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CN101552348A - 一种混合蓄电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合蓄电池系统，其由至少一个铅酸蓄电池构成的铅酸蓄电池组(1)和至少一个磷酸铁锂电池构成的电池组(3)并联组合而成，所述的磷酸铁锂电池组(3)并联有第一均衡保护控制装置(4)。与现有产品相比本发明提供的产品可使铅酸蓄电池在恶劣工况下的使用寿命延长3倍以上，并能避免铅酸电池由于充电不足而造成的硫酸盐化。本发明不但降低了各种系统单独采用铅酸电池时的蓄电池体积和重量，而且节省了存放蓄电池的空间，还大幅度降低了单独使用磷酸铁锂电池的成本。

Description

一种混合蓄电池系统
技术领域
本发明涉及蓄电池，尤其涉及一种使用寿命长、充放电效率高、体积小和重量轻的混合蓄电池系统。
背景技术
当前，印度、巴西等新兴市场，通讯业快速发展，建设了大量以铅酸蓄电池为备用电源的通讯基站。由于这些国家电网不稳定，频繁停电、停电时间长、停电时间无规律等，使蓄电池频繁放电，甚至过放电。由于放电之后，蓄电池得不到及时补充电，加速了正极板老化速度，而负极板形成硫酸盐化。频繁深放电和蓄电池得不到及时补充电是造成蓄电池容量下降过快和使用寿命缩短的最主要原因。在上述条件下，应用于电信基站、UPS等备用电源领域的铅酸蓄电池的寿命越来越来短，终端用户更换电池的频率比以前提高1～2倍，造成使用成本大幅上升。
发明内容
本发明是为了解决蓄电池应用于恶劣工况下，造成蓄电池容量下降过快和使用寿命缩短的技术问题，提出一种使用寿命长、充放电效率高、体积小和重量轻的混合蓄电池系统。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是提出一种混合蓄电池系统，其由至少一个铅酸蓄电池构成的铅酸蓄电池组和至少一个磷酸铁锂电池构成的电池组并联组合而成。磷酸铁锂电池组并联有第一均衡保护控制装置。
第一优选方案，所述的磷酸铁锂电池为多个，由串联、并联或串并混联的任一连接方式连接成所述的磷酸铁锂电池组，所述的第一均衡保护控制装置包括多个控制单元，每一控制单元与单个磷酸铁锂电池并联，所述的控制单元与第一单片机连接，该单片机通过第一接触器与磷酸铁锂电池组连接。
第二优选方案，所述的铅酸蓄电池组还并联有第二均衡保护控制装置。
其中，所述的铅酸蓄电池为多个，由串联、并联或串并混联的任一连接方式连接成所述的铅酸蓄电池组，所述的第二均衡保护控制装置包括多个控制单元，每一控制单元与单个铅酸蓄电池并联，所述的控制单元与第二单片机连接，该单片机通过第二接触器与铅酸蓄电池组连接。
本发明中的铅酸蓄电池组的电压低于所述磷酸铁锂电池组的电压，两组电池组的电压差的范围为0.05～0.8V。
所述的控制单元包括与单个电池并接的均衡电路部分和电池电压电流采集监控体系。
与现有产品相比本发明提供的产品可使铅酸蓄电池在恶劣工况下的使用寿命延长3倍以上，并能避免铅酸电池由于充电不足而造成的硫酸盐化。本发明不但降低了各种系统单独采用铅酸电池时的蓄电池体积和重量，而且节省了存放蓄电池的空间，还大幅度降低了单独使用磷酸铁锂电池的成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，其中：
图1为本发明的第一实施例的结构示意图；
图2为本发明的第二实施例的结构示意图；
图3为图1放大的结构示意图。
具体实施方式
铅酸电池和磷酸铁锂电池是目前市场使用最广泛的蓄电池。铅酸电池历史悠久、价格低廉，使用最为广泛，但其缺点是能量密度低，频繁过放电条件下使用寿命短。磷酸铁锂电池是近年来发展起来的一种新型电池，重量比能量是铅酸蓄电池的三倍，体积比能量是铅酸蓄电池的1.5倍、循环寿命是铅酸电池三倍、功率密度高，但缺点是价格昂贵，同等容量电池价格是铅酸电池的四倍左右。
根据以上蓄电池各自的特点，本发明提出了将不同类型蓄电池并联组合在一起的混合蓄电池系统。如图1和图3所示，本发明较佳实施例，该混合蓄电池系统由两种不同类型的蓄电池组并联构成，其中一组是由多个铅酸蓄电池串联构成的蓄电池组1，组合后电池组的电压为6V或12V；另一组是由多个磷酸铁锂电池串联构成的蓄电池组3，组合后电池组电压为6.4或12.8V。铅酸蓄电池组1的开路电压是低于磷酸铁锂电池组3的电压，两组蓄电池的电压差的范围为0.05～0.8V。所述的磷酸铁锂电池组3并联有第一均衡保护控制装置4。该第一均衡保护控制装置4包括多个控制单元8，每一控制单元与单个磷酸铁锂电池并联。控制单元8还与第一单片机9连接，该单片机通过第一接触器10与磷酸铁锂电池组3连接。所述的铅酸蓄电池组1并联有第二均衡保护控制装置2。第二均衡保护控制装置2包括多个控制单元8，每一控制单元与单个铅酸蓄电池并联。控制单元8还与第二单片机11连接，该单片机通过第二接触器12与铅酸蓄电池组1连接。上述的控制单元8包括与单个蓄电池并接的均衡电路部分和电池电压电流采集监控体系。导线5和导线7构成本混合蓄电池系统的输出线路；导线6和导线7构成本混合蓄电池系统的输入线路。所述的电池组1、3也可以由多个电池并联、或串并混联组合成。该电池组还可以由单一电池构成。所述的均衡保护控制装置2、4原理是相同的，其根据不同类型蓄电池的特点(单个铅酸蓄电池和单个磷酸铁锂电池充电结束电压和放电终止电压不同)来设计控制参数。
混合蓄电池系统对外负载供电时，可以使电池组1或3断开或联通外在电路的能力。因为磷酸铁锂电池组3放电平台的电压高于铅酸蓄电池组1的，所以刚开始主要由磷酸铁锂电池组3先对外提供电能，铅酸蓄电池组1只是以很小且逐渐增加的电流参加放电；当磷酸铁锂电池组3电压降到与铅酸蓄电池组1放电平台电压相同时，此时主要由铅酸蓄电池组1进行放电对外在负载供电，磷酸铁锂电池组3电流逐渐减小。进行充电时，因为铅酸蓄电池组1充电电压平台低于磷酸铁锂电池组3，所以开始阶段以给铅酸蓄电池组1充电为主，磷酸铁锂电池组3充电电流很小且逐渐上升；当铅酸蓄电池组1电压上升到与磷酸铁锂电池组3的充电平台电压相同时，此时以给磷酸铁锂电池组3充电为主，由于磷酸铁锂电池组3可接受充电电流大，充电效率高，充电时间短，其在1.5～4小时内就可以充入95％以上的电量，铅酸蓄电池组1的充电电流逐渐降低。最后两电池组同时达到充电饱和状态。当发生基站频繁停电时总是能保证铅酸蓄电池组1能充满电，且由磷酸铁锂电池组3首先主要对外提供电能，所以可以起到很好保护铅酸蓄电池组1的效果。
所述的均衡保护控制装置2、4，其包含多个控制单元，在放电时可以避免电池过放电，充电时可以避免电池过充电，同时具有充电时对单个电池进行均衡的功能。本发明采用现有成熟的均衡保护控制装置，如图3所示，当混合蓄电池系统开始工作时，控制单元8通过电池电压电流采集监控体系采集铅酸蓄电池组1和磷酸铁锂电池组3中各单个电池的电压和流过电池的电流，当两电池组中任一电池组放电电流超过最大允许放电值时，相应的单片机9、11给对应的接触器10、12一个信号，相应的铅酸蓄电池组1或磷酸铁锂电池组3脱离接触，电路断开以保护电池组。当铅酸蓄电池组1和磷酸铁锂电池组3中任一单个电池电压达到设定的最低电压时，相应的单片机9、11给对应的接触器10、12一个信号，相应的铅酸蓄电池组1或磷酸铁锂电池组3脱离接触电路断开，该组停止放电。当电池组充电时，如果铅酸蓄电池组1或磷酸铁锂电池组3中任何两个单个电池电压压差超过设定值时，相应的单片机9、11给对应的均衡电路部分一个信号，电压较高的电池放电，旁路电流到电压较低的电池，以达到各单个电池之间均衡充电的目的。当铅酸蓄电池组1或磷酸铁锂电池组3中任一单个电池电压或电流达到停止充电的上限电压或下限电流，相应的单片机9、11给对应的接触器10、12一个信号，相应的铅酸蓄电池组1或磷酸铁锂电池组3脱离接触电池断开，停止给该组电池充电。
如图2所示，本发明的另一实施例，在混合蓄电池系统中，所述的第二均衡保护控制装置2可以不用。因为铅酸蓄电池对过充电安全敏感性不如磷酸铁锂电池组那么敏感，所以可以取消对于铅酸蓄电池的第二均衡保护控制装置2。
本发明提出的混合蓄电池系统，可以进行串联、并联或串并混联使用，以提供更高的电压和容量，特别适合于需要提供短时间高功率放电UPS、汽车直流电源系统；频繁深充放电的太阳能、风能系统；其它有以上相似需求的设备、系统。此混合蓄电池系统由于利用了磷酸铁锂电池有高倍率放电好、体积小、重量轻的特性，可以选配小容量的铅酸蓄电池，从而降低系统是体积和重量。

Claims (6)

1、一种混合蓄电池系统，其特征在于，由至少一个铅酸蓄电池构成的铅酸蓄电池组(1)和至少一个磷酸铁锂电池构成的电池组(3)并联组合而成，所述的磷酸铁锂电池组(3)并联有第一均衡保护控制装置(4)。
2、如权利要求1所述的混合蓄电池系统，其特征在于，所述的磷酸铁锂电池为多个，由串联、并联或串并混联的任一连接方式连接成所述的磷酸铁锂电池组(3)，所述的第一均衡保护控制装置(4)包括多个控制单元(8)，每一控制单元与单个磷酸铁锂电池并联，所述的控制单元与第一单片机连接，该单片机通过第一接触器与所述的磷酸铁锂电池组(3)连接。
3、如权利要求2所述的混合蓄电池系统，其特征在于，所述的铅酸蓄电池组(1)并联有第二均衡保护控制装置(2)。
4、如权利要求3所述的混合蓄电池系统，其特征在于，所述的铅酸蓄电池为多个，由串联、并联或串并混联的任一连接方式连接成所述的铅酸蓄电池组(1)，所述的第二均衡保护控制装置(2)包括多个控制单元(8)，每一控制单元与单个铅酸蓄电池并联，所述的控制单元与第二单片机连接，该单片机通过第二接触器与所述的铅酸蓄电池组(1)连接。
5、如权利要求4所述的混合蓄电池系统，其特征在于，所述的铅酸蓄电池组(1)的电压低于所述磷酸铁锂电池组(3)的电压，两电池组的电压差的范围为0.05～0.8V。
6、如权利要求5所述的混合蓄电池系统，其特征在于，所述的控制单元(8)包括与单个电池并接的均衡电路部分和电池电压电流采集监控体系。
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