大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊的製作方法

2023-07-23 05:11:41

專利名稱：大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊。
背景技術：
傳統的車船等應急啟動電源多採用鉛酸蓄電池，近年來隨著人們環保意識的加強，對於鉛酸蓄電池所使用的鉛和硫酸的處理變得越來越棘手。鋰電池無汙染，環保性，採用鋰電池來代替鉛酸電池，作為應急啟動電源裡的電池，便成為未來大勢所趨。但目前鋰電池並不具有高的放電倍率，最常見的就是在30C以內(IC=I小時率額定容量(A.H);如8AH的電池1C=8A)。比如一節8AH的電池，其最大放電電流就是30X8=240安培。這遠遠不能適應大啟動電流的大型車輛。
每個單體鋰電池的電壓只有3. 2￥，但是目前很多領域需要的是6￥，12￥，24￥，48￥等等。如果不採用串聯的話，則鋰電池單體的應用將大大受限。現在廣泛使用的免維護鉛酸電池，其實也是由單體串聯組成的，每個單體是2V。但這個從單體到串聯，要解決均衡充放電、溫度保護、過流保護、短路保護等諸多問題，才能真正進入應用。鉛酸電池有100多年的歷史，其從單體到串聯也走過了很長的路。現在隨著人們對環保意識的加強，越來越迫切需要無汙染的鋰電池組來代替鉛酸電池組。

發明內容
本發明提供的一種大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，實現多節單體電池的串聯，並能穩定替代鉛酸電池組。更為突出的是，在串聯鋰電池組的大電流放電技術方面，取得卓有成效的結果，放電倍率高達80C，最高能達到150C。本發明將極大的促進單體鋰電池經過成組，廣泛的應用於各個領域。包括但不限於汽車12V，24V系統。為了達到上述目的，本發明提供一種大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，該磷酸鐵鋰電池組模塊包含電路連接的磷酸鐵鋰電池組和電池組控制電路；
所述的磷酸鐵鋰電池組包含若干串聯的單體鋰電池，短接片將一節單體鋰電池的正極連接到另一節單體鋰電池的負極，整個磷酸鐵鋰電池組包含還包含輸出正極和輸出負極；所述的電池組控制電路包含電路連接磷酸鐵鋰電池組的大電流繼電器、電路連接該大電流繼電器的主控電路，以及電路連接該主控電路的電池組保護電路；所述的大電流繼電器電路連接磷酸鐵鋰電池組的輸出正極和主控電路。所述的短接片採用銅片。所述的輸出正極和輸出負極表面鍍金處理，與電池接觸電阻池小於0. 5毫歐。所述的單體鋰電池包括正極片、負極片、隔膜、電解液及外殼，所述的正極片包括集流體和塗覆在集流體上的正極材料，該正極材料包括正極活性物質、粘合劑及導電劑；
所述的正極活性物質包含納米級磷酸鐵鋰和微米級磷酸鐵鋰，所述納米級磷酸鐵鋰與微米級磷酸鐵鋰的重量比為I :7 I :9。所述的納米級磷酸鐵鋰中的中粒徑D50分布為300nm-900nm.所述的微米級磷酸鐵鋰中的中粒徑D50分布為2um-10um。所述正極活性物質在集流體上的單面塗覆量為80 140g/m2。所述的電池組保護電路包含分別電路連接所述主控電路的反接/錯接保護電路、單節電池電壓採樣電路、溫度保護電路、過流保護電路和充電控制保護電路。本發明提供的放電電流在8(Tl50C的鋰電池放電技術，很好的解決了困擾業界很久的以上難題。大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組具有高儲存能量密度，相對鉛酸電池而言鋰電池重量輕，相同體積下重量約為鉛酸電池的五分之一或是六分之一。鋰電池的使用壽命相對較長，具備高功率承受力。高低溫適用性強，綠色環保，不論生產、使用和報廢，都不含有、也不產生任何鉛、汞等有毒有害重金屬元素和物質。
和鉛酸電池相比，本發明充分利用磷酸鐵鋰的天生優勢，具有環保，體積更小，重量更輕，循環壽命更長，自放電率更低等特點，本發明具有諸多保護功能，例如，溫度保護，過流保護，短路保護，充電控制，錯接、反接報警等功能單元，能夠安全、穩定的實現大電流放電這一最主要的功能。


圖I是本發明的電路框 圖2是本發明的具體電路 圖3是本發明的控制流程圖。
具體實施例方式以下根據圖I 圖3，具體說明本發明的較佳實施例。如圖I所示，本發明提供的一種大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊包含電路連接的磷酸鐵鋰電池組101和電池組控制電路；
所述的磷酸鐵鋰電池組包含若干串聯的單體鋰電池1011，短接片1012將一節單體鋰電池的正極連接到另一節單體鋰電池的負極，整個磷酸鐵鋰電池組包含還包含輸出正極1014和輸出負極1013 ；
本實施例中，採用四節單體鋰電池1011串聯組成磷酸鐵鋰電池組，每節單體鋰電池1011電壓為3. 2伏，四節通過短接片1012相連接後，磷酸鐵鋰電池組101的電壓為3. 2伏X 4=12. 8伏，可以替代普通12V鉛酸電池；
由於該磷酸鐵鋰電池組之間靠厚度為I毫米，寬度為20毫米，長度為38毫米並且表面鍍銀處理後的紫銅片作為短接片進行串聯連接。確保其足夠承受電池組以最大放電倍率時的導通能力。要以80 150C的倍率放電，以8AH為例，放電電流在64(Tl200A，所以，串聯用的短接片經過各種嚴酷實驗，最後採用厚度為I毫米，寬度為20毫米，長度為38毫米的銅片，實驗證明，能夠耐受該放電電流；其它各個AH有相應不同規格尺寸的銅片；
輸出正極1014和輸出負極1013表面鍍金處理,與電池接觸電阻池小於0. 5毫歐，以滿足大電流放電的要求；
所述的單體鋰電池1011包括正極片、負極片、隔膜、電解液及外殼，所述的正極片包括集流體和塗覆在集流體上的正極材料，該正極材料包括正極活性物質、粘合劑及導電劑；所述的正極活性物質包含納米級磷酸鐵鋰和微米級磷酸鐵鋰，所述納米級磷酸鐵鋰與微米級磷酸鐵鋰的重量比為I 7 I 9 ;
所述的納米級磷酸鐵鋰中的中粒徑D50分布為300nm-900nm ；
所述的微米級磷酸鐵鋰中的中粒徑D50分布為2um-10um ；
所述正極活性物質在集流體上的單面塗覆量為80 140g/m2 ；
所述的電池組控制電路包含電路連接磷酸鐵鋰電池組的大電流繼電器104、電路連接該大電流繼電器的主控電路103，以及電路連接該主控電路的電池組保護電路102 ;所述的大電流繼電器104電路連接磷酸鐵鋰電池組的輸出正極和主控電路；
該大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊的工作原理是在外部條件滿足時，磷酸鐵鋰電池組在主控電路控制下，通過大電流繼電器吸合，磷酸鐵鋰電池組模塊的正極、負極對 外進行大電流放電，電池組保護電路保護磷酸鐵鋰電池組的正常工作。如圖2所示，所述的電池組保護電路102包含分別電路連接所述主控電路的反接/錯接保護電路1021、單節電池電壓採樣電路1022、溫度保護電路1023、過流保護電路1024和充電控制保護電路1025 ；
所述的主控電路103採用單片機MC96F6432Q，在外部條件滿足時，比如外部沒有短路，主控電路的單片機第54腳輸出高電平，使三極體Q27導通，進而大電流繼電器104吸合導通，磷酸鐵鋰電池組101的正極，負極輸出到大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊的正極，負極對外進行大電流放電，如果此時大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊工作異常，比如磷酸鐵鋰電池組過熱，主控電路會做出反應，關閉大電流繼電器對外大電流放電，以保護酸鐵鋰電池組模塊安全；
反接/錯接保護電路1021的主要電子器件採用光耦TLP627，當大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊的正極與負極和外部負載(如電池)相連接時，所述的反接/錯接保護電路1021的光耦U8B導通，說明外部負載連接正確，光耦U8B輸出正確的信號到主控電路的單片機第9腳，單片機收到這個信號後，程序做出正確的識別，然後單片機從第44腳輸出大電流繼電器的控制信號，控制大電流繼電器導通，大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊對外輸出大電流；
如果反接/錯接保護電路1021的光耦U8C導通，說明外部負載連接錯誤，光耦U8C輸出信號到主控電路的單片機第10腳，單片機收到這個信號後，程序做出正確的識別，然後單片機從第44腳輸出大電流繼電器的控制信號，控制大電流繼電器斷開，大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊對外不能輸出大電流；
所述的單節電池電壓採樣電路1022的主要電子器件採用集成運放LM224AD，P型MOS管BSS84和三極體S8550，單節電池電壓採樣電路1022對四個單體鋰電池的電壓分別進行採樣，由主控電路的單片機識別其正確電壓，作為充電或是對外大電流放電時的電壓依據；單節電池電壓採樣電路1022的輸入VBAT+，B2, B3, B4分別連接磷酸鐵鋰電池組第I節電池的正極，第2節電池的正極，第3節電池的正極及第4節電池的正極；運放Ul的三個部分U1A，U1B，U1C及相關電路，通過運算求和電路輸出四節單體鋰電池的單體電壓，分別送到主控電路單片機的第28腳，第27腳，第26腳和第25腳，單片機通過濾波算法，可以得到四個單節電池的真實電壓；
所述的溫度保護電路1023的主要電子器件溫度傳感器RT2採用NTC IOK電阻，當磷酸鐵鋰電池組模塊的溫度超過60度時，負溫度係數的溫度傳感器RT2相應的阻值會發生變化，電阻R68的電壓會發生變化，主控電路的單片機第34腳檢測到這個電壓變化，通過程序運算，識別出磷酸鐵鋰電池組模塊的溫度，並以此為依據，主控電路會斷開磷酸鐵鋰電池組模塊的對外供電，可以有效保護磷酸鐵鋰電池組；
所述的過流保護電路1024的主要電子器件採用集成運放LM358AM，當磷酸鐵鋰電池組對大電流放電時，如果超過設定的電流值，程序會在0.5秒內做出反映，主控電路會斷開磷酸鐵鋰電池組模塊的對外供電，可以有效保護磷酸鐵鋰電池組模塊；採樣的大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊負極電壓通過Rl 19輸入到運放U9B內部進行電壓放大，放大後的信號輸入到主控電路單片機的第31腳，程序在檢測到這個信號後進行模數轉換，單片機在對信號程序處理後得到模塊大電流的真實值，根據此值，如果超過設定的電流值，主控電路會切斷磷酸鐵鋰電池組模塊的對外供電，達到過流保護的目的；
所述的充電控制保護電路1025的主要電子器件採用集成運放LM224AD，在對磷酸鐵鋰電池組充電時，如果出現過充情況，主控電路會自動斷開磷酸鐵鋰電池組模塊，避免過充影響其使用壽命；在主控電路採樣到磷酸鐵鋰電池組的單節電池電壓過低時，磷酸鐵鋰電池組電壓低於8伏時，主控電路的單片機第43腳輸出高電平，使充電控制保護電路中的Q17 導通，進而Q28也導通，外部充電器通過Q28對磷酸鐵鋰電池組充電，同時，充電控制保護電路通過電阻R50對充電電流進行採樣，通過運放UlD將採樣電壓放大，送入到主控電路單片機的第31腳，程序實時檢測充電過程，在磷酸鐵鋰電池組充滿電時，單片機第43腳輸出低電平，切斷充電迴路。如圖3所示，本發明提供的一種大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊在實施例中的控制流程包含以下步驟
步驟I、啟動，大電流繼電器斷開；
步驟2、主控電路判斷磷酸鐵鋰電池組的電壓是否低於8. 0V，若是，跳轉到步驟12，若否，跳轉到步驟3 ;
步驟3、主控電路判斷電池溫度是否高於60度，若是，跳轉到步驟12，若否，跳轉到步驟
4 ；
步驟4、主控電路判斷反接/錯接保護電路是否工作，若是，跳轉到步驟12，若否，跳轉到步驟5 ；
步驟5、主控電路判斷所有連接均為有效合格後，自動輸出連接導通命令，使大電流繼電器吸合工作；
步驟6、主控電路完成放電電流、電池電壓及放電時間檢測，同時進行步驟12和步驟
7；
步驟7、主控電路判斷電池電壓是否低於8. 0V，若是，跳轉到步驟11，若否，跳轉到步驟
8；
步驟8、主控電路判斷電池溫度是否高於60度，若是，跳轉到步驟11，若否，跳轉到步驟
9；
步驟9、主控電路判斷電流是否大於設定值，若是，跳轉到步驟11，若否，跳轉到步驟
10；
步驟10、主控電路判斷放電時間是否達到5秒，若是，跳轉到步驟13，若否，跳轉到步驟5 ；
步驟11、主控電路斷開大電流繼電器；
步驟12、主控電路記錄檢測數據；
步驟13、停止放電，跳轉到步驟I。儘管本發明的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本發明的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本發明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發明的保護範圍應由所附的權利要求來限 定。
權利要求
1.一種大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特徵在於，該磷酸鐵鋰電池組模塊包含電路連接的磷酸鐵鋰電池組(101)和電池組控制電路； 所述的磷酸鐵鋰電池組包含若干串聯的單體鋰電池(1011)，短接片(1012)將ー節單體鋰電池的正極連接到另ー節単體鋰電池的負極，整個磷酸鐵鋰電池組包含還包含輸出正極(1014)和輸出負極(1013)； 所述的電池組控制電路包含電路連接磷酸鐵鋰電池組的大電流繼電器(104)、電路連接該大電流繼電器的主控電路(103)，以及電路連接該主控電路的電池組保護電路(102)；所述的大電流繼電器(104)電路連接磷酸鐵鋰電池組的輸出正極和主控電路。
2.如權利要求I所述的大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特徵在於，所述的短接片(1012)採用銅片。
3.如權利要求I所述的大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特徵在於，所述的輸出正極(1014)和輸出負極(1013)表面鍍金處理，與電池接觸電阻池小於0. 5毫歐。
4.如權利要求I所述的大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特徵在於，所述的単體鋰電池(1011)包括正極片、負極片、隔膜、電解液及外殼，所述的正極片包括集流體和塗覆在集流體上的正極材料，該正極材料包括正極活性物質、粘合劑及導電劑。
5.所述的正極活性物質包含納米級磷酸鐵鋰和微米級磷酸鐵鋰，所述納米級磷酸鐵鋰與微米級磷酸鐵鋰的重量比為I :7 I :9。
6.如權利要求4所述的大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特徵在於，所述的納米級磷酸鐵鋰中的中粒徑D50分布為300nm-900nm。
如權利要求4所述的大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特徵在於，所述的微米級磷酸鐵鋰中的中粒徑D50分布為2um_10um。
7.如權利要求4所述的大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特徵在於，所述正極 活性物質在集流體上的單面塗覆量為80 140g/m2。
8.如權利要求I所述的大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特徵在於，所述的電池組保護電路(102)包含分別電路連接所述主控電路的反接/錯接保護電路(1021)、單節電池電壓採樣電路(1022)、溫度保護電路(1023)、過流保護電路(1024)和充電控制保護電路(1025)。
全文摘要
一種大電流放電技術的磷酸鐵鋰電池組模塊，包含電路連接的磷酸鐵鋰電池組和電池組控制電路，該磷酸鐵鋰電池組包含若干串聯的單體鋰電池，短接片將一節單體鋰電池的正極連接到另一節單體鋰電池的負極，整個磷酸鐵鋰電池組包含還包含輸出正極和輸出負極，該電池組控制電路包含電路連接磷酸鐵鋰電池組的大電流繼電器、電路連接該大電流繼電器的主控電路，以及電路連接該主控電路的電池組保護電路。本發明實現多節單體電池的串聯，並能穩定替代鉛酸電池組，充分利用磷酸鐵鋰的天生優勢，具有環保，體積更小，重量更輕，循環壽命更長，自放電率更低等特點，能夠安全、穩定的實現大電流放電這一最主要的功能。
文檔編號H01M10/42GK102820486SQ201210215528
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者張忠仁, 馬永勝, 楊康, 沈靜, 範曄平 申請人:上海廣為美線電源電器有限公司, 上海廣為電器工具有限公司, 上海廣為拓浦電源有限公司