[發明專利]一種復合電池

有效

• 申請號: 201110046337.2
• 申請日: 2011-02-25
• 公開（公告）號: CN102651491A
• 公開（公告）日: 2012-08-29
• 發明（設計）人: 胡金豐;梁國標;張華農
• 申請（專利權）人: 深圳市雄韜電源科技股份有限公司
• 主分類號: H01M16/00
• 分類號: H01M16/00;H01M4/68
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明涉及一種復合電池。

背景技術

眾所周知，鉛酸電池和鋰離子電池是屬于不同化學體系的二次電池，且各有其獨自的特點。鉛酸電池和鋰離子電池的簡單比較見表1：

表1

鉛酸蓄電池具有電壓平穩、安全可靠、價格低廉、適用范圍廣、原材料豐富和回收再生利用率高等優點，是世界上各類電池中產量最大、用途最廣的一種電池，其主要用于電信、銀行等后備電源、太陽能和風能儲能、汽車、摩托車以及電動車輛。但是，鉛酸電池在應用過程中也暴露出了很多局限性：

1.重量比能量太低，僅為30WH/KG；

2.循環壽命短，作為電動車輛用電池，使用約一年時間就需要進行更換；

3.欠充電使用時容易造成極板硫酸鹽化，使電池壽命嚴重縮短；如電動車輛、風能和太陽能用鉛酸電池，因經常不能及時對電池進行滿荷電充電，使得電池處于部分荷電狀態下循環使用，從而引起極板硫酸鹽化，導致容量加速衰減及壽命嚴重縮短；

4.不適合大電流放電；如圖1顯示，在不同倍率放電時，電池容量相當于1C1倍率放電電池容量的比值。可以看出，隨著放電倍率增加(放電電流增加)，電池所能放出的容量急劇下降。當所用電器以較高功率工作時，電池實際工作時間明顯縮短，導致達不到標稱的容量；

5.低溫特性較差，低于零下20℃時就難以正常工作。

上述局限性嚴重制約了鉛酸電池在電動車輛、風能及太陽能儲能、汽車及摩托車啟動等方面的應用。

為解決上述問題，人們相繼開發了新的二次電池，并應用于所述領域，鋰離子二次電池即為其中的代表，其具有以下顯著特點：

1.具有較高的重量比能量，大于110WH/KG；

2.循環壽命長，比如磷酸鐵鋰電池可達1500次以上，實際使用壽命可達5年，如圖2所示；

3.鋰離子電池可在任意荷電狀態下使用，不會因不飽和荷電循環使用而影響電池壽命，且常適合用于市電和充電狀態不穩定的環境下使用；

4.大電流放電性能優異，不同倍率下放電電池容量差異很小，可以10C₁A～20C₁A電流持續放電，這是鉛酸電池所無法實現的；鋰離子電池在不同倍率(C_XA)放電時容量與1C₁倍率(C₁A)放電的容量對比如圖3所示。

然而，鋰離子電池也有其局限性，主要是價格較高，其價格約為鉛酸電池的3～5倍，這在一定程度上限制了鋰離子電池的推廣應用。

為了充分利用兩種能量體系的優點，人們尋求將不同能量體系進行并聯使用。但是鋰離子電池和鉛酸電池的開路電壓是不同的，就是與鉛酸電池特性最相似的磷酸鐵鋰電池，其開路電壓也較鉛酸電池高0.3V左右(對12V電池而言)，而鉛酸電池和鋰離子電池內阻均很小，僅在毫歐級，當這樣的電池進行并聯時，回路中可產生上百安的電流，對電池損傷很大，無法實現直接并聯。現有的技術多是從電路上增加一些開關元器件或精確的控制電路，人為控制各支路電池的充電和放電起始，以達到避免兩個并聯的電池之間產生不受控的大電流問題。典型的如以下幾種類型技術所述：

現有一種具有高電流通路的二次電池，其通過控制元器件將柱狀電池和袋狀電池并聯起來，用袋狀電池填充柱狀電池中間的空隙，以達到充分利用電池盒內空間的目的。這種復合能源系統僅僅是通過并聯實現形狀互補，其并未導致并聯電池性能的互補，如并聯后能同時滿足輸出高功率和高容量的要求。此外，其兩組電池的充電/放電是互相獨立的。在兩組電池上分別附加了用于偵測電池充電/放電狀態的保護線路，以分別適時獲得并聯的兩路電池的電流、電壓狀態。當任何一個支路的電流、電壓到了設定的控制值時，保護線路給出信號，開關動作，導通或者關閉其中一路的開關。

另一種具有高電流通路的二次電池是將性能不同的兩種二次電池并聯使用，以充分利用兩種電池特性的系統。其第一并聯支路二次電池包括充電/放電開關、電池過充/過放保護；第二并聯支路二次電池包括充電/放電開關、電池過充/過放保護、用于與第一并聯支路二次電池系統保持電壓均衡的充電均衡管理模塊。其可實現兩套并聯的二次電池系統同時進行充電/放電，但各自進行充電/放電管理的功能。