CN201435433Y - 用于磷酸铁锂电池的充电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种磷酸铁锂电池的充电装置，包括：串联在充电器正负极之间由四只3.5Ah高功率型磷酸铁锂电池组成的磷酸铁锂电池组、对每只磷酸铁锂电池电压进行均衡控制的线路板、和与磷酸铁锂电池组串联，控制充放电参数的控制器。本实用新型很好地解决了磷酸铁锂电池浮充充电方式与铅酸电池浮充充电方式兼容问题，为以最小的成本代替铅酸电池提供了技术解决方案。
Description
技术领域
本实用新型涉及电池充放电装置，尤其涉及一种可直接置换UPS系统中的铅酸电池，用于磷酸铁锂电池的充电装置。
背景技术
铅酸蓄电池因其优越的耐过充能力、良好的安全性、较低的价格和可以接受的浮充使用寿命，一直以来是不间断电源电池的首选。不过铅酸电池也有其固有的缺点，如从电池原材料到成品电池制造、废电池处理这些过程中都对环境有较大的污染；电池重量比能量、体积比能量较低；以及倍率放电能力不足，电性能受环境温度影响较大等。
因此，如何找出一种既能具有铅酸蓄电池优势，又能克服其弊端的替代品是业内亟待解决的一个技术问题。
发明内容
本实用新型的目的是解决上述现有技术中存在的问题，提供一种用于磷酸铁锂电池的充电装置，该装置特别适用于正极材料使用磷酸铁锂的锂离子二次电池，并且该电池可直接置换UPS系统中的铅酸电池。
为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是，设计一种用于磷酸铁锂电池的充电装置，该充电装置包括：串联在充电器正负极之间的磷酸铁锂电池组、对每只磷酸铁锂电池电压进行均衡控制的线路板、和与磷酸铁锂电池组串联，控制充放电参数的控制器。
所述的磷酸铁锂电池组包括四只3.5Ah高功率型磷酸铁锂电池。
所述控制器设定的充放电参数范围在充电电压13.6～14.4V之间，限制电流范围在0.1C1～5C1A之间，可对电池组进行连续浮充或间歇浮充。
在本实用新型的一个较佳实施例中，所述控制器设定的充放电参数为浮充充电电压3.5V/单体，限制电流为3.5A，浮充截至电流为14mA。
与现有技术相比，本实用新型具有下列优点：
1.本实用新型提供了一种直接使用UPS系统中为铅酸蓄电池充电的充电器为锂离子二次电池充电的装置，不需要额外的升压电路，以最小的代价实现了直接用锂离子二次电池替换铅酸电池；
2.本实用新型设计的浮充充电装置简单、可靠，在较低的浮充充电电压下保证了锂离子二次电池可以在满荷电情况下工作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，其中：
图1是本实用新型的结构原理图；
图2是12V7Ah铅酸电池与12.8V3.2Ah磷酸铁锂电池恒功率222W放电的备电时间对比图；
图3是显示使用本实用新型充电装置电池组浮充使用寿命曲线图。
具体实施方式
本实用新型的设计思路如下：以新型材料磷酸铁锂为正极活性物质制作的锂离子二次电池具有无安全隐患、材料成本低、浮充寿命是铅酸电池的2倍以上等优点，而且，一次性替换整个UPS系统需要很大的采购成本，如果能在不更改原UPS硬件的前提下直接用锂离子二次电池替换铅酸电池，将是一个极好的发展方向。表1显示铅酸电池开路电压和浮充使用电压以及磷酸铁锂电池开路电压和循环使用充电电压的对比。
表1
| 12V铅酸电池 | 12V锂磷酸铁锂离子二次电池 | |
| 开路电压(V) | 13.1 | 13.4 |
| 浮充使用电压(V) | 13.8 | |
| 工作电压范围(V) | 9.6～13.1 | 9.2～12.8 |
| 循环使用充电电压(V) | 14.7 | 14.8～15.6 |
从表1中可以看出，使用磷酸铁锂材料制作的电池开路电压与铅酸电池一样，相差不超过0.3V，工作电压范围也基本重叠，替换时不需要转换电路即可进行放电维持设备正常工作；而且铅酸电池与磷酸铁锂电池的浮充充电电压也比较接近，这也使采用原有铅酸电池浮充充电电路实现为磷酸铁锂电池充电存在可能。唯一需要解决的就是进行浮充充电制度问题。常用的锂离子电池浮充充电一般是连续浮充充电，采用循环使用充电电压或低比之0.4V对电池进行浮充充电。磷酸铁锂电池循环使用充电电压为14.8～15.6V，采用常用的锂离子电池浮充方法时浮充电压在14.4～15.2V之间，磷酸铁锂电池需要的浮充电压就是14.4～15.2V，这就需要一个升压线路来提高UPS系统充电输出电压，直接导致了替换成本的增加，也增加了UPS系统充电模块的复杂程度。
本实用新型设计的充电装置直接用铅酸电池的浮充电压给磷酸铁锂电池组进行浮充充电，实验结果显示这样仍然可以保证磷酸铁锂电池的正常使用，很好地解决了磷酸铁锂电池浮充充电方式与铅酸电池浮充充电方式兼容问题。
本实用新型在一定电压下对串联在一起，电压为12V的磷酸铁锂电池组进行恒压充电，控制器设定充电电压范围为13.6～14.4V之间，限制电流范围为0.1C1～5C1A之间，可对电池组进行连续浮充或间歇浮充。采用连续浮充时，电池一直在电路中以13.6～14.4V进行充电，在市电中断时，电池对用电器进行供电；待市电正常后，继续对电池进行浮充充电。采用间歇浮充时，控制器设置一停止充电的截止电流，例如，设置截止电流为0～2C1％A，并以13.6～14.4V对电池进行浮充充电，当电流降低至截止电流时，电池停止充电。然后进入第二阶段，电池进入时间预设或电压下降点预设确定的搁置期，时间预设期为15天～2个月，电压下降点预设为12.8～13.6V，此期间电池处于自放电状态，不进行任何充电措施；到达时间预设期限或电压下降到预设点后自动转入以13.6～14.4V对电池进行浮充充电阶段，如此循环进行充放电操作。
实例1
将四只3.5Ah高功率型磷酸铁锂电池串联连接在一起组成总电压为12V的电池组，同时加上可以对每只电池电压进行均衡控制的线路板，这四只电池组成一个替换12V7Ah铅酸电池的锂离子二次电池组，拿该电池组直接替换下家用输出为220V，222W的UPS中的铅酸蓄电池。控制器设定浮充充电电压为3.5V/单体，限制电流为3.5A，浮充截至电流为14mA，浮充结束后当电池电压下降到13.2V既重新进行浮充充电，每一个月进行一次深放电。
以输出为222W的功率对该UPS进行测试，图1显示12V7Ah铅酸电池与12.8V3.2Ah磷酸铁锂电池恒功率222W放电的备电时间。
表2是以本实用新型浮充充电装置(14V电压恒压，截止电流14mA对电池进行充电)与以循环使用充电装置(14.8电压恒压，截至电流为35mA对电池充电)充电时电池放出容量的对比。
表2
| 充入电量(Ah) | 放出电量(Ah) | |
| 新型充电方法 | 3.52Ah | 3.53Ah |
| 循环使用充电方法 | 3.52Ah | 3.52Ah |
以本实用新型浮充充电装置(13.8V电压恒压，截止电流240mA对电池进行充电)与以循环使用充电方法(14.8电压恒压，截止电流为600mA对电池充电)充电时电池放出容量对比较可以看出这两种充电方法放出的容量基本都在61Ah左右。
图2显示使用本实用新型充电方法电池组浮充使用寿命曲线图(每一个月以1C1A放电，终止电压8V进行一次容量检测)。
实例2
将四只60Ah高容量型磷酸铁锂电池串联连接在一起，同时加上可以对每只电池电压进行均衡控制的线路板，这四只电池组成一个替换12V100Ah铅酸电池的锂离子二次电池组，拿该电池组直接替换下输出为220V，744W的UPS中的铅酸蓄电池。控制器设定浮充充电电压为13.8V，限制电流为3.5A，浮充截止电流为240mA，浮充结束后搁置一个月重新进行浮充充电，每两个月进行一次深放电。以输出为744W的功率对该UPS进行测试，该磷酸铁锂电池组备电时间与12V100Ah铅酸电池时间基本一致(约1h)。该实例中浮充充电装置电池的浮充使用寿命同样可以达到实例1中所示装置的效果。
Claims (4)
1.一种磷酸铁锂电池的充电装置，其特征在于该充电装置包括：串联在充电器正负极之间的磷酸铁锂电池组、对每只磷酸铁锂电池电压进行均衡控制的线路板、和与磷酸铁锂电池组串联，控制充放电参数的控制器。
2.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于：所述的磷酸铁锂电池组包括四只3.5Ah高功率型磷酸铁锂电池。
3.如权利要求1所述的充电装置，其特征在于：所述控制器设定的充放电参数范围在充电电压13.6～14.4V之间，限制电流范围在0.1C1～5C1A之间，可对电池组进行连续浮充或间歇浮充。
4.如权利要求3所述的充电装置，其特征在于：所述控制器设定的充放电参数为浮充充电电压3.5V/单体，限制电流为3.5A，浮充截至电流为14mA。
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