù)測在第四給定時間范圍中電池能夠從電能源接收到的能量的參數(shù)，和/或電池保留水平，和/或電負(fù)載的自主使用水平，和/或不希望降至其下的電池充電水平。
7.按照權(quán)利要求4所述的充電方法，其特征在于，第二充電水平基準(zhǔn)值等于電池的充電容量。
8.一種計算機(jī)可讀的數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)，在該數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)上記錄有包括用于實施按照上述權(quán)利要求之一所述的方法的步驟的軟件裝置的計算機(jī)程序。
9.一種為電池充電的充電設(shè)備(4),其特征在于,包括用于實施按照權(quán)利要求1至7之一所述的充電方法的硬件裝置(3、6、7)和/或軟件裝置。
10.按照權(quán)利要求9所述的充電設(shè)備，其特征在于，硬件裝置和/或軟件裝置包括邏輯處理單元(7)和/或電池充電的啟動和禁止裝置。
11.一種供電系統(tǒng)，包括按照權(quán)利要求9至10之一所述的充電設(shè)備(4)與電池(2)。
12.按照權(quán)利要求11所述的供電系統(tǒng)，其特征在于，包括電能源(5)，尤其是光伏板。
13.—種包括按照權(quán)利要求11至12之一所述的供電系統(tǒng)(2、4 ;2、4、5)和電負(fù)載(I)的系統(tǒng)(10)。
14.一種計算機(jī)程序，包括適于當(dāng)該程序在計算機(jī)上運(yùn)行時實現(xiàn)按照權(quán)利要求1至7之一所述的方法的步驟的計算機(jī)程序代碼裝置。
全文摘要
一種以給定的充電容量為電池(2)充電的充電方法，電池為負(fù)載(1)供電并且電池由電能源(5)充電，其特征在于，該方法包括定義比電池的充電容量低的第一充電水平基準(zhǔn)值的步驟和為電池充電直到達(dá)到第一充電水平基準(zhǔn)值的步驟。
文檔編號H02J7/35GK103181056SQ201180051431
公開日2013年6月26日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者D·布內(nèi)呂布森, A·德萊爾, J-M·可雷恩 申請人:原子能及能源替代委員會