由铅酸蓄电池单体与锂离子电池单体并联组成的复合电源

摘要

本发明涉及一种复合电源，其特征在于包括具有相近充放电电压的铅酸蓄电池单体A和锂离子电池单体B，将单体A与单体B先并联；再根据负载要求确定各自的容量，必要时再串联组成复合电源系统。组成复合电源的单体A和单体B的容量比为0.05∶10-10∶0.05。当复合电源外接负载小电流输出时，由单体A、单体B单独或单体A与单体B一起供电；当复合电源外接负载大电流输出时，由单体B独立或与单体A一起供电。本发明提供的复合电源系统既能充分发挥B的功率与寿命优势，又能充分发挥A的价格与安全优势；同时免去了因采用不同电池而增加的复杂的管理与控制部件；特别是，当多个这样的复合电源串联时，可免去在多个锂电单纯串联时必须的均衡电路。

说明书

技术领域

本发明涉及复合电源，特别涉及一种由单体铅酸蓄电池与单体锂离子电 池并联组成的复合电源，及其用此复合电源组成的电源系统。

背景技术

随着电动汽车、电动自行车、电信基站、UPS备用电源和储能等市场的 不断发展，对其供电电源-电池性能的要求也越来越高，不但要求电池的适应 范围广，而且要求电池要具有高比能量、高比功率、长使用寿命和低廉价格 等特性，单一电池难以满足要求。

铅酸蓄电池技术成熟、价格低廉、单体容量大、安全性高、回收系统较 为完善，但是它的比能量和比功率低，循环寿命短；而锂离子电池在比能量、 比功率和循环寿命方面均具有较大的优势，然而，锂离子电池存在成本较高、 安全性差、一致性差的缺点。

因此，如CN100495859C提出一种由铅酸蓄电池组与超级电容器组并联 组成的电动车混合电源，利用超级电容器的高功率特性来瞬时输出或接收回 馈能量，从而缓解铅酸蓄电池组的过充和过放，提高体系的功率特性，延长 铅酸蓄电池组的使用寿命。由于该电容器的低比能量与高价格，导致其作用 有限。

专利CN101552348A提出一种混合蓄电池系统，先由单体铅酸蓄电池组 成电池组，单体磷酸铁锂电池也组成电池组，再将这两个电池组并联组成电 池系统，其中后者的电压高于前者0.05V～0.08V，使铅酸蓄电池组后放电先充 电，来防止其充电不足造成的硫酸盐化，可延长铅酸蓄电池组的使用寿命3 倍以上。在该发明中，为了实现两组电池充放电电压的匹配，避免各自的过 充和过放电，两组电池之间必须匹配充放电控制。同时在锂电池组回路的控 制中必须有均衡功能。

本发明拟在现有技术基础上提供一种由单体铅蓄电池与单体锂离子电池 并联组成的复合电源，以克服以上所述的混合电池系统存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的就是针对上述不足而提出一种由铅酸蓄电池单体A与锂离 子电池单体B并联而组成的复合电源。

本发明的技术解决方案是：根据外电路所需的工作电流，将一定容量的 单体A与一定容量的单体B并联后组成复合电源。在必要时将此复合电源串 联一定数量后组成复合电源系统。

单体铅酸蓄电池的充电电压在1.6～2.5V之间，而放电电压在2.2～1.6V之 间；以碳材料为负极活性物质的锂离子单体电池，无论采用哪种或几种组合 的正极活性物质，其充电电压一般在2.5～4.2V之间，放电电压在2.5～3.8V之 间。在这种情况下，如果将一个单体的铅酸蓄电池与一个单体的锂离子电池 并联，则铅酸蓄电池过充电时锂电尚未充足电；锂离子电池过放电时，铅酸 尚未放完电。所以必须各自先组成电池组，最低电池数是兼顾两种电池充放 电电压的最小公倍数；考虑到两种电池的充放电电压不是同比增减，所以在 两种电池之间要配以控制某种电池组可充放的电气部件。

而以钛酸锂为负极活性材料的锂离子电池，其充放电电压范围可通过正 极活性材料的选择和电池制备工艺的调节，调整到与铅酸蓄电池几乎一样的 范围。例如，Li₄Ti₅O₁₂/LiCoO₂电池的充电电压为1.6～2.5V，放电电压为 1.5～2.3V。

水溶液为电解质的蓄电池体系一般均可通过过充电时正极产生的氧气在 电池内部可逆消耗而实现串联电池中各单体之间的均衡，如镉-镍电池、氢镍 电池、铅酸蓄电池等；但锂离子电池为有机电解液，在原理上不能通过高容 量电池在过充电时发生一个可逆的电化学反应，而低容量电池正常充电的途 径实现串联电池中各单体之间的均衡。所以专利CN101552348A中，锂离子 电池组中一定含有均衡电路，否则，其寿命必受影响。

综上所述，本发明提供的一种复合电源，包括具有相近充放电电压的铅 酸蓄电池单体A和锂离子电池单体B，将A与B先并联，再根据外接负载大 小确定各自的容量，必要时再串联组成复合电源系统；

其中，①所述的单体A为铅酸蓄电池单体，可为任何类型的铅酸蓄电池， 如富液式蓄电池、胶体蓄电池、涂膏式蓄电池、管式蓄电池等；

②所述的单体B为锂离子电池单体，正极活性物质可为钴酸锂、锰酸锂、 磷酸铁锂、锂镍锰氧、锂镍钴锰氧等中的一种或几种的组合，负极活性物质 为钛酸锂；

③当复合电源外接负载小电流输出时，由单体A、单体B单独或单体A 与单体B一起供电；当复合电源外接负载大电流输出时，由单体B独立或与 单体A一起瞬时输出大电流供电。

④当复合电源接受外界能量即充电时，由单体A与单体B一起同时接收 外界能量，或单体B单独接收瞬时大电流充电，最后再给单体A充电；

⑤组成复合电源的单体A与单体B的容量比为0.05∶10～10∶0.05；

⑥所述的复合电源及其系统在必要时可配以适当的管理电路及控制系 统，但在多个复合电源串联时，可以免去配以管理与控制系统。

本发明提供了一种由铅酸蓄电池单体与锂离子电池单体先并联，必要时 再串联组成的复合电源系统，该复合电源及其系统可配以适当的管理电路及 控制部件。该系统的主要特征是包括铅酸蓄电池单体A和锂离子电池单体B， 将具有相近充放电电压的单体A和单体B并联，根据外接负载大小确定单体 A、单体B的容量，必要时再进行适当的串联。当外接负载大电流输出时，由 单体B独立或与单体A一起瞬时输出大电流；当复合电源的电压降到一定范 围时，由单体A、B单独或单体A与B一起对外接负载供电；当复合电源接 受能量即外部给复合电源充电时，单体A与B一起或单体B单独接收瞬时大 电流充电，最后再给单体A充电。本发明提供的复合电源系统既能充分发挥 单体B的功率与寿命优势，又能充分发挥单体A的价格与安全优势；同时免 去了因采用不同电池而增加的复杂的管理与控制部件；特别是，当多个这样 的复合电源串联时，可免去在多个锂电单纯串联时必须的均衡电路。

由于单体A与单体B之间并联，当组成复合电源系统时，即使各复合电 源中的锂电存在不均衡，但由于与之并联的铅酸电池在原理上和实际上都可 通过适当的过充电实现均衡，所以可免去锂离子电池与锂离子电池之间的复 杂的均衡管理，同时保证了锂离子电池均衡功能的实现。所述的负载电流大 小是相对而言的，在实际使用中于电池的实际容量有关，比如50A的电流， 对于10Ah的电池来说相对较大，而对于100Ah的电池又比较小了，而且随 着电池使用时间的增加，电池容量不断降低，所述的小电流也可能变成大电 流。这本领域的人员均熟知的。

附图说明

图1复合电源(100％SOC的A与100％SOC的B)在大电流放电过程中钛 酸锂电池承担的电流

图2复合电源(60％SOC的A与100％SOC的B)在大电流放电过程中钛酸 锂电池承担的电流

具体实施方式

本发明的具体实施例如下，但本发明并不局限于以下实施例。

实施例1

胶体铅酸蓄电池单体A的容量为100Ah，锰酸锂/钛酸锂电池单体B的容 量为10Ah，将A和B均充足电后并联组成复合电源。对复合电源进行 200A15S----100A15S放电，放电过程中B承担的电流如图1所示。在200A 的放电过程中，钛酸锂电池承担的平均电流为122.6A，占总电流的61％，在 100A的放电过程中，钛酸锂电池承担的平均电流为87.8A，占总电流的88％。

实施例2

胶体铅酸蓄电池单体A的容量为100Ah，锂镍钴锰氧/钛酸锂电池单体B 的容量为10Ah，将A的SOC调至60％，B充足电，再将两者并联组成复合电 源。对复合电源进行200A15S----100A15S放电，放电过程中B承担的电流如图 2所示。在200A的放电过程中，钛酸锂电池承担的平均电流为148.3A，占总 电流的74％，在100A的放电过程中，钛酸锂电池承担的平均电流为100.9A， 占总电流的101％。

图1和图2说明本发明提供的复合电源，在外接负载瞬间大电流输出时， 钛酸锂电池承担了大部分电流，能够弥补铅酸电池大电流放电性能的不足， 有效保护了铅酸电池放电过程中的强放电。

以上具体实施例仅为本发明的部分实施方式，其对本发明而言是说明性 的，而非限制性的。本领域的技术人员在不超出本发明精神和范围的情况下， 对之进行变换、修改甚至等效，这些变动均会落入本发明的权利要求保护范 围。