[发明专利]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

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；