[实用新型]用于带稳压管均衡线路的磷酸铁锂电池组的充电转换器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于带稳压管均衡线路的磷酸铁锂电池组的充电转换器。

背景技术

现在市场上传统的动力电池占主流的仍然是铅酸电池，例如电动自行车动车辆，电动叉车以及船舶用动力电池和汽车摩托车用启动电池市场。铅酸电池价格便宜，充放电管理简单且较耐滥用。但铅酸电池笨重，循环寿命差，还有环境污染隐患。相同容量的铁锂电池组体积是铅酸电池的2/3，重量是1/3，理论寿命长5倍以上，同时特别适合高倍率充放电。因此铁锂电池取代铅酸电池具有一定的优势。

磷酸铁锂电池具有平坦的中段电压，当电池接近满电时，电池电压快速上冲。当铁锂电池放电时，90％的储能在平台电压下释放，剩余10％的电能会随着电池放电电压的下降而逐步释放。当成组的每个电池容量比较接近时，无需为每个电池单体配备欠压检测和保护线路，而只需要检测电池模块的电压并相应设置欠压保护点就可。这样既降低了线路成本，又减少了失效几率，电池组的可装配性也得到提高。据测算当电池容量差小于5％，单个电池放电最终电压差会低于0.5V，当平均放电保护电压设置在2.5-3.0V间，整个电池组的循环寿命可以接近其中最差电池单体的循环寿命。

铅酸电池通常采用三段式充电器，顾名思义这种充电器的输出特性是由三段电流电压曲线或直线段组成，第一段为陡直或稍有坡度的恒流段，其电压起点一般设计为对应电池的放电保护电压以避免误用造成危险，终点为最高电压。这时充电电池电压逐渐升高直至恒流恒压的转折点。第二段为恒压段，在这个电压下，电流逐渐下降直到小于设置的转换値，之后转入第三阶段涓流维持阶段，电压陡降，充电电流变小，此时铅酸电池处于涓流均衡充电阶段。经过一段时间，电流不再变化充电结束。

自从工业革命以来，劳动生产率得到革命性提升，同时全球人口剧增，全球每年消耗大量的化石能源，现在已经超出了地球的承载能力范围，引发日渐严重全球变暖的趋势。努力开发利用各种可再生能源是现今社会的当务之急。利用太阳能电池板进行发电是多种可再生能源解决方案之一。

太阳能电池板的电气输出特性曲线受光照影响很大，其曲线接近一组疲软的矩形。描述曲线的三个关键参数是其短路电流，最大功率和开路电压。在特定的工作温度下，前两个参数和入射光强接近线性关系；而第三个参数开路电压相对光照变化较小，同时最大功率点的电压值基本恒定，这四个参数就是一般光伏电池板的最重要的标注参数。

以上太阳能光伏电池板这些特性很好地切合了铁锂电池组的充电要求，因为铁锂电池充电效率高，接受电流范围广，其充电电压平台波动小集中在3.4V附近。当铁锂电池组的平台电压值和太阳能板的输出电压适配时，将获得极高的系统转换效率，这种情况下需要考虑的是电池组的最高限压和电池组内部的均衡问题。

像其他锂离子电池一样，磷酸铁锂电池的通常采用的充电方式也是恒流恒压方式，相对于其他锂离子电池，铁锂电池具有较宽裕的充电电压上限范围，在恒流充电结束时其已经非常接近满电，这样可以有效降低充电时间。同时铁锂电池安全可以耐受较高的温度，同时可以接受较大的充电电流；功率型铁锂电池适合快速充电，电池可以在低至30分钟内完全充满。一般锂离子电池由于设定的充电电压上限和电池的可利用容量密切相关，而且过高的充电电压会对电池寿命有显著不利影响甚至产生安全隐患，因此对每个电池单体的充电电压的精确测定和控制对一般锂离子电池至关重要。而对铁锂电池来说，当充电上限电压在3.5V-4.0V间变动时，电池实际容量鲜有增加，而且其循环寿命不受大的影响。这些特点使得铁锂电池的充放电管理可以做的非常简单。

当电池组有多个电池模块组成，每个模块内电池串数n不大于5，在电池模块上设置大电流充电和放电限制电压分别为3.5V*n和2.75V*n时，电池模块可以得到良好的保护。由于均衡线路的存在，在设定的安全电流充电状态下，电池组内各电池电压会被钳制在安全限值以下。因此铁锂电池组内各模块电压检测完全可以取代原有电池单体端的检测，大大简化了线路节省了成本同时提高了线路的可靠性。

由于铅酸电池占据了绝大部分动力电池市场份额，通用的充电器设计成熟，生产量大，价格低廉。并且在电动车使用数量较大的城市街道，常常可以看到专用于铅酸动力电池使用的快充设施，方便缺电的车主快速补电。