本发明涉及电源设备，包括至少一个被用于提供有来自带有暂时 随机可用能源电功率的电池。

公知的这种设备包括适于通过光生伏打板进行再充电的一个电 池。以暂时随机方式可用的能量(功率)是一种太阳辐射。这些设备 尤其被用于发展中国家，特别是没有本地或国家电力网络的地区。通 常，为了控制电池的充放电，要监视电池两端的电压并使用预定最高 电压门限以及预定的最低电压门限。因此，当两端电压到达下门限值 时，断开用户以便于保护电池免于过放电。一旦两端电压达到最高门 限值，电池就与板断开连接，在几分钟停顿之后，通过再次建立与用 户之间的连接从而使电池可用于电流的传送。该装置的好处在于其简 单。

但是，这种控制方法有许多缺点。首先，在实际中，在电池两端 的瞬时电压和其充电状态之间没有严格的相关性。尤其是，当电池的 充电电压很低时，其端电压可能是较高。

另外，电池通常包括一些其中每个都用于接收和输出电动势的部 件，经常有这种情况：当达到最高门限值时，电池的充电电压是以一 种非常不相等的方式在其各种部件之间分配。因此，其中一个部件可 能此后优先达到其深度放电门限并且可能在其它部件放电所需的整个 周期内过放电。现在，保持太长时间深度放电的部件将经历其使用寿 命锐减，以至于是其寿命的例如1/5或1/6，这相应缩短了电池的使用 寿命。

此外，理论上，每个部件完全充电步骤包括，特别是在开放式电 池情况中，电解液的不均匀阶段随后是均匀阶段；在充电的第一阶段 过程中，浓缩的电解液首先逐渐地充满部件的多孔电极，然后这些电 极以大量粘性酸的形式渗出，该粘性酸使电极逐渐恶化并沉积在电解 槽的底部。因此导致电解液的分层：电解液浓度在电解槽的底部变高 而在其底部变低，由此表现为“不均匀”。在第二阶段期间，由电池接 收到的电流被分配为适当的充电电流以及在正电极产生氧气在负电极 产生氢气的电解电流。电池的连续充电因此导致电解槽中的气体释放， 由此导致电解液的强制对流。其结果导致电解液逐渐均匀，其浓度最 终变得在整个电解槽高度范围内再次均匀。这个不均匀阶段有时被称 为“充电”阶段，而“均匀”阶段被称为“过充电”阶段。但是，在 不均匀阶段停止时，充电是不完全的，而均匀阶段仅仅是充电的继续 因而可以获得完整的充电。使用最高电压门限值来停止充电会导致缩 短均匀阶段并且通常甚至于没有。以这种方式，在每个充电周期期间， 会发生不均匀(分层)阶段而没有后续的完全再次均匀的阶段。其结 果，在电池的使用寿命期间，在电解槽的底部会逐渐并且不可逆转地 沉积酸性层。因此，仅仅是电极的底部参与了电池的操作。这导致其 快速损坏并且相当多地减少电极和电池的使用寿命。

有时通过增加电池的尺寸来努力减轻这些缺点。这样可以使电池 的有效使用寿命变得比多数普通电池的使用寿命长。尽管如此，相对 于电池的通常设想寿命而言，这个有效使用寿命还是基本上减少了。

本发明的一个目的是提供一种用于控制上述类型电源设备的方 法，使得电池的有效充电状态更好并且可能增加该设备的使用寿命而 不用使其扩大尺寸。

为了获得这个目的，根据本发明，提供了一种用于控制与暂时随 机可用能源相关的电源设备的方法，该设备包括至少一个提供有来自 电源电流的电池，在这种方法中，当随机能源可用时，控制电池的电 流供给，这样做从而使其尽可能接近于该电池完全充电状态，并且最 好到达这个状态。

这样，为了获得完全充电的状态的研究使其可能避免与所检测到 的两端电压和实际充电状态之间相关性有关的任何不确定性。一旦已 经达到完全充电，对于由电池输送或接收到的电流的连续检测就有可 能在任何瞬间精确了解其有效的充电。

另外，完全充电的状态表示该电池的每个部件都已经达到其完全 充电的状态。随后，不再需要担心在其中一个部件上过早地全部放电， 因此有可能保护该电池的使用寿命。

此外，完全充电能确保电解液的不均匀阶段后面紧随该电解液充 分的再均阶段。这样延长了电极的使用寿命以及电池的使用寿命。

最后，本发明能避免对于采取扩大设备尺寸的需要，而扩大尺寸 将产生额外的成本。

有利地，在这种电池被供电以便于接收超过第一预定门限值的电 荷量之后并且特别当该随机能源不能用时，以这种方式控制该设备： 即，禁止由电池来输送电流。

最好地，该门限值低于或等于电解液开始电极渗出之后的部分充 电状态。有利地，该门限值将尽可能地接近该极限。对于每种类型的 电池而言，该门限值具有特定的值。在某种情况中，它对应于该电池 常规容量的5％。

因此，在上述条件下，在电流的瞬间输送过程中，充电阶段的随 后继续是有益的。例如，如果电解槽的不均匀阶段由于缺少随机能源 而中断，则试图瞬时输送电流将由于分层的影响而导致深度放电并因 此导致该电极较低部分老化。因此最好保持电池的状态以便于充电阶 段的再次开始，这会导致不均匀的连续并因此使电解槽完全再次均匀。 该电池的使用寿命因此而被延长。

有利地，在这种电池被供电以便于接收低于第一预定门限值的电 荷量之后并且当要求输送电流时，可以允许由电池来输送电流。

最好如上所述来选择第一门限值。这样，只要不均匀阶段还没有 开始，即，只要在充电开始时，电解液在电极中沉积而不渗出，就可 以允许电池放电。电池的放电不会导致不均匀操作因此可以被允许。 这包括对于在本发明的一般定义中所论述的通常控制方式的限制。最 好将这种通常方式(对于完全充电状态的先前研究)限制在这种情况 中：其中该电池超出了第一门限值。

这种放电方式随后被称为“微循环”。由于这些原因它是有好处 的：它使减少电池整个循环的频率成为可能。另外，由此而获得的能 量是高的，电极的多孔体积中的电解液浓度也是高的。

有利地，在电池已经输送电流以便于达到部分非零充电状态之后， 并且当随机能源可用时，以这种方式控制该设备以便于可以给电池提 供电流直到它已经接收到等于第一门限值的电荷量。

因此，将放电到第一门限值限制的阶段与跟随其后的充电阶段结 合。在这个限制内，有可能交替连续充电和放电从而可以使这个微循 环持续较长时间。

有利地，该设备包括至少两个电池，特别是采用一个相对于另一 个并联连接的两个电池，在这两个电池或这些电池中的至少两个已经 达到低于第二预定门限值的部分充电状态之后，并且当随机能源可用 时，这样控制该设备以便于首先供电这些电池中的单独第一个直到它 达到等于第二门限值的部分充电状态。

最好是，这个第二门限值对应于不均匀阶段和均匀阶段之间的限 制，或最低限度，这个第二门限值尽可能地接近这个限制。其精确值 依赖于电池的类型。因此，可以受益于将电流相继提供给电池直到对 于第一个电池而言该不均匀阶段是完全的，这个阶段使得该电流比随 后的均匀阶段具有较大的密度。

有利地，在第一电池已经到达第二门限值之后并且当该随机能源 可用时，这样控制该设备以便于能同时供电具有低于第二门限值的部 分充电状态的第一电池以及这些电池中的这个或那个。

因此，电池不均匀阶段已经完成之后，在第一电池上执行均匀阶 段的同时，在另一个电池上进行相同操作。因此，当随机能源的可用 性结束时，例如在太阳辐射的情况中在一天结束时，处于完全充电状 态的电池数是最佳的。因此，在可用性时间之后，所存储的用于电流 输送的能量是最佳的。

有利地，当随机能源可用时，以这种方式来控制该设备：即根据 下列优先级减少的顺序：

-当这些电池或这些电池中的至少一个已经接收了低于第一门限值 的电量，则继续给这些电池或其中的每一个提供电流，直到它接收到 等于第一门限值的电量；

-当这些电池或这些电池中的至少一个具有高于第二门限值的部分 充电状态，则继续给这些电池或其中的每一个提供电流，直到它达到 完全充电状态；以及

-当这些电池或这些电池中的至少一个已经接收了高于第一门限值 的电量并且已经具有低于第二门限值的部分充电状态，则继续给这些 电池或其中的每一个提供电流，直到它达到等于第二门限值的部分充 电状态。

因此，优先级递减的顺序是：微循环、“过充电”、“充电”(即为 不完全充电)。该方法的这种实现方式特别适用于这种情况：其中设想 暂时随机能源将停止使用一段时期。例如，当涉及使用太阳辐射时， 这种情况对应于气象广播通知有较弱的阳光之时。在这种情况中，微 循环受益于过充电和充电阶段，存储在电池或一些电池中的能量能即 刻使用。

有利地，当随机能源可用时，根据下列递减的优先级循序来控制 该设备：

-当这些电池或这些电池中的至少一个具有高于第二门限值的部分 充电状态，则继续给这些电池或其中的每一个提供电流直到它达到完 全充电状态；

-当这些电池或这些电池中的至少一个已经接收了低于第一门限 值的电量，则继续给这些电池或其中的每一个提供电流直到它接收到 等于第一门限值的电量；以及

-当这些电池或这些电池中的至少一个已经接收了高于第一门限值 的电量并且已经具有低于第二门限值的部分充电状态，则继续给这些 电池或其中的每一个提供电流直到它达到等于第二门限值的部分充电 状态。

在这种实现方式中，递减的优先级因此是这样的：过充电、微循 环、充电。这种方式适用于这种情况：其中设想该随机能源不是足够 用于实现至少是一个电池的完全充电。

有利地，当随机能源可用时，根据下列递减的优先级循序来控制 该设备：

-当这些电池或这些电池中的至少一个具有高于第二门限值的部分 充电状态，则继续给这些电池或其中的每一个提供电流直到它达到完 全充电状态；

-当这些电池或这些电池中的至少一个已经接收了高于第一门限值 的电量并且已经具有低于第二门限值的部分充电状态，则继续给这些 电池或其中的每一个提供电流直到它达到等于第二门限值的部分充电 状态；以及

-当这些电池或这些电池中的至少一个已经接收了低于第一门限值 的电量，则继续给这些电池或其中的每一个提供电流直到它接收到等 于第一门限值的电量。

因此，在这种实现方式中，优先级是：过充电、充电、微循环。 它对应于除上述这些情况之外的设想的情况。因此，它适用于这种情 况：随机能源似乎在相当多的时间内可用。例如，对于太阳辐射，这 是这种情况：天气预报显示整个一天都具有强阳光。

有利地，该设备包括至少两个电池，特别是这两个电池采用彼此 并联的形式，当随机能源可用并且请求由该设备进行电流输送时，以 这种方式控制该设备：从所有不是处于充电阶段的电池中同时输送电 流。

有利地，在这些电池或其中一个电池已经达到零充电状态并然后 进入到完全充电状态之后，可以检测到电池所接收到的可以使电池从 零充电状态进入到等于第二预定门限值的充电状态的电量。

因此，该检测可以修正电池的容量值，该值有可能改变电池的使 用寿命。这个修正过程提高了该设备的控制精确度，并特别用于跟踪 电池或电池组的瞬时充电。

有利地，控制该设备以便于达到电池的零充电状态。

因此，强制电池完全放电以便于修正其容量值。例如，当在预定 时间内电池没有发生完全放电时，就执行这个操作。

有利地，这些电池或至少其中一个电池包括至少两个部件，其中 每个都用于接收和输送电流，在该电池上可以检测到至少两个串联电 压，其中每个电压都包括相应部件两端的电压。

因此，可以很精确地跟踪电池每个部件的充电状态的进展情况。

有利地，电池或电池组另外还适用于被提供有来自能暂时可用能 源的电流。

该设备被称为“混合设备”。

根据本发明还设想有一种电源设备，该电源设备与带有暂时随机 可用能源有关，该设备包括至少包括一个适用于被提供有来自该能源 的电流的电池，以及用于控制该设备的装置，其中，控制装置被用于 实现根据本发明的方法。

有利地，该设备至少包括两个电池，特别是可以采用彼此并联的 形式，该设备包括用于禁止由这些电池中的任何一个传送电流到另一 个上或到这些电池的其它任何一个上的装置。

有利地，该设备包括四个电池。

这个数目使得可以控制这些电池的充电和放电过程从而具有暂时 随机能源可用性功能以及可以满足对于电流的需求，并且可以获得好 的适应性以及合理的成本。

在随后借助于非限制性例子所给出的最佳实施例的描述将使本发 明的其它特征和有益效果变得显著。在随后的附图中：

-图1是根据本发明的电源设备的框图；

-图2是图1中设备上的其中一个电池的框图；以及

-图3是用于确定在根据本发明方法的结构中所用的系数“a”的 示意图。

参考图1和2，电源设备2包括一个或多个通常用于将来自太阳6 的辐射转换为电流的光生伏打板4。该设备因此与具有暂时随机可用 的能源有关。该设备2还包括一个适于提供有燃料以便于传送电流的 发电机组8。因此，该设备2还与具有暂时恒定可用能源有关，它可 以被切换到发电机组8以便于白天黑夜输送电流而不用考虑天气情 况。

该设备包括一些电池10，例如，两个，在该例子中最好是四个。 参考图2，每个电池10包括一些部件12，为了简化起见图上仅示出两 个，但是对于每个电池10而言可能有6到150个之间。每个部件12 包括一个电解槽14，其中浸有两个分别是正和负电极部件16。每个部 件用于在其放电期间输送电流并且相反地在其充电期间接收电流。在 每个电池10中，这些部件12彼此串联相连。

该设备2包括两个用于传送设备上电流的端子18。它包括通用类 型的上20和下22切换装置。上切换装置20其一侧与发电机组8和光 生伏打板4相连，是相互并联，其另一侧与电池10相连，是相互并联。 下切换装置22其一侧与电池10相互并联，而另一侧与端子18相连。 上切换装置20可以通过选择使发电机组8和/或光生伏打板4与选择 的一个或多个电池10相连。下切换装置22可以通过选择使一个或多 个电池10与端子18相连。

设备2包括一个调整器24，其上安装有可以根据本发明方法控制 该设备的可编程计算机装置。为此目的，该调整器与上切换装置20相 连、与下切换装置22并与每个电池10相连。在每个电池10中，该调 整器24用于检测彼此串联的电池电压，其总值对应于电池两端电压， 因此，不是检测部件12的组合的两端电压，而是检测这些部件的第一 部分的两端电压以及检测随后部分的两端的另一个电压，以及等等。 因此需要将该电池10分成一些部分，例如，四部分，最好是相互相等。 该检测方法使得可以通过比较来确定第一组合部件12是否已经达到总 的放电状态。

对于每个电池10，该调整器24可用于检测在充电阶段进入到该 电池的电量或在放电阶段该电池所输出的电量。以一种常规方式来执 行该检测过程。在充电阶段，从充电阶段开始，调整器24因此可以了 解在每个瞬间由电池所接收到的电量。另外，该调整器了解到电池10 必须接收到的有效电量Q以便于电池能达到完全充电。通过下列关系 计算电量Q:

Q=a×(C总量-Q开始充电)

其中：

-“C总量”是处于完全充电状态的电池10的有效电量；

-“Q开始充电”是电池10在一开始充电阶段时的电量；以及

-“a”是校正系数，通常被称为“充电系数”，由图中给出，例如， 由图3中的那种类型的“充电系数”，作为放电深度的函数。

在每个瞬间，调整器24比较电池接收的电量和所要达到的电量Q。 当达到完全充电状态时，因此可以停止充电阶段(使电池10与发电机 组8断开或与光生伏打板4断开)。

在电池10寿命开始时的“C总值”的值是其标称容量。但是，当 电池使用时，电池的有效总容量与该数值不同。这就是为什么在根据 本发明方法的结构内，当该电池达到零充电时，可以由调整器24检测 和计算由该电池所接收到的电量以便于它随后达到完全充电，并且在 随后Q的计算中该值变成新的“C总值”。因此，可以修正该电池的 总容量值。以这种方式，可以高精度地执行对于存储在电池中可用能 量的计算。

另外，当该电池在预定时间内没有达到零充电状态，例如，三个 月，则在根据本发明方法的结构内的调整器24将所述电池完全放电， 最好是其它电池刚刚部分或全部放电时(当请求传送电流时)从而使 其达到零充电状态。随后的完全充电阶段将可以被迫修正该电池的总 容量。

从上述可以看出，将电池10从零充电状态充电到完全充电状态的 操作包括“正常充电”阶段和“过充电”阶段。在正常充电过程中， 浓缩的电解液14开始充满多孔电极16。电解槽中的电解液浓度然后 保持均匀。此后，浓缩电解液渗出电极并逐渐使其恶化。电极外的电 解液浓度随后变得不均匀。此后，在“过充电”过程中，传送到电池 10上的电流被分配为合适的充电电流和电极16上产生气体释放并导 致电解槽中电解液浓度再次均匀的电解电流。

在当前的实现方式中，根据本发明的方法使用两个门限来监视电 池的部分充电状态。在这种情况中，第一门限值对应于由电池所接收 到的电量，在充电阶段的“正常”过程中，浓缩的电解液已经完成填 充电极16并且没有出现不均匀的开始。实际上，部分充电的相应状态 可以等于电池标称容量的5％左右。第二门限值对应于处于“正常充 电”结束时并且在“过充电”开始之前的电池的部分充电状态，换言 之，该状态是在不均匀阶段结束之时以及在均匀阶段开始之前。

在当前的实现方式中，控制方法的原则是，当太阳能6可用时， 优先控制将电流提供给电池10以便于尽可能接近完全充电状态并最好 达到这个状态。

另外，在电池被提供电流从而接收到超过第一门限值的电量之后， 并且当太阳能6停止可用时，当从端子18请求电流传送时，禁止优先 由电池提供电流的传送。特别地，在这种情况中，电解槽中的不均匀 阶段已经开始，并且在电极分层的影响下，由电池进行的任何传送电 流将导致电极的不均匀放电以及导致电极较低部分过早老化，在这种 情况中，电极较低部分是受到最大压力的区域。

另外，在电池已经被提供电流从而已经接收到低于第一门限值的 电量之后并且当请求电流传送时，优先启动由电池进行的电流输送。 特别地，还没有出现分层的开始，电池可以放电以便于可以满足请求 而不用担心过早老化。此后，在电池已经输送电流之后并且当随机能 源可用时，允许电流提供给电池以便于达到第一门限值。因此有可能 交替进行充电阶段和放电阶段以达到第一门限值的上限。这包括微循 环形式的操作，其好处在前面已经描述过。

该方法的当前实现方式的另一个原理是，当多个电池是为此目的 参与者时，涉及电池完全充电结束的控制，或“过充电”结束的控制。 根据该原理，在至少两个电池已经达到低于第二门限值的部分充电状 态之后，以这种方式控制电源设备2，即，首先优先给这些电池10中 的单独第一个电池提供电流以便于达到等于第二门限值的部分充电状 态。这样，对于电池通过第二门限值是有益的。此后，当太阳能6还 可用时，以这种方式控制电源设备2，即，同时给第一电池10和具有 低于第二门限值的部分充电状态的另一个电池10提供电流。特别地， “过充电”阶段需要较小的电流量。余下的可用电流因此可用于另一 个电池10的正常充电。

因此，在白天，当用户需要为零时(或被满足)并且当光生伏打 板4传送电流(或剩余电流)时，在优先级基础上将不是立即由用户 消耗的电流量用于一个或多个电池10的“过充电”，而不进行电池的 “常规充电”。因此，在一天的结束时，存储在电池中的能量(能源) 是最大的。另外，相对于“充电”和“过充电”的微循环的优先级不 是固定的，而是根据环境而定。作为后者的一种作用，可以设想出用 于控制方法的三种不同的操作模式。

当电池处于“过充电”阶段并且当天气预报显示太阳光可能不充 足以停止处理过程中的过充电过程时，优先于后面两种模式而实现第 一种模式。在这种模式中，当太阳能6可用时，以这种方式控制电源 设备，即根据下列递减优先级顺序：

-当这些电池10中的至少一个已经接收了低于第一门限值的电量， 给这些电池或其中的每一个提供电流直到它接收到等于第一门限值的 电量。这是微循环；

-默认(by default)，当这些电池中的至少一个具有高于第二门限 值的部分充电状态，则给这些电池或其中的每一个提供电流直到它达 到完全充电状态。这是过充电阶段；

-默认，当这些电池中的至少一个已经接收了高于第一门限值的电 量并且已经具有低于第二门限值的部分充电状态，则给这些电池其中 的每一个提供电流直到它达到等于第二门限值的部分充电状态。这是 充电阶段。

同样，在操作的第一模式中，优先级递减顺序是：微循环、“过充 电”、“正常充电”。第一模式使得可以从受到电池的微循环影响的缓冲 器那里获得最大的好处，因此而存储的能量立即可用。

当电池充电并当天气预报显示一天的剩余时间的太阳光将不足以 实现“正常充电”(不带过充电)时，优选于下一个优先级而实现操作 的第二种模式。在这种情况中，优先级递减顺序是：过充电、微循环、 充电。

开始两种模式没有使用而采用的第三种模式显示这样的优先级递 减顺序：过充电、充电、微循环。它特别适用于非常好的气象情况。

可以通过由提供气象预报的用户自己在调整器24上的操作来人为 地执行一个或另一个模式的控制。另外，调整器24可适用于执行天气 预报并用于选择一个或另一个模式以用于这些天气预报。

另外，在该方法的当前实现模式中，当太阳能6可用并且请求由 该设备来传送电流时，以这种方式控制该设备：借助于不是处于充电 阶段的所有电池来传送电流，其中这些电池源是并联的。因此，例如， 经三个电池10、处于“正常充电”阶段的四个电池10同时传送电流。 同样，例如，经两个电池10、处于充电阶段的其它两个电池10、其中 处于过充电阶段的一个电池来传送电流。该设备包括用于当一些电池 10同时输送电流时禁止由这些电池10中的任何一个将电流输送到这 些电池中的另一个的通用装置(二极管等)。

当太阳能6不足以满足用户的所有需要时，发电机组8作用相当 于一个填充源。接通该发电机组以便于供给用户网络。此后，若有由 发电机组8所产生的过剩电流，该设备根据上述三种模式之一来给电 池10供电。

例如，当在太阳升起前电池10的余量低于所预见消耗的若干分之 一(例如一半)时，接通该发电机组8。当在太阳升起前电池10中的 可再次使用的能量(功率)高于所预见消耗时即增加预定的安全余量 时，停止其操作。该发电机组8是一个辅助电源。混合设备的目的在 于满足所有用户的需要。

可以借助于带有暂时随机可用的单独能源6来使用根据本发明的 方法和设备，而不需要填充源。因此，当电池10的充电状态达到预定 下限时并且当例如太阳能6这样的能源不能用时，有必要执行卸载(消 耗分配)。

本发明可以用其它类型的暂时随机可用的能源来实现，例如风。

还可能设想一种与暂时随机可用的两个能源相关的设备，这两个 能源彼此不同，例如可以是太阳和风，以及还可能与发电机组有关的 设备。