[实用新型]一种可替换铅酸蓄电池使用的锂电池装置

说明书

本实用新型涉及锂电池技术领域，公开了一种可替换铅酸蓄电池使用的锂电池装置，通过采用直流接触器加电力二极管的控制方案替换掉现有电池保护板中普遍使用MOS管阵列作为充放电保护开关的控制方案，利用直流接触器和电力二极管能够长时间持续承受高电压和大电流冲击的突出优点有效解决了锂电池组在串并联操作过程中可能出现的击穿损坏问题。同时，本实用新型提出的可替换铅酸蓄电池使用的锂电池装置在放电主回路保护断开时能够实现充电激活，在充电主回路保护断开时能够实现放电激活，实现在放电和充电之间纯在线式切换的无缝过渡，具有较高的推广应用价值。

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，特别涉及一种可替换铅酸蓄电池使用的锂电池装置。

背景技术

铅酸蓄电池自1859年实用新型至今，已经历了近160多年的发展历程，因为其价格低廉、原材料易于获得，使用上有充分的可靠性等诸多优势使其广泛应用于交通、电力、通信、军事、航海、航空等各个领域。然而，铅酸蓄电池在使用过程中所暴露出来的缺点也是显而易见的，比如能量密度低、使用寿命短、日常维护频繁等。近年来，随着锂电池技术的日趋成熟，相比于铅酸蓄电池，锂电池所具备的能量密度高、寿命长、体积小、重量轻、无污染等优点，开始逐步受到市场的青睐和使用者的好评，并在各个细分领域大有替换铅酸蓄电池的势头。

一般来说，铅酸蓄电池单格标称电压为2Vdc，由6个单格串联起来的蓄电池标称电压就是12Vdc，实际使用中以标称电压为12Vdc的蓄电池模组最为普遍，根据现场应用需求由2～6个12Vdc的蓄电池模组进行串联构成24Vdc、 36Vdc、48Vdc、60Vdc、72Vdc电压平台的电池组以满足不同使用条件也很常见。蓄电池的容量常以“Ah”(安时)来衡量，“Ah”的含义代表该蓄电池可以在1安(A)的放电电流条件下持续放电1小时(h)，实际使用中为了提高蓄电池的放电能力和储备电量，通常采用将多个蓄电池模组进行并联的方式以增加“Ah”数值。

铅酸蓄电池之所以能够在各个领域广泛使用，其中一个重要原因是在同等规格的条件下它可以随意串、并联以满足不同的应用场合，并且可以长期处于浮充状态，不需要专门的电子电路管理单元进行充放电保护，使用起来非常灵活、便捷。

目前，正在蓬勃开展锂电池替换铅酸蓄电池的应用领域有：通信基站 48Vdc备用电源、低速三四轮场地用车、生活备用电源、UPS备用电源、机车启动电源等，而锂电池不同于铅酸蓄电池，锂电池需要搭配电池管理系统 (BMS)或者电池保护板来对其工作过程进行实时监控，防止锂电池发生过充电、过放电、过温、过流或短路等故障现象，另外，铅酸蓄电池的容量是通过正负极柱两端电压来衡量的，不同的电压值对应不同的容量值，但是锂电池的电压—容量曲线对应关系不是很明显，需要采用特定的算法来计算其剩余电量(SOC)，比如常用的有安时积分法、扩展卡尔曼滤波算法、神经网络算法等。

以标称电压为12Vdc的铅酸蓄电池为例，如果用锂电池进行替换，具体采用磷酸铁锂电池PACK成组，按照单节磷酸铁锂电池3.2Vdc的额定电压，就需要4节锂电池串联组成12.8Vdc的额定电压。对于额定电压为12.8Vdc的磷酸铁锂电池组，业内普遍采用MOS管控制方案的电池保护板来对其进行电压、温度采样和逻辑保护判断，具体电气原理如图1所示，采用这种控制原理的电池保护板既可以使用分立器件来实现，也可以使用模拟前端(AFE)和专用保护 IC来实现，例如日本精工(SEIKO)，日本理光(RICOH)，北京中星微(VIMICRO)，杭州士兰 (SILAN)等品牌企业都有单串和多串锂电池保护IC推向市场。