[发明专利]一种设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组

说明书

本发明公开了一种设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，属于锂电池技术领域。该磷酸铁锂电池组包括串联设置的若干个机械构造独立的电池模块，所述电池模块包括多个标准电池模块和一个保护电池模块，其中保护电池模块位于磷酸铁锂电池组的总负极位置；所述标准电池模块和保护电池模块中分别包括多个串联连接的电池；每个电池两端均并联有二端稳压管式均衡线路；保护电池模块中全部或部分电池的两端还并联有一个充电保护线路。该保护电池模块相较于标准电池模块一直处于荷电领先位置，在电池组充电过程中提供充电保护，安全性高；同时该电池组内无需设置放电保护线路，实际放电保护依赖于外线路或者用电器具提供的欠压保护装置。

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组。

背景技术

锂离子电池组是由多个锂离子电池通过串联组成的电池组，锂离子电池组的充电过程一般可以分为两个阶段。第一阶段为直充阶段，同串的所有电池获得相同的电量，直到一个电压领先电池首先达到满电电压。此后，就进入第二阶段，即均衡充电阶段，先期到达满电电压的电池两端设置的均衡线路开始导通，旁路掉的一部分充电电流，这部分旁路电流也就是均衡电流，电池逐个满电开启均衡直到电压落后的电池也达到完全满电，充电结束。在这个过程中，由于充电电流一般都会大于均衡电流，满电电池的电压会继续上升，继而触发充电保护断开充电线路。这时由于均衡电路的持续工作或者电池自放电的效果，电池电压逐步走低，达到解除保护的数值，充电通道重新开启，电池电压又开始上升，如此循环往复直到所有电池均完全满电。均衡充电时间取决于电池组内各个电池最大的荷电差异和均衡电流。这个荷电差异一般等于领先电池和落后电池的自放电电流差异和两次充电间隔时间的乘积。在一般情形下，上述电压领先电池并非特定电池，因此电池组各个电池的电压都需要被有效检测。同理对于放电保护，所有电池的电压也需要被检测。当电池电压超出设定的充放电保护限值时，电池管理系统(随后称作BMS)会关断电池组和外线路的电气连接，终止可能发生的不安全或者不可靠状态出现，较高级的BMS还会集成通讯等功能。

由于一个完整BMS线路需要对电池组中的每个电池电压进行监测，所需检测线缆被连接到每个待测电池的两端，然后这些线缆最后汇总到一个具有总控功能的线路板上，由于线束多且线径细，这些测试线束无法作为外部引线跨接在不同的电池模块之间，因此一般带有完全BMS线路的锂离子电池组都是一体化设计，这些一体化设计的锂离子电池组往往体积较大且结构较难改变，极大地限制了其应用范围。

一般锂离子电池充放电管理系统中都含有开关式均衡线路设计，当电池电压达到特定数值(～3.65V)时，均衡线路开始导通，电压跌落到特定数值时又重新开启。这样的开关器件一般选用场效应器件，其数量众多，而且受装配环境影响大，其可靠性稍差。但是任何一个这样的均衡线路开路失效，由于完整BMS线路的存在，导致电池组也不会损坏。消费者也不会轻易察觉得到。部分开关式均衡线路功能的缺失会逐步减损电池组的一致性，使得电池组可用容量较快速衰减，这种衰减源于电池组荷电领先电池和落后电池的差异逐步扩大，而不是单个电池的劣化。同时一般设计的BMS的均衡线路实际安装环境，空间受限散热比较困难，因此均衡线路的功率受到极大限制，特别对于铁锂电池组而言。因此可见，现有技术中，磷酸铁锂电池主要存在以下技术问题：现有的BMS线路通常是完整线路，且一般为一体化设计，因此电池组往往体积较大且结构较难改变，限制了其应用范围，特别是在铅酸动力电池等同替代方面。同时开关式均衡线路功率较小且可靠性差，其失效会引起电池组可用用量的快速衰减进而降低电池组的整体使用寿命，更进一步，这种开关式均衡线路必须依赖于一个完整的充放电保护线路提供的充分保护。

发明内容