[实用新型]一种低能耗电池组并联装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种低能耗电池组并联装置，利用多个二极管阻止多个电压可能不绝对相等的并联电池组在充电、放电以及静置过程中产生局部回路放电，从而增强电池组并联后的性能。

背景技术

电能是一种高级的清洁能源，能量的转化率高，几乎无污染。随着储电技术如铅酸电池组和磷酸铁锂电池组的发展，许多耗电较大的移动机械也逐渐使用电能作为能源。交通工具电动单车和电动汽车已不再是新生事物，已成为社会生活的一部分。这些移动机械均采用蓄电池作为能源。

蓄电池是储存电能的装置，目前市场上使用的蓄电池主要是铅酸电池和锂电池。由于磷酸铁锂电池的能量密度高，在大功率能量输出方面更有优势。蓄电池充电时将电能转化成化学能，放电时将化学能转化为电能。

不管是铅酸电池还是锂电池，单个电池的标称电压都在3伏或3伏以下。由于大多机械的直流用电多为12伏的整数倍（12伏、36伏、48伏、64伏和72伏等），因此各电池单体必须进行串联以获得合适的电压。电池组串联在实践中使用率高、技术成熟，无重大问题。由于电池单体的容量不可能做到无限大，如果要增加电池组的容量，将电池单体或电池组并联就不可避免。

对电单车来说，目前使用的直流电压多在72伏以下，电机的额定功率在350-1000瓦之间。以48伏的电单车为例，要加大电单车的续航里程，可能的方法主要有三个，1）增加串联电池单体数，额定电流不变但升高电压；2）电压不变，使用大容量单体进行串联以增加电流输出；3）电压不变，将多组一定容量的串联电池组再进行并联增加电流输出。另外还有一种就是独立使用几组电池，用开关进行控制，但这种方法使用极为不方便，也不利于发挥电池组的最大效应。

对于第1）种方法是不可行的。因为电压过高会导致整车的用电安全性下降，一般认为安全电压为36伏特，目前的电单车标准也多采用48伏的标准。如果电压过高发生电流泄漏很容易引发安全问题。而且，串联的电池组越多，虽然电压高，但电池内阻增加，不利于放电；最为头疼的是，如果其中一个电池单体落后会导致整个串联电池组性能快速下降，不利于维护。对已有电单车来说，增加电压意味着要有降压装置或者要使用高压电机，这需要对已有车辆进行较大程度的改造，因此这种方法成本过高，几乎不可行。

对于第2）种方法而言，电压不变，使用大容量单体进行串联能够增加车辆的续航能力。然而，大单体的制作成本相对较高，技术难度较大；而且大容量单体的容量也是有限的，如铅酸电池单体的较大标称容量也就28Ah，磷酸铁锂电池也就20Ah。因此，要获得更大的容量不进行并联就很难做到。而且不利于整合利用现有的小容量电池组，组装条件较为苛刻。

直观地看，第3）种方法是不改变电压增加电池容量的好方法，目前也在某些情况下进行试用。对于该情形来说，将几组理想等电压的电池组并联能增加电池组容量，有望在不改变电压的情况下增加电池组的电流输出。然而，尽管在选配电池组时会尽可能把均一性一致的等电压电池组进行并联，可以做到短时间内的一致性；但随着使用时间的增加，各电池组的特性会变得不一致，也就是说，各个参与并联的电池组电压不会严格相等，容量的损耗程度也不一样。现在的问题是，电压不严格相等就会产生局部回路，因为电池的内阻往往都较小，产生的局部无功损耗电流不容忽视。以标称48伏20Ah的两个电池组简单并联为例，这意味着每个电池组是16个磷酸铁锂电池串联而成，20Ah的磷酸铁锂电池单体（标称3伏特）内阻按1.3毫欧算，那么每个电池组的内阻是（1.3*16=）20.8毫欧；假定两个电池组产生的电压差为0.1伏特，则可产生局部电流（0.1/（0.0208*2）=）240mA。如果该两个电池组充好电并联暂时不用，放置一天的电池损耗可达240 mA*24h=5.8 Ah。这意味着两个48伏20Ah的电池组并联后，当时的容量是40Ah，放置1天后，可能就下降到34Ah左右，再放置几天甚至容量还会低于20Ah。如果两个电池组的不一致性加大，电池组的无功损耗还会加大。也正因为该情况的出现会导致电池组无功损耗过快，目前实践中很少采用这种简单并联方式。

经以上分析，对第3）中情况来说，一方面要用并联增加电池组容量（这样也相对经济），一方面电池组简单并联会导致无功损耗较大；如何来解决这对矛盾呢？本发明就是采用一个电池组并联装置，将电池组并联后的无功损耗降低到最小程度。

发明内容