用于带稳压管均衡线路的磷酸铁锂电池组的充电转换器制造技术

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，其输入端连接铅酸电池充电器的输出端，或连接太阳能电池板的输出端，其输出端连接磷酸铁锂电池组的正负极，该充电转换器可在恒流充电模式和涓流充电模式之间进行人工或自动转换，同时具有涓流充电状态指示功能。本实用新型专利技术方便新的磷酸铁锂电瓶用户利用现有铅酸电池充电器或其他公共充电设施，在各种应用环境下和铅酸电池充分兼容。

Rechargeable converter for lithium iron phosphate battery pack with a balanced pipe balancing line

A balanced line voltage regulator tube for lithium iron phosphate battery charge converter, the input end is connected with the output end of the lead-acid battery charger, or connected with a solar panel output end of the output end of the positive and negative connection of lithium iron phosphate battery pole, the charging converter can be manual or automatic switching between charging mode trickle charge mode and constant current, at the same time with the trickle charge status indication function. The new and convenient new lithium iron phosphate battery is fully compatible with lead-acid batteries in various application environments by using existing lead-acid battery chargers or other public charging facilities.

【技术实现步骤摘要】
用于带稳压管均衡线路的磷酸铁锂电池组的充电转换器
本技术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。
技术介绍
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。而新入市场的磷酸铁锂电池的设计标准化不足，一般需要配置专用的充电器，这个充电器具有较精密电气输出特性，价格较高。同时由于铁锂电池的市场份额较低，市场上尚难找到快速充电的设施供应急使用。磷酸铁锂电池在充电过程中，为了均衡磷酸铁锂单体电池的充电过程，获得较大的均衡电流，缩短充电时间，延长电池的使用寿命，需要在磷酸铁锂电池组中设置较大功率的均衡电路。通用的锂离子电池充电均衡线路主要分为两类，转能式和耗能式。这两种线路同时适用于磷酸铁锂电池和其他锂离子电池，只是参数设置不同。前者通过一定的电路将满电电池的部分充电电流和能量均衡转移至相对欠电的电池上去。转能式充电均衡线路虽然节约了能源，降低了损耗，但线路更加复杂，使得线路成本较高且系统可靠性差，应用较少。后一种线路其均衡电流在单体电池电压达到满电电压时，并联在电池两端的均衡线路由开关器件导通，通过并联的电阻或阻性负载将旁路电流以热能形式耗散掉，通常情况这个均衡电流会远小于正常充电电流，不足以使这个均衡中的电池的电压立刻保持稳定，特别是在磷酸铁锂电池组应用上。磷酸铁锂电池电压在达到设定满电电压后，空闲容量极少因此电压上冲非常迅速。现有耗能式均衡线路都采用电阻或其他线性负载，因为其线性特点，在电池电压介于均衡启动和过压保护电压的范围内，均衡电流是接近恒定的。这个均衡启动电压一般设定为平均满电电压，即电池组的总充电电压除以电池单体总数，因此在电池组充电进入其恒压段后，电池在平均满电电压下需要较小的耗散功率和更大的均衡电流之间无法兼顾的原因。现有耗能式均衡充电方案，对于磷酸铁锂电池组来说，实际均衡电流小，均衡作用时间短，过早的充电电源保护性关断导致缺乏长时间浮充稳定过程，无法补充那些极限欠电电池单体在其深度放电或长时间过量漏电或由较低的循环效率累积造成的额外电量损失，实际均衡效果并不理想。配置了此类充电均衡保护线路的磷酸铁锂电池组的容量衰减通常还是会比单体电池快的多。另外现有充电均衡方案中大量使用场效应半导体器件，在较恶劣的生产和使用环境中，其失效几率较高且无法一一甄别剔除，给电池的后续使用带来了很大的隐患。对于磷酸铁锂电池来说，理论上还存在一种稳压管式连续均衡方案。理想的稳压二极管在铁锂电池平台电压下具有微小且一致的漏电流，而它在磷酸铁锂电池的4.0V充电上限电压处具有最大的通导电流。当这两个电流比值达到200时就具有实际使用价值。现有的硅基稳压二极管器件或阵列的电流比值远小于这个要求，同时单个器件的参数离散性太大，因而无法直接使用。设法制作一个符合应用要求的复合稳压二极管电路，并联在每个磷酸铁锂单体电池两端，在磷酸铁锂电池整个使用过程中连续均衡，使各个电池的电压和荷电状态保持高度一致。每个复合稳压二极管包含两个串联的二极管，其中至少含有一个LED发光二极管并且在铁锂电池的平台电压处具有精密一致的导通电流。这样的电池设计，在最大均衡电流和总电压限制下，整个电池组可以获得涓流充电即安全充电的能力本文档来自技高网...

【技术保护点】
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，其特征在于，所述的充电转换器的输入端连接铅酸电池充电器或太阳能电池板的输出端，其输出端连接磷酸铁锂电池组的正负极，该充电转换器可在恒流充电模式和涓流充电模式之间进行转换，并且具有涓流充电状态指示功能；所述的充电转换器具体包含：继电器RM，其具有输入脚、输出脚和触发脚，其输入脚2连接充电转换器的正极输入端V+，其第一输出脚4和第二输出脚5连接充电转换器的正极输出端U+，当输入脚2和第一输出脚4连接时，进入恒流充电模式，当输入脚2和第二输出脚5连接时，进入涓流充电模式；第一限流电阻R6和第二限流电阻R6X，其串联在继电器RM的第二输出脚5上，用于调整安全充电电流；涓流充电指示电路，其并联在第一限流电路R6两端，用于指示涓流充电电流及电压的变化；分压检测回路，其并联在充电转换器的正极输入端V+和负极输入端V‑之间，用于检测磷酸铁锂电池组的总电压值；充电模式转换触发电路，其触发端连接分压检测回路，其输出端连接继电器RM的触发脚，根据分压检测回路检测到的电压值触发继电器转换充电模式。

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，所述的充电转换器的输入端连接铅酸电池充电器或太阳能电池板的输出端，其输出端连接磷酸铁锂电池组的正负极，该充电转换器可在恒流充电模式和涓流充电模式之间进行转换，并且具有涓流充电状态指示功能；所述的充电转换器具体包含：继电器RM，其具有输入脚、输出脚和触发脚，其输入脚2连接充电转换器的正极输入端V+，其第一输出脚4和第二输出脚5连接充电转换器的正极输出端U+，当输入脚2和第一输出脚4连接时，进入恒流充电模式，当输入脚2和第二输出脚5连接时，进入涓流充电模式；第一限流电阻R6和第二限流电阻R6X，其串联在继电器RM的第二输出脚5上，用于调整安全充电电流；涓流充电指示电路，其并联在第一限流电路R6两端，用于指示涓流充电电流及电压的变化；分压检测回路，其并联在充电转换器的正极输入端V+和负极输入端V-之间，用于检测磷酸铁锂电池组的总电压值；充电模式转换触发电路，其触发端连接分压检测回路，其输出端连接继电器RM的触发脚，根据分压检测回路检测到的电压值触发继电器转换充电模式。2.如权利要求1所述的用于带稳压管均衡线路的磷酸铁锂电池组的充电转换器，其特征在于，所述的第一限流电阻R6和第二限流电阻R6X的阻值计算公式如下：R6*Ib2＝1～2V；R6X＝(Uoc–3.6*N)/Ib2-R6,且R6X>＝0；其中，Uoc是前端充电器或太阳能电池的开路电压，N是磷酸铁锂电池组的电池总串数，Ib2是并联在电池两端的复合稳压二极管均衡线路在平均满电电压3.6V下的均衡电流。3.如权利要求2所述的用于带稳压管均衡线路的磷酸铁锂电池组的充电转换器，其特征在于，所述的涓流充电指示电路包含：串联的发光二极管LED和发光二极管限流电阻R7...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾利伟，
申请(专利权)人：顾利伟，
类型：新型
国别省市：上海,31