專利名稱：大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的車船等應(yīng)急啟動電源多采用鉛酸蓄電池，近年來隨著人們環(huán)保意識的加強(qiáng)，對于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?zé)o污染，環(huán)保性，采用鋰電池來代替鉛酸電池，作為應(yīng)急啟動電源里的電池，便成為未來大勢所趨。但目前鋰電池并不具有高的放電倍率，最常見的就是在30C以內(nèi)(IC=I小時率額定容量(A.H);如8AH的電池1C=8A)。比如一節(jié)8AH的電池，其最大放電電流就是30X8=240安培。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)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(lǐng)域需要的是6￥，12￥，24￥，48￥等等。如果不采用串聯(lián)的話，則鋰電池單體的應(yīng)用將大大受限?，F(xiàn)在廣泛使用的免維護(hù)鉛酸電池，其實(shí)也是由單體串聯(lián)組成的，每個單體是2V。但這個從單體到串聯(lián)，要解決均衡充放電、溫度保護(hù)、過流保護(hù)、短路保護(hù)等諸多問題，才能真正進(jìn)入應(yīng)用。鉛酸電池有100多年的歷史，其從單體到串聯(lián)也走過了很長的路?，F(xiàn)在隨著人們對環(huán)保意識的加強(qiáng)，越來越迫切需要無污染的鋰電池組來代替鉛酸電池組。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供的一種大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊，實(shí)現(xiàn)多節(jié)單體電池的串聯(lián)，并能穩(wěn)定替代鉛酸電池組。更為突出的是，在串聯(lián)鋰電池組的大電流放電技術(shù)方面，取得卓有成效的結(jié)果，放電倍率高達(dá)80C，最高能達(dá)到150C。本發(fā)明將極大的促進(jìn)單體鋰電池經(jīng)過成組，廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域。包括但不限于汽車12V，24V系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種大電流放電技術(shù)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(lián)的單體鋰電池，短接片將一節(jié)單體鋰電池的正極連接到另一節(jié)單體鋰電池的負(fù)極，整個磷酸鐵鋰電池組包含還包含輸出正極和輸出負(fù)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(hù)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。所述的短接片采用銅片。所述的輸出正極和輸出負(fù)極表面鍍金處理，與電池接觸電阻池小于0. 5毫歐。所述的單體鋰電池包括正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液及外殼，所述的正極片包括集流體和涂覆在集流體上的正極材料，該正極材料包括正極活性物質(zhì)、粘合劑及導(dǎo)電劑；
所述的正極活性物質(zhì)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(zhì)在集流體上的單面涂覆量為80 140g/m2。所述的電池組保護(hù)電路包含分別電路連接所述主控電路的反接/錯接保護(hù)電路、單節(jié)電池電壓采樣電路、溫度保護(hù)電路、過流保護(hù)電路和充電控制保護(hù)電路。本發(fā)明提供的放電電流在8(Tl50C的鋰電池放電技術(shù)，很好的解決了困擾業(yè)界很久的以上難題。大電流放電技術(shù)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(qiáng)，綠色環(huán)保，不論生產(chǎn)、使用和報廢，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛、汞等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)。
和鉛酸電池相比，本發(fā)明充分利用磷酸鐵鋰的天生優(yōu)勢，具有環(huán)保，體積更小，重量更輕，循環(huán)壽命更長，自放電率更低等特點(diǎn)，本發(fā)明具有諸多保護(hù)功能，例如，溫度保護(hù)，過流保護(hù)，短路保護(hù)，充電控制，錯接、反接報警等功能單元，能夠安全、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)大電流放電這一最主要的功能。
圖I是本發(fā)明的電路框 圖2是本發(fā)明的具體電路 圖3是本發(fā)明的控制流程圖。
具體實(shí)施例方式以下根據(jù)圖I 圖3，具體說明本發(fā)明的較佳實(shí)施例。如圖I所示，本發(fā)明提供的一種大電流放電技術(shù)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(lián)的單體鋰電池1011，短接片1012將一節(jié)單體鋰電池的正極連接到另一節(jié)單體鋰電池的負(fù)極，整個磷酸鐵鋰電池組包含還包含輸出正極1014和輸出負(fù)極1013 ；
本實(shí)施例中，采用四節(jié)單體鋰電池1011串聯(lián)組成磷酸鐵鋰電池組，每節(jié)單體鋰電池1011電壓為3. 2伏，四節(jié)通過短接片1012相連接后，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；
由于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毫米并且表面鍍銀處理后的紫銅片作為短接片進(jìn)行串聯(lián)連接。確保其足夠承受電池組以最大放電倍率時的導(dǎo)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(lián)用的短接片經(jīng)過各種嚴(yán)酷實(shí)驗(yàn)，最后采用厚度為I毫米，寬度為20毫米，長度為38毫米的銅片，實(shí)驗(yàn)證明，能夠耐受該放電電流；其它各個AH有相應(yīng)不同規(guī)格尺寸的銅片；
輸出正極1014和輸出負(fù)極1013表面鍍金處理,與電池接觸電阻池小于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(fù)極片、隔膜、電解液及外殼，所述的正極片包括集流體和涂覆在集流體上的正極材料，該正極材料包括正極活性物質(zhì)、粘合劑及導(dǎo)電劑；所述的正極活性物質(zhì)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(zhì)在集流體上的單面涂覆量為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(hù)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(shù)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(fù)極對 外進(jìn)行大電流放電，電池組保護(hù)電路保護(hù)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(hù)電路102包含分別電路連接所述主控電路的反接/錯接保護(hù)電路1021、單節(jié)電池電壓采樣電路1022、溫度保護(hù)電路1023、過流保護(hù)電路1024和充電控制保護(hù)電路1025 ；
所述的主控電路103采用單片機(jī)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(jī)第54腳輸出高電平，使三極管Q27導(dǎo)通，進(jìn)而大電流繼電器104吸合導(dǎo)通，磷酸鐵鋰電池組101的正極，負(fù)極輸出到大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊的正極，負(fù)極對外進(jìn)行大電流放電，如果此時大電流放電技術(shù)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(yīng)，關(guān)閉大電流繼電器對外大電流放電，以保護(hù)酸鐵鋰電池組模塊安全；
反接/錯接保護(hù)電路1021的主要電子器件采用光耦TLP627，當(dāng)大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊的正極與負(fù)極和外部負(fù)載(如電池)相連接時，所述的反接/錯接保護(hù)電路1021的光耦U8B導(dǎo)通，說明外部負(fù)載連接正確，光耦U8B輸出正確的信號到主控電路的單片機(jī)第9腳，單片機(jī)收到這個信號后，程序做出正確的識別，然后單片機(jī)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(dǎo)通，大電流放電技術(shù)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(hù)電路1021的光耦U8C導(dǎo)通，說明外部負(fù)載連接錯誤，光耦U8C輸出信號到主控電路的單片機(jī)第10腳，單片機(jī)收到這個信號后，程序做出正確的識別，然后單片機(jī)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(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊對外不能輸出大電流；
所述的單節(jié)電池電壓采樣電路1022的主要電子器件采用集成運(yùn)放LM224AD，P型MOS管BSS84和三極管S8550，單節(jié)電池電壓采樣電路1022對四個單體鋰電池的電壓分別進(jìn)行采樣，由主控電路的單片機(jī)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(jù)；單節(jié)電池電壓采樣電路1022的輸入VBAT+，B2, B3, B4分別連接磷酸鐵鋰電池組第I節(jié)電池的正極，第2節(jié)電池的正極，第3節(jié)電池的正極及第4節(jié)電池的正極；運(yùn)放Ul的三個部分U1A，U1B，U1C及相關(guān)電路，通過運(yùn)算求和電路輸出四節(jié)單體鋰電池的單體電壓，分別送到主控電路單片機(jī)的第28腳，第27腳，第26腳和第25腳，單片機(jī)通過濾波算法，可以得到四個單節(jié)電池的真實(shí)電壓；
所述的溫度保護(hù)電路1023的主要電子器件溫度傳感器RT2采用NTC IOK電阻，當(dāng)磷酸鐵鋰電池組模塊的溫度超過60度時，負(fù)溫度系數(shù)的溫度傳感器RT2相應(yīng)的阻值會發(fā)生變化，電阻R68的電壓會發(fā)生變化，主控電路的單片機(jī)第34腳檢測到這個電壓變化，通過程序運(yùn)算，識別出磷酸鐵鋰電池組模塊的溫度，并以此為依據(jù)，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(hù)磷酸鐵鋰電池組；
所述的過流保護(hù)電路1024的主要電子器件采用集成運(yùn)放LM358AM，當(dāng)磷酸鐵鋰電池組對大電流放電時，如果超過設(shè)定的電流值，程序會在0.5秒內(nèi)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(hù)磷酸鐵鋰電池組模塊；采樣的大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊負(fù)極電壓通過Rl 19輸入到運(yùn)放U9B內(nèi)部進(jìn)行電壓放大，放大后的信號輸入到主控電路單片機(jī)的第31腳，程序在檢測到這個信號后進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，單片機(jī)在對信號程序處理后得到模塊大電流的真實(shí)值，根據(jù)此值，如果超過設(shè)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(dá)到過流保護(hù)的目的；
所述的充電控制保護(hù)電路1025的主要電子器件采用集成運(yùn)放LM224AD，在對磷酸鐵鋰電池組充電時，如果出現(xiàn)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；在主控電路采樣到磷酸鐵鋰電池組的單節(jié)電池電壓過低時，磷酸鐵鋰電池組電壓低于8伏時，主控電路的單片機(jī)第43腳輸出高電平，使充電控制保護(hù)電路中的Q17 導(dǎo)通，進(jìn)而Q28也導(dǎo)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(hù)電路通過電阻R50對充電電流進(jìn)行采樣，通過運(yùn)放UlD將采樣電壓放大，送入到主控電路單片機(jī)的第31腳，程序?qū)崟r檢測充電過程，在磷酸鐵鋰電池組充滿電時，單片機(jī)第43腳輸出低電平，切斷充電回路。如圖3所示，本發(fā)明提供的一種大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊在實(shí)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于8. 0V，若是，跳轉(zhuǎn)到步驟12，若否，跳轉(zhuǎn)到步驟3 ;
步驟3、主控電路判斷電池溫度是否高于60度，若是，跳轉(zhuǎn)到步驟12，若否，跳轉(zhuǎn)到步驟
4 ；
步驟4、主控電路判斷反接/錯接保護(hù)電路是否工作，若是，跳轉(zhuǎn)到步驟12，若否，跳轉(zhuǎn)到步驟5 ；
步驟5、主控電路判斷所有連接均為有效合格后，自動輸出連接導(dǎo)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(jìn)行步驟12和步驟
7；
步驟7、主控電路判斷電池電壓是否低于8. 0V，若是，跳轉(zhuǎn)到步驟11，若否，跳轉(zhuǎn)到步驟
8；
步驟8、主控電路判斷電池溫度是否高于60度，若是，跳轉(zhuǎn)到步驟11，若否，跳轉(zhuǎn)到步驟
9；
步驟9、主控電路判斷電流是否大于設(shè)定值，若是，跳轉(zhuǎn)到步驟11，若否，跳轉(zhuǎn)到步驟
10；
步驟10、主控電路判斷放電時間是否達(dá)到5秒，若是，跳轉(zhuǎn)到步驟13，若否，跳轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)；
步驟13、停止放電，跳轉(zhuǎn)到步驟I。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限 定。
權(quán)利要求
1.一種大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特征在于，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(lián)的單體鋰電池(1011)，短接片(1012)將ー節(jié)單體鋰電池的正極連接到另ー節(jié)単體鋰電池的負(fù)極，整個磷酸鐵鋰電池組包含還包含輸出正極(1014)和輸出負(fù)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(hù)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(quán)利要求I所述的大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特征在于，所述的短接片(1012)采用銅片。
3.如權(quán)利要求I所述的大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特征在于，所述的輸出正極(1014)和輸出負(fù)極(1013)表面鍍金處理，與電池接觸電阻池小于0. 5毫歐。
4.如權(quán)利要求I所述的大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特征在于，所述的単體鋰電池(1011)包括正極片、負(fù)極片、隔膜、電解液及外殼，所述的正極片包括集流體和涂覆在集流體上的正極材料，該正極材料包括正極活性物質(zhì)、粘合劑及導(dǎo)電劑。
5.所述的正極活性物質(zhì)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(quán)利要求4所述的大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特征在于，所述的納米級磷酸鐵鋰中的中粒徑D50分布為300nm-900nm。
如權(quán)利要求4所述的大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特征在于，所述的微米級磷酸鐵鋰中的中粒徑D50分布為2um_10um。
7.如權(quán)利要求4所述的大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特征在于，所述正極 活性物質(zhì)在集流體上的單面涂覆量為80 140g/m2。
8.如權(quán)利要求I所述的大電流放電技術(shù)的磷酸鐵鋰電池組模塊，其特征在于，所述的電池組保護(hù)電路(102)包含分別電路連接所述主控電路的反接/錯接保護(hù)電路(1021)、單節(jié)電池電壓采樣電路(1022)、溫度保護(hù)電路(1023)、過流保護(hù)電路(1024)和充電控制保護(hù)電路(1025)。
全文摘要
一種大電流放電技術(shù)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(lián)的單體鋰電池，短接片將一節(jié)單體鋰電池的正極連接到另一節(jié)單體鋰電池的負(fù)極，整個磷酸鐵鋰電池組包含還包含輸出正極和輸出負(fù)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(hù)電路。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)多節(jié)單體電池的串聯(lián)，并能穩(wěn)定替代鉛酸電池組，充分利用磷酸鐵鋰的天生優(yōu)勢，具有環(huán)保，體積更小，重量更輕，循環(huán)壽命更長，自放電率更低等特點(diǎn)，能夠安全、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)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(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者張忠仁, 馬永勝, 楊康, 沈靜, 范曄平 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