CN113178631A - 一种设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，属于锂电池技术领域。该磷酸铁锂电池组包括串联设置的若干个机械构造独立的电池模块，所述电池模块包括多个标准电池模块和一个保护电池模块，其中保护电池模块位于磷酸铁锂电池组的总负极位置；所述标准电池模块和保护电池模块中分别包括多个串联连接的电池；每个电池两端均并联有二端稳压管式均衡线路；保护电池模块中全部或部分电池的两端还并联有一个充电保护线路。该保护电池模块相较于标准电池模块一直处于荷电领先位置，在电池组充电过程中提供充电保护，安全性高；同时该电池组内无需设置放电保护线路，实际放电保护依赖于外线路或者用电器具提供的欠压保护装置。

Description

一种设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组。

背景技术

锂离子电池组是由多个锂离子电池通过串联组成的电池组，锂离子电池组的充电过程一般可以分为两个阶段。第一阶段为直充阶段，同串的所有电池获得相同的电量，直到一个电压领先电池首先达到满电电压。此后，就进入第二阶段，即均衡充电阶段，先期到达满电电压的电池两端设置的均衡线路开始导通，旁路掉的一部分充电电流，这部分旁路电流也就是均衡电流，电池逐个满电开启均衡直到电压落后的电池也达到完全满电，充电结束。在这个过程中，由于充电电流一般都会大于均衡电流，满电电池的电压会继续上升，继而触发充电保护断开充电线路。这时由于均衡电路的持续工作或者电池自放电的效果，电池电压逐步走低，达到解除保护的数值，充电通道重新开启，电池电压又开始上升，如此循环往复直到所有电池均完全满电。均衡充电时间取决于电池组内各个电池最大的荷电差异和均衡电流。这个荷电差异一般等于领先电池和落后电池的自放电电流差异和两次充电间隔时间的乘积。在一般情形下，上述电压领先电池并非特定电池，因此电池组各个电池的电压都需要被有效检测。同理对于放电保护，所有电池的电压也需要被检测。当电池电压超出设定的充放电保护限值时，电池管理系统(随后称作BMS)会关断电池组和外线路的电气连接，终止可能发生的不安全或者不可靠状态出现，较高级的BMS还会集成通讯等功能。

由于一个完整BMS线路需要对电池组中的每个电池电压进行监测，所需检测线缆被连接到每个待测电池的两端，然后这些线缆最后汇总到一个具有总控功能的线路板上，由于线束多且线径细，这些测试线束无法作为外部引线跨接在不同的电池模块之间，因此一般带有完全BMS线路的锂离子电池组都是一体化设计，这些一体化设计的锂离子电池组往往体积较大且结构较难改变，极大地限制了其应用范围。

一般锂离子电池充放电管理系统中都含有开关式均衡线路设计，当电池电压达到特定数值(～3.65V)时，均衡线路开始导通，电压跌落到特定数值时又重新开启。这样的开关器件一般选用场效应器件，其数量众多，而且受装配环境影响大，其可靠性稍差。但是任何一个这样的均衡线路开路失效，由于完整BMS线路的存在，导致电池组也不会损坏。消费者也不会轻易察觉得到。部分开关式均衡线路功能的缺失会逐步减损电池组的一致性，使得电池组可用容量较快速衰减，这种衰减源于电池组荷电领先电池和落后电池的差异逐步扩大，而不是单个电池的劣化。同时一般设计的BMS的均衡线路实际安装环境，空间受限散热比较困难，因此均衡线路的功率受到极大限制，特别对于铁锂电池组而言。因此可见，现有技术中，磷酸铁锂电池主要存在以下技术问题：现有的BMS线路通常是完整线路，且一般为一体化设计，因此电池组往往体积较大且结构较难改变，限制了其应用范围，特别是在铅酸动力电池等同替代方面。同时开关式均衡线路功率较小且可靠性差，其失效会引起电池组可用用量的快速衰减进而降低电池组的整体使用寿命，更进一步，这种开关式均衡线路必须依赖于一个完整的充放电保护线路提供的充分保护。

发明内容

自放电是电池的电荷保持能力的一个关键指标，这是一种无法克服的缺陷。行业内普遍认为铁锂电池的一致性较差，主要指的就是铁锂电池相较于其他锂离子电池具有更大的自放电电流，电荷保持能力差。一个待充电磷酸铁锂电池组内各个电池的荷电差异需要均衡线路的工作来差异化补足，因此需要更加高效的均衡线路设计。在同一个电池组中，由于各个电池的自放电速率不一致，经过一段时间的累积后，会对各个电池的荷电状态，也就是电池组的一致性产生极大的影响，自放电小的成为领先电池，自放电大的成为落后电池。本发明专利申请设计引入了一个线路，其在磷酸铁锂电池满电电压处具有可观的均衡电流，同时在铁锂电池电压平台处的工作电流可以适当调整，藉此设计一个或几个荷电领先电池并在上面设置充电保护线路。

本发明专利申请的目的在于利用申请人在先专利申请(201710601910.9，一种用于磷酸铁锂电池组的复合稳压电路)披露的磷酸铁锂电池组用二端稳压管式均衡线路取代一般开关式均衡线路，这个二端稳压管式均衡线路的设计，选用大功率半导体器件和PCB导热基材，设计简单具有较大功率。这个大功率连续均衡线路的存在，在特定情形下，避免了完整充放电保护线路的使用，由此设计的磷酸铁锂电池组，可方便地分解为多个模块电池，同时这种电池组的容量衰减更慢，解决背景技术中提到的几个技术问题。

如在先专利申请披露的情形，作为最佳实施案例，这个二端稳压管式均衡线路有且仅有两个功率二极管串联而成，其中至少一个为发光二极管LED。其在磷酸铁锂电池平台电压处(～3.300V)的电流(以后简称工作电流，这个工作电流可以调整)，虽然远小于其在满电电压处的均衡电流，但远大于电池自身具有的自放电电流。因此当一个电池两端连接有具有较小工作电流的稳压管时，这个电池就成为了电池组中的领先电池。这个二端稳压管式均衡线路具有成本低，设计简单，功率大，耐压和可靠性高等优点。

为了实现上述目的，本发明公开了一种设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，包括串联设置的若干个机械构造独立的电池模块，所述电池模块包括多个标准电池模块和一个保护电池模块，其中保护电池模块位于磷酸铁锂电池组的总负极位置；所述标准电池模块和保护电池模块中分别设有多个串联连接的电池，每个电池两端均并联有一个二端稳压管式均衡线路，兼有自放电控制的作用；所述保护电池模块中的部分或全部电池的两端还并联有一个充电保护线路，并联有充电保护线路的电池为保护电池。

进一步地，磷酸铁锂电池组的总电池串数为m，保护电池的串数为n，所述1≦n≦25％·m。

进一步地，所有电池的容量偏差≦5％。

进一步地，所述保护电池两端并联的二端稳压管式均衡线路的工作电流低于磷酸铁锂电池组中其他电池两端并联的二端稳压管式均衡线路的工作电流。

更进一步地，所述保护电池两端并联的二端稳压管式均衡线路的工作电流低于磷酸铁锂电池组中其他电池两端并联的二端稳压管式均衡线路的工作电流的5％-20％。

进一步地，所述二端稳压管式均衡线路中包括一个稳压二极管。

进一步地，所述二端稳压管式均衡线路中包括两个正向串联的二极管，其中至少一个是发光二极管LED器件。

进一步地，所述模块化磷酸铁锂电池组内不设置任何放电保护线路。

与现有一体化电池组产品相比，本发明参照铅酸电池组模块化设计，目标是作为现有铅酸动力电池售后市场的替代方案。电池组由多个电池模块组成，其中一个电池模块为充电保护电池，这个充电保护电池相较于同组的其他标准电池一直处于荷电领先位置，在电池组充电过程中提供充电保护。同时该磷酸铁锂电池组被分解成几个独立的电池模块。采用铅酸电池塑料壳体作为电池模块的外壳，在铅酸电池售后市场具有极大的安装便利性，同时其放电电压设置参照同规格的铅酸电池，因此用电器具无需更改任何内部线路。

附图说明

图1：12V模块电池的放电性能测试曲线。

图2：本发明的设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组的电路图。

图3：本发明中二端稳压管式均衡线路的电路图。

图4：本发明的一个较佳的模块化磷酸铁锂电池组的电路图。

图5：本发明的模块化磷酸铁锂电池组中各个电池模块的充电性能测试曲线。

附图标记说明：1-标准电池模块；2-保护电池模块；11-第一标准电池模块；12-第二标准电池模块；13-第三标准电池模块；21-充电保护线路。

具体实施方式

下面通过具体实施例进行详细阐述，说明本发明的技术方案。

铅酸电池发明于160多年前，由于其安全性高，经济耐用。铅酸电池可作为动力电池、启动电池、UPS和储能电池等等，至今仍被广泛地用于各种生活和工作场所。一个铅酸电池组通常由多个电池模块组成，其正负极一一相连组成电池组。铅酸电池组无需配置像锂离子电池配置的BMS一样的保护线路，其基本的保护来源于充电器提供的充电保护和用电器具提供的欠压保护组成。相对于带一个完整BMS一体化外形的锂电池，显著差异在于铅酸电池具有模块化特征，非常方便组合安装。相较于铅酸动力电池，锂离子电池组在包括使用寿命和能量密度等方面具有压倒性优势。这些年随着电动汽车的不断普及和动力锂离子电池技术的成熟，其单位成本也逐渐下行，对铅酸电池的经济性替代已经成为可能。然而目前通行的一体化锂离子电池产品，在广阔的铅酸动力电池售后市场，由于产品形态的限制制造了很大的障碍，这正是本专利申请需要解决的问题。

单个磷酸铁锂电池具有极长的循环寿命，但由于系统集成的方法问题，通用开关式均衡线路的功率较小且可靠性稍差，使得通常设计的磷酸铁锂电池组寿命常常无法满足消费者预期，期望中较长的循环寿命难以实现，阻碍了其市场的发展。

发明专利申请(201710601910.9，一种用于磷酸铁锂电池组的复合稳压电路)中，披露了一种使用二端稳压管式均衡线路作为铁锂电池组的均衡线路。该发明专利申请提供的方法就是着眼于解决这个问题，利用大功率的稳压管线路(均衡电流要求达到1-10％电池容量)，永久连接。同时严格抑制其在铁锂电池平台电压(3.300V)处的工作电流及其差异，避免在电池组在长期闲置时过量漏电，同时对其荷电状态(或者说均衡状态)产生严重不利影响。在3.300V处的电流管控要求为5％，相当于这个精密稳压二极管在恒温恒流测试时的电压偏差小于3毫伏。

上述发明专利申请中，这个精密复合二端稳压管式均衡线路由两个二极管元件串联而成，其中至少一个为LED，其在铁锂电池的电池平台电压3.3V处具有精密一致的电流电压特性，同时其在2.5～4.0V的整个工作电压范围内都具有极佳的稳压特性。这是个二端线路，永久连接在铁锂电池组内每个电池的两端，在铁锂电池平台电压3.300V处具有严格一致的工作电流，其在满电电压4.0V处具有可观的均衡电流(以后简称均衡电流)，这个均衡线路在3.3V处的工作电流远大于电芯的自放电电流。由于锂离子电池充放电电荷效率接近100％，一般深度的放电不会影响各个电池的荷电领先位置。这个二端稳压管线路的工作电流也是这个电池的总自放电的一部分，当同一电池组内各个电池的总自放电存在差异，经过一定时间的累积后，会造成电池组内各个电池荷电状态的显著变化。当具有较小工作电流的稳压管线路被连接在几个特定电池上面，由于其较小的总自放电，因此这些电池会成为荷电领先电池，其在充电时会更早达到满电电压，在这些荷电领先的电池上设置充电保护线路，可以保护所有电池免于遭受过压的损害。同时较大功率的稳压管均衡线路可以将各个电池的荷电差异较快速地缩减，各个电池的电压被迅速地拉平至均匀一致的满电电压。

仅仅装置有以上二端稳压管式均衡线路而不内置任何保护线路的电池组产品，在特定应用中也是可以的，特别是需要严格限定充电器输出的最高电压。然而在实际开放式应用场景中，例如滥用充电器导致电池过压损坏，过长时间的高温搁置存放导致过量漏电，电池组内部的一致性严重失衡等等，存在电池组充电和放电失效的几率急剧上升。因此在保证现有电池产品形态的前提下，需要导入一定充电保护设计，同时对特定情形下的放电使用提出必要警示。

另外需要说明的是，行业内的通常观念是锂电池是不安全的，需要BMS管控各种滥用条件下的安全风险，同时保证电池性能的充分发挥。这是由于各种锂电池的安全特性无法很好地被量度比较的结果。铁锂电池的安全性是远胜于三元电池或钴酸锂电池的。参考新闻报道中有关安装有不同种类锂电池的电动汽车发生自燃的几率，就像各种书籍所提出的，铁锂电池具有极高的安全性。因此对铁锂电池的安全防护要求不必要和聚合物锂电池一样严苛。基于前面的技术方案，利用铁锂电池的高安全性，适当在产品机构方面进行加强，申请人认为制造一个不用完全BMS线路的长寿命铁锂电池组是完全可行的方案。

在BMS线路的主电路上会有两组半导体开关器件，分别用于控制充电电流和放电电流。这些开关器件在一般应用条件下都是场效应MOS管器件，由于单一封装的MOS管的电流通道能力有限，为了获得更大的电流往往需要并联多个MOS管以获得更大的控制能力。在动力电池应用中，无论铅酸或者锂离子动力电池，一般充电电流都远小于其允许的放电电流，因此用于放电控制的MOS管的个数较多。

在动力电池组用于车辆驱动的实际应用中，用相应充电器充电，对马达进行放电。当分别触发保护时，对应的MOS管需要关断。降落到充电MOS开关上的压差一般不会大于12V，而降落到放电MOS开关上电压差为电池组的电压，或者稍高于电池组的电压。同时对于一个动力电池而言，总内阻越低，其输出特性越好、驱动效率也就越高。作为放电控制的MOS管贡献了其中的一部分。一个MOS管的导通内阻和其耐压接近正比关系。因此，相对于充电控制用的MOS管，用于放电控制的MOS管需要更大的电流和耐压能力，这些放电控制用MOS管还必须具有最小的导通电阻，解决这对矛盾需要投入较高的成本，同时其可靠性也会成为问题。与之相反用于充电控制的MOS管，其需要的电流和耐压要求低，因此相关成本低同时设计可靠性更高。

磷酸铁锂电池具有平坦的充放电电压曲线，绝大部分能量集中在其平台电压附近，充电时略高，放电时略低。在放电过程中，其大约90％的电量会在电压平台处释放，然而其最后的10％电量，其放电电压会随着残余容量的释放快速下降。当各个电池的荷电一致性状态良好且同时容量差小于5％时，每个电池的最终放电电压差异极小，同时铁锂电池对放电欠压的耐受度较好，因而仅仅需要对电池组的总电压进行监控设置并合适的欠压保护就能防止单个电池的过度放电。

这样的欠压保护装置在原配铅酸电池的二三轮电动车辆上属于标准化配置，因此在这些特定应用中，用本发明披露的铁锂电池组取代相应规格的铅酸电池无需更换任何车辆线路特别是控制器。必须提及的必要前提是电池组内各个电池的容量差异小，同时一直处于良好的均衡状态，获得良好的均衡状态需要一个功率大而且稳定可靠的均衡线路，这也是这个大功率稳压管均衡线路的特点。

提取一个由四个磷酸铁锂电池串联而成的名义电压为12V(实际12.8v)的20AH模块电池进行放电测试，以0.5C(＝10A)放电测试曲线如图1所示，一般设置的放电截止电压为10.5V，和12V铅酸电池保持一致，磷酸铁锂电池的实际放电深度其实可以更深(～2V单串)。检测模块电池电压变化情况。在最后～10％电量的释放过程中，电池电压急剧下降，最后触发放电保护。当同一电池内多个电池的容量偏差较小时，这种跌落相对同步，每个电池模块的最低放电电压都会集中在10.5V左右，因此在绝对下限(～8V)之上保有一定的安全设计余量。

由此我们可以看到，利用铁锂电池放电曲线末端的近线性特点，在有效管控电池容量差异，利用大功率稳压管均衡线路保证电池组随时处于良好的均衡状态，同时外线路设置适当的欠压保护装置，上述设计可以避免BMS放电管理线路的使用，带来的好处除了成本节省和动力及可靠性提升之外，这样的设计保证了这个模块化电池设计的可行性。

在磷酸铁锂电池组处于充电状态时，单个电芯电压一旦超过3.50V后，继续充电可获得的容量增加非常少，然而直到4.0V，短时间内铁锂电池也不会发生过压损毁因此铁锂电池的充电电压上限管理非常灵活，我们称4.0V为磷酸铁锂电电池的极限耐受电压，在这个电压下，设置的稳压二极管均衡线路的电流为最大均衡电流。而基于前述专利申请的精密稳压二极管连续均衡线路构造的铁锂模块电池的最低满电电压为3.50V，由于电池组配置的稳压管均衡线路永久连通，一直处于有效均衡工作状态，因此充电器所需的电压设置具有极大的灵活性，下至3.50V上至4.00V。因此新设计磷酸铁锂电池组可以设置较低的充电总电压，最大程度降低电池组过充风险。

一般磷酸铁锂电池的充电保护线路启动电压设置在3.65-3.75V之间，当任何一个受检测电池的电压达到设置的保护点时，充电线路会被关断直到电池电压下降(通过自放电或均衡线路)到设定的解除保护的电压值，充电通道打开恢复充电。如此往复，由于这个大功率连续均衡线路的存在，会逐渐将各个电池的电压拉平达到一致均衡状态。

和其他锂电池一样，铁锂电池具有高效的充放电电荷循环效率，其电荷的循环效率非常接近100％，在有效管控电池自身的漏电流后，调整所连接的稳压管均衡线路的工作电流后，我们可以设计少许领先电池，这些电池在充电时都会处于领先状态，检测这些电池的电压，而不是电池组中的全部电池的电压就可以对所有电池进行有效保护。这个稳压管式连续均衡线路除了提供较大的均衡电流外，我们可以借此极大地压低充电电压，一般设置为3.55V乘以电池串数，这比通常的铁锂电池组充电电压低0.10V。需要指出的是错误使用同规格更高电压的充电器(+12V)也不会对电池组产生即时的失效另外铁锂电池的安全性高，因此这个新设计铁锂电池组电池组对各种充电器的适用性好，或者说抗滥用性更高。

由于保护电池的荷电状态会稍高于非保护电池，在极端情况下，例如长期闲置储存后进行深度放电时，荷电较少的标准电池会先于保护电池达到耗尽状态。在总体放电保护电压限制不变的情形下，这些标准电池的放电会更深。为了避免因此造成的损坏，需要限定保护电池的串数，基于电池组总串数的比例，当这个比例低于25％时，这种异常状态下的电池过放损坏风险可以被有效管控。即使这种损坏最终发生，少数电池损坏，在下次充电环节由于保护线路的存在，在其余电池仍可被有效充满的情况下，使用过程中电池总电压会有较大的跌落，此时车辆仍可骑行，但是用户能够及时发现问题并进行报修，可避免电池进一步损坏影响用户的使用。

一般情况下用四串铁锂电池模块取代12V铅酸电池，后面的测试也是这样安排的，但是由于四串铁锂的放电平台电压在12.8V。因此在较高电压的电池组中，可以适当减少电池的总串数，例如用十九串铁锂电池组而不是二十串电池组来取代60V铅酸电池组，这样对电池组的放电保护会更加充分，以60V铅酸设置52.5V限值计算，单串电池的截止电压可以从2.63V提高到2.76V，带来的问题包括动力稍欠以及各个电池模块的电压无法保持一致。

除了电池自身的自放电需要均衡线路适时工作补足外，任何连接到单个电池两端的线路，假如其工作依赖于单个电池而非整个电池组的供电，就会存在独立的工作电流。这些工作电流数值不会严格一致，其差异部分也会造成和电池的自放电一样的效果导致电池组随时间逐步失衡。

通常由BMS控制的均衡线路在非充电时间或者说电池的平台电压附近是关断的，而电池管理系统需要的工作电流来自整个电池组，因此各个电池随时间流逝的电量是完全一致的，补充这些一致流失的电量无需均衡线路的参与，在直充阶段就能补足。

如图2所示，为本发明提供的设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组的电路图，该磷酸铁锂电池组包括一个n串磷酸铁锂电池B1......Bx......By、Bz......Bn，其中包括多个标准电池模块1和一个保护电池模块2，保护电池模块2位于磷酸铁锂电池组的总负极位置，在每个标准电池模块1和保护电池模块2中分别设有多个串联连接的电池；保护电池模块2中，除了第一个电池之外，在其余电池的两端均并联有充电保护线路21，保护电池模块2中，并联有充电保护线路21的电池为保护电池。同时，在标准电池模块1和保护电池模块2中，在每个电池的两端均并联有一个二端稳压管式均衡线路D1......Dx......Dy、Dz......Dn，在二端稳压管式均衡线路中，有三种电路设计方法，如图3所示：(1)3a：单个稳压二极管；(2)3b：两个正向串联的二极管，其中一个是发光二极管LED器件；(3)3c：两个正向串联的二极管，两个都是发光二极管LED器件。

保护电池两端并联连接的的二端稳压管式均衡线路Dz......Dn，和其他电池两端并联连接的二端稳压管式均衡线路D1......Dx、Dy相比，具体参数不同，具体地：二端稳压管式均衡线路Dz......Dn的工作电流比二端稳压管式均衡线路D1......Dx、Dy的工作电流低5％-20％左右，因此在保护电池模块2中的对应的电池Bz......Bn(即保护电池)一直处于荷电领先位置。

在保护电池模块2中的电池上设置充电保护线路21，具体为在保护电池模块2中除了第一个电池之外的其他电池上设置充电保护线路21；在其他实施例中，可在保护电池模块2中的所有电池上均设置充电保护线路21。

充电保护线路21采用目前市场上任意的一种铁锂电池充电保护线路均可以，例如可参考中国发明专利申请201910063687.6(一种锂电池组安全充电保护方法及其充电保护电路)中的充电保护线路设计，充电保护线路21可以监测相应电池的电压，必要时关断充电通道P-，B+和B-是放电通道总正极和总负极，而P-是充电保护负极通道，这种设计也称为异口设计，即充放电的负极设置在不同的端口。当在P-和B-间连接一个二极管或者MOS管，允许电池放电时电流单向通过，则这个电池组设计为同口设计，即充放电负极端口都是P-，而B-端口处于闲置状态。

当电池组处于以上异口设计时，放电通道上没有任何半导体开关器件，这对于具有能量回收的电动车辆提供了一个现成的充电通道，而不用通过原有的充电专用负极P-。

该实施例中，整个电池组被分解成几个电池模块，分别为多个标准电池模块1和一个保护电池模块2。一般情形下可以利用现有铅酸电池标准设定的塑料外壳作为这些模块电池的外壳，在实际应用场景中其用于替代铅酸电池具有极好的安装便利性。

如图3所示，为本发明的一个较佳实施例，该实施例中，电池模块包括三个标准电池模块和一个保护电池模块2，三个标准电池模块依次记为第一标准电池模块11、第二标准电池模块12、第三标准电池模块13，每个标准电池模块中分别串联设有四个电池，分别为B1-B4、B5-B8、B9-B12，在保护电池模块2中，同样串联设有四个电池，分别为B13-B16；但仅在B14-B16三个电池上设置了充电保护。

在标准电池模块1中，每个电池B1-B12两端均并联有一个二端稳压管式均衡线路D1-D12；在保护电池模块2中，每个电池B13-B16两端均并联有一个二端稳压管式均衡线路D13-D16；在保护电池模块2中，在电池B14-B16的两端分别并联有充电保护线路21，即在保护电池模块2中，部分电池的两端并联有充电保护线路21，在充电保护线路21中，充电保护线路21包括多个并联连接的单节保护IC和一个三极管，如图4所示，充电保护线路21包括三个并联连接的单节保护IC，三个单节保护IC并联连接后与三极管相连，三极管同时连接电池组的总负极和充电保护负极。在电池B14-B16的两端，分别并联有一个单节保护IC，可检测所连接的各个电池的实时电压，然后控制充电保护线路21中的三极管，即可控制充电负极通道的开闭。

二端稳压管式均衡线路D14-D16的工作电流在常温下略小于二端稳压管式均衡线路D1-D13的工作电流，具体为低5％-20％，其中部分用于补偿所连接的充电保护线路需要的工作电流，同时这个二端稳压管式均衡线路的工作电流受温度影响较大，而充电保护线路的待机工作电流具有阻性特点和温度无关，因此这个二端稳压管式均衡线路在常温下的工作电流设置也需要考虑环境温度的影响。

本发明中，对如图3所示的上述较佳实施例的模块化磷酸铁锂电池组进行充电性能测试，充电过程曲线如图5所示，三个标准电池模块的充电通道分别为CH11、CH12和CH13，保护电池模块的充电通道为CH21，每个标准电池模块和保护电池模块均由四个电压为3.2V的电池串联而成，每个模块的名义电压均为12V(实际电压为12.8V)，整个电池组的名义电压为48V，可以看出最后电压趋同完全均衡。

该实施例中模块化磷酸铁锂电池组中四个电池模块之间存在的荷电差异，具体地：第一标准电池模块11中的电池荷电总容量、第二标准电池模块12中的电池荷电总容量和第三标准电池模块13中的电池荷电总容量与保护电池模块2中的电池相比，分别低0.33％、0.67％和1.00％，因此保护电池模块2中的电池处于领先位置。在直充满电后其电压迅速上冲并触发充电保护线路21，充电通道被切断。随后由于二端稳压管式均衡线路上有持续电流通过，保护电池和标准电池电压开始滑落。曲线显示的保护电池模块CH21电压数值包含了降落在线路开关器件上的电压。

几分钟后，保护电池的电压滑落到充电保护线路21设置的保护解除值后，充电线路恢复导通，电池电压又一次开始走高直到再次触发保护，如此往复多次。由于稳压管的电压电流关系近似对数特性，即使较小的电压差也会产生极大的电流差异。原有的电量差异被很快填平。然后各个电池模块的电压迅速走平，之后电池组就处于完全一致的均衡状态。可见充电保护线路21和二端稳压管式均衡线路的高效工作能把这种差异快速填平。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的设计构思之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，其特征在于：包括串联设置的若干个机械构造独立的电池模块，所述电池模块包括多个标准电池模块和一个保护电池模块，其中保护电池模块位于磷酸铁锂电池组的总负极位置；所述标准电池模块和保护电池模块中分别设有多个串联连接的电池，每个电池两端均并联有一个二端稳压管式均衡线路；所述保护电池模块中的部分或全部电池的两端还并联有一个充电保护线路，并联有充电保护线路的电池为保护电池。

2.如权利要求1所述的设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，其特征在于：磷酸铁锂电池组的总电池串数为m，保护电池的串数为n，所述1≦n≦25％˙m。

3.如权利要求1所述的设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，其特征在于：所有电池的容量偏差≦5％。

4.如权利要求1所述的设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，其特征在于：所述保护电池两端并联的二端稳压管式均衡线路的工作电流低于磷酸铁锂电池组中其他电池两端并联的二端稳压管式均衡线路的工作电流。

5.如权利要求4所述的设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，其特征在于：所述保护电池两端并联的二端稳压管式均衡线路的工作电流低于磷酸铁锂电池组中其他电池两端并联的二端稳压管式均衡线路的工作电流的5％-20％。

6.如权利要求1所述的设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，其特征在于：所述二端稳压管式均衡线路中包括一个稳压二极管。

7.如权利要求1所述的设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，其特征在于：所述二端稳压管式均衡线路中包括两个正向串联的二极管，其中至少一个是发光二极管LED器件。

8.如权利要求1-7中任一项所述的设有部分充电保护线路的模块化磷酸铁锂电池组，其特征在于：所述模块化磷酸铁锂电池组内不设置任何放电保护线路。

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