[发明专利]一种复合电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合电池。

背景技术

众所周知，铅酸电池和锂离子电池是属于不同化学体系的二次电池，且各有其独自的特点。铅酸电池和锂离子电池的简单比较见表1：

表1

铅酸蓄电池具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富和回收再生利用率高等优点，是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池，其主要用于电信、银行等后备电源、太阳能和风能储能、汽车、摩托车以及电动车辆。但是，铅酸电池在应用过程中也暴露出了很多局限性：

1.重量比能量太低，仅为30WH/KG；

2.循环寿命短，作为电动车辆用电池，使用约一年时间就需要进行更换；

3.欠充电使用时容易造成极板硫酸盐化，使电池寿命严重缩短；如电动车辆、风能和太阳能用铅酸电池，因经常不能及时对电池进行满荷电充电，使得电池处于部分荷电状态下循环使用，从而引起极板硫酸盐化，导致容量加速衰减及寿命严重缩短；

4.不适合大电流放电；如图1显示，在不同倍率放电时，电池容量相当于1C1倍率放电电池容量的比值。可以看出，随着放电倍率增加(放电电流增加)，电池所能放出的容量急剧下降。当所用电器以较高功率工作时，电池实际工作时间明显缩短，导致达不到标称的容量；

5.低温特性较差，低于零下20℃时就难以正常工作。

上述局限性严重制约了铅酸电池在电动车辆、风能及太阳能储能、汽车及摩托车启动等方面的应用。

为解决上述问题，人们相继开发了新的二次电池，并应用于所述领域，锂离子二次电池即为其中的代表，其具有以下显著特点：

1.具有较高的重量比能量，大于110WH/KG；

2.循环寿命长，比如磷酸铁锂电池可达1500次以上，实际使用寿命可达5年，如图2所示；

3.锂离子电池可在任意荷电状态下使用，不会因不饱和荷电循环使用而影响电池寿命，且常适合用于市电和充电状态不稳定的环境下使用；

4.大电流放电性能优异，不同倍率下放电电池容量差异很小，可以10C₁A～20C₁A电流持续放电，这是铅酸电池所无法实现的；锂离子电池在不同倍率(C_XA)放电时容量与1C₁倍率(C₁A)放电的容量对比如图3所示。

然而，锂离子电池也有其局限性，主要是价格较高，其价格约为铅酸电池的3～5倍，这在一定程度上限制了锂离子电池的推广应用。

为了充分利用两种能量体系的优点，人们寻求将不同能量体系进行并联使用。但是锂离子电池和铅酸电池的开路电压是不同的，就是与铅酸电池特性最相似的磷酸铁锂电池，其开路电压也较铅酸电池高0.3V左右(对12V电池而言)，而铅酸电池和锂离子电池内阻均很小，仅在毫欧级，当这样的电池进行并联时，回路中可产生上百安的电流，对电池损伤很大，无法实现直接并联。现有的技术多是从电路上增加一些开关元器件或精确的控制电路，人为控制各支路电池的充电和放电起始，以达到避免两个并联的电池之间产生不受控的大电流问题。典型的如以下几种类型技术所述：

现有一种具有高电流通路的二次电池，其通过控制元器件将柱状电池和袋状电池并联起来，用袋状电池填充柱状电池中间的空隙，以达到充分利用电池盒内空间的目的。这种复合能源系统仅仅是通过并联实现形状互补，其并未导致并联电池性能的互补，如并联后能同时满足输出高功率和高容量的要求。此外，其两组电池的充电/放电是互相独立的。在两组电池上分别附加了用于侦测电池充电/放电状态的保护线路，以分别适时获得并联的两路电池的电流、电压状态。当任何一个支路的电流、电压到了设定的控制值时，保护线路给出信号，开关动作，导通或者关闭其中一路的开关。

另一种具有高电流通路的二次电池是将性能不同的两种二次电池并联使用，以充分利用两种电池特性的系统。其第一并联支路二次电池包括充电/放电开关、电池过充/过放保护；第二并联支路二次电池包括充电/放电开关、电池过充/过放保护、用于与第一并联支路二次电池系统保持电压均衡的充电均衡管理模块。其可实现两套并联的二次电池系统同时进行充电/放电，但各自进行充电/放电管理的功能。