檢測鎳鎘電池中記憶效應的裝置和方法制造方法及圖紙

本發明專利技術提供一種判斷鎳鎘（ＮｉＣｄ）電池（２４）是受到記憶效應的損害的節省時間的方法。接受測試的完全充電的ＮｉＣｄ電池（測試電池）被施以正斜坡形電流充電斜坡（４２）和負斜坡形電流充電斜坡（４６），同時連續地監視該電池端電壓（４４）。將測試電池（２４）的最大測量端電壓與相同標稱電壓和容量的、已知沒有記憶效應（正常電池）的鎳鎘電池的所測得的端電壓（４４）比較。如果測試電池的最大電壓超過了正常電池的最大電壓，則判斷鎳鎘電池（２４）具有記憶效應。（*該技術在2019年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
政府聲明本專利技術的整個內容或部分內容是按照政府合同號N00164-96-C-0045為美國海軍開發的。根據該合同的條款，美國政府享有本專利技術的某些權利。
技術介紹
本專利技術涉及可再充電電池，具體來說，涉及分析鎳鎘電池的記憶效應。鎳鎘電池遇到常被稱為記憶效應的現象。記憶效應指電池在持續的使用期限內將其電特性調整為曾經歷過的某個工作循環的傾向。參見T，R.Crompton的《電池參考手冊，第二版》第19章，第11頁，Reed Educational and Professional出版有限公司。當超過該工作循環使用該電池時，所提供的電力就處于較低電壓。其后，這種低電力的使用方式限制了電池可提供的有用能量。在實際使用情況中，只有當多次不充分放電的循環后需要滿容量狀態下使用電池、但因負載條件下的較低電壓的原因限制了電池以可接受的電壓工作的時間時，記憶效應才會被注意到。目前，沒有方法在不進行完全放電的情況下判斷鎳鎘電池是否存在記憶效應。因此，存在一種需要，在不進行完全放電的情況下檢測完全充電的鎳鎘電池中的記憶效應。附圖簡介附圖說明圖1是電池充電和分析電路的示意圖；圖2表示的是電池充電過程中，電壓和電流的曲線圖；圖3a表示本專利技術的評估周期內，電壓和電流的曲線圖；圖3b是交流充電曲線；圖4是圖示20安培-小時(Ah)鎳鎘電池在大量評估周期后的結果的曲線圖；圖5是20Ah記憶效應電池和正常電池的最大充電電流的曲線圖；圖6是圖示10Ah鎳鎘電池在大量評估周期后的結果的曲線圖；以及圖7是10Ah記憶效應電池和正常電池的最大充電電流的曲線圖。專利技術介紹本專利技術提供一種判斷鎳鎘電池是否受到記憶效應的損害的節省時間的方法。接受測試的完全充電的鎳鎘電池(測試電池)被施以正斜坡形電流充電斜坡和負斜坡形電流充電斜坡，同時連續地監視該電池端電壓。把測試電池的最大測量端電壓與相同標定電壓和容量的、已知沒有記憶效應(正常電池)且使用相同電流充電斜坡和電壓測量值的鎳鎘電池的所測得的端電壓比較。如果測試電池的最大電壓超過了正常電池的最大電壓，則判斷該鎳鎘電池存在記憶效應。下面對本專利技術的最佳實施例予以說明。圖1中顯示的是示范性的充電系統。鎳鎘電池充電系統10包括與數據采集系統14、如National Instruments SCXI數據采集系統結合的微處理器12。數據采集系統14的組件包括Labview 4.0軟件、信號加工單元(如National Instruments信號波形加工系統，它具有數模轉換器和模數轉換器)以及溫差電偶模塊。系統10還包括可編程電源16；繼電器18；測量電流的50A、50mV的支路20；測量溫度的溫差電偶21，測試中的裝置22(本例中為24V鎳鎘電池)；以及保護電源的二極管24。工作時，使用Labview4.0對微處理器進行編程，以便控制電源16的電流輸出以及接通/斷開繼電器18完成電池22的電連接/斷開。微處理器12存儲數據采集硬件所獲得的電壓，電流和溫度數據。一旦與充電系統10連接，將電池22充電到滿容量，即100％的充電狀態，如圖2中用曲線表示的。這是通過向電池施加恒定電流26來實現的。對電池施加這種恒定電流充電時，電壓經歷三個階段表示充電反應的平緩電壓上升，如時間段28所示；表示發生氣體反應的急速電壓上升，如時間段30所示；以及顯示氣體反應和充電反應同時進行的平臺區，如時間段32所示。在時間段28中，電池電壓逐漸上升，直到輸送到電池的累積電荷達到電池電荷容量的大約80到90％。在此點處，至少73％的電池容量可供正常放電。當時間段30進一步充電時，電池電壓很快上升同時電池開始產生氣體且進入充電過程的末期。電池電壓達到穩定，直到時間段32的末期電池完全充電為止。在時間段34，由于到了電荷充電過度部分，電池電壓開始逐漸降低。在過度充電部分檢測到15mV的壓降后，在點36終止電流充電，于是使電池處于開路；在時間段38，完成全充電。在電池22的溫度和開路電壓達到穩定狀態之后，使電池經歷圖3a中所示的評估周期。在開始該評估周期之前，根據電池制造商所公布的電池特性確定安全電壓和電流限制。在評估周期中，遞增的充電電流42加到電池上。充電電流最好從零值開始，以線性方式遞增到充電系統可以輸出的最大電流或者所標定的安全電池電壓和電流極限值，選擇二者中較低的一個。在實際情況中，由于電源輸出的與設計值比較的滯后時間的原因，充電電流呈現圖3a所示的情況。遞增電流充電不一定要是線性的，只要按照已知的時間函數遞增即可。另外，還可以在斜坡測試過程中使用具有遞增電流的連續脈沖，如圖3b所示。然后按任何負斜率46遞減電流充電斜坡，直到電流變為零為止。遞減電流充電的斜坡最好與電流充電42的相同。在電流充電階段42和46期間，不斷的測量和記錄電池端電壓44。確定所測得的最大測試電池電壓，并將它與經過相同電流斜坡測試的正常電池的測得最大電壓比較。存在記憶效應的鎳鎘電池將會在電流充電斜坡周期中的44處測得高于對正常電池測得的最大電壓。判斷記憶效應的另一種方法是檢驗電流充電斜坡周期中電池電壓曲線的斜率。我們已證明，當電池存在記憶效應時，電池電壓曲線呈現更陡峭的斜率。判斷記憶效應的再一種方法是測量電流充電斜坡周期中實現最大電壓所需的最大電流。我們已證明，對于存在記憶效應的電池，所述最大電流低于正常電池。示例1使用上述的方法對20 Ah，24V鎳鎘電池完全充電，然后完全放電，以判斷電池的容量。在放電過程中，從電池拉出一恒定電流，直到電池電壓抵達18.05V(為此使用的是隨機值)。電池的容量是按照將從電池拉出的電流和達到18.05V所需的時間相乘。完成三個充電/放電循環，計算出電池的平均容量。然后，根據電池平均容量確定將電池放電到狀態充電50％的所需的時間。按照圖2所示的上述過程，將電池放電到50％充電狀態，接著再充電到滿容量，循環五次。在每次再充電周期之后，對電池實施電流充電斜坡測試(圖3)。斜坡周期所用的電流斜率為0.22A/500毫秒。這些測試是在如下條件下進行的電壓極限值為27.55V和電流極限值30A。這樣20Ah電池就經過了第六個50％工作周期，此時該電池具有存在記憶效應的電池的特性。然后將完全放電的電池恢復到18.05V。參照圖4，曲線50表示電流充電斜坡測試中受記憶效應影響的電池的表現。當對電池進行五次如上所述的50％工作循環時，電池顯現記憶效應。曲線52和54分別說明在導致記憶效應之前和經過對電池進行恢復而消除記憶效應后的電池電壓表現。顯然，曲線50的斜率比曲線52和54的陡峭。另外，還顯示存在記憶效應的電池在緩變測試中最大電壓為28.4V，同時電池的初始狀態和恢復后的狀態中，峰值電壓均低于27.9V。還有，特別要注意的是，對電池反復施以50％工作循環，而導致記憶效應的同時，在每個連續電流充電斜坡周期中峰值電壓會遞增。圖5說明電流斜坡周期中電流充電幅度的變化。在初始狀態、記憶效應狀態和恢復后狀態中，電池經過電壓極限值為27.55V的電流斜坡周期。一旦達到最大電壓，電流斜坡的斜率將會改變方向(圖3)。由于對于記憶效應狀態，所測得電池端電壓上升較快，所以較快達到電壓極限值。相應地，當電池中存在記憶效應時，這就限制了斜坡測試中的最大電流。如圖5所示本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于判斷完全充電的鎳鎘電池是否有記憶效應的電特性的方法，它包括：ａ）對所述電池施以遞增電流充電，然后施以遞減電流充電；ｂ）在步驟（ａ）的過程中測量所述電池的端電壓，并確定所述最大測量電壓；以及ｃ）將所述最大電壓與閾值比較； 這樣，如果所述最大電壓大于所述閾值，則所述電池具有記憶效應的電特性。

【技術特征摘要】
US 1998-9-15 09/153,4011.一種用于判斷完全充電的鎳鎘電池是否有記憶效應的電特性的方法，它包括a)對所述電池施以遞增電流充電，然后施以遞減電流充電；b)在步驟(a)的過程中測量所述電池的端電壓，并確定所述最大測量電壓；以及c)將所述最大電壓與閾值比較；這樣，如果所述最大電壓大于所述閾值，則所述電池具有記憶效應的電特性。2.權利要求1的方法，其特征在于所述遞增電流充電按照時間函數遞增。3.權利要求1的方法，其特征在于所述遞增電流充電是電流脈沖，其中每個后續電流脈沖的電流幅度高于前一個電流脈沖的電流幅度。4.權利要求1的方法，其特征在于所述遞減電流充電按照其絕對值與所述遞增電流充電的斜率的絕對值相同的負斜率遞減。5.權利要求1的方法，其特征在于所述遞減電流充電是電流脈沖，其中每個后續電流脈沖的電流幅度低于前一個電流脈沖的電流幅度。6.權利要求2的方法，其特征在于所述電流充電的速率為0.22A/500毫秒。7.一種用于判斷第一完全充電的鎳鎘電池是否有調節的電特性的方法，它包括a)對所述電池施以遞增電流充電，然后施以遞減電流充電；b)對所述不存在記憶效應電特性的第二完全充電鎳鎘電池施以遞增電流充電，然后施以遞減電流充電；c)在步驟(a)和(b)中測量所述第一和第二電池的端電壓，并確定每個電池的最大測量電壓；以及...

【專利技術屬性】
技術研發人員：TG帕拉尼薩米，H辛格，A帕特爾，PM魯戴，
申請(專利權)人：聯合訊號公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]