CN214124858U - 铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置及电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，该方案中，当处理器接收到切断信号时，控制第一开关闭合，控制第二开关断开，由锂电池组向负载供电；当锂电池组放电至低于电压阈值时，处理器控制第一开关断开，控制第二开关闭合，由铅酸电池组向负载供电。可见，该方式通过设置处理器和低成本的开关，能够在电源断开时，优先由锂电池组向负载供电，成本较低，并且该装置电路简单，不存在因电路复杂导致干扰较多的情况，提高了铅酸电池组与锂电池组混合使用时向负载供电的可靠性。本实用新型还公开了一种电源系统，具有与上述铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置相同的有益效果。

Description

铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置及电源系统

技术领域

本实用新型涉及新能源铅酸电池与锂电池组应用技术领域，特别是涉及一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置及电源系统。

背景技术

目前通信备用、电力储能及数据中心UPS(Uninterrupted Power System，不间断电源系统)等应用领域大量使用的备用电池为铅酸电池。近年来，随着锂离子电池技术的日益成熟，锂电池在这些应用领域可以替代原有的铅酸电池，发挥相同的功能和作用，并且锂电池的成本比铅酸电池低，因此，锂电池代替铅酸电池的趋势明显。

但是这些应用领域尚保有相当数量的铅酸电池，而且这些铅酸电池中又有很大一部分因为使用时间较短或充放电不频繁而仍有非常大的使用价值，如果直接替换报废，势必造成非常大的浪费。

因此，目前市面上通常采用铅酸电池组与锂电池组混合使用的方式，考虑到铅酸电池的循环寿命较短，当电源被切断时，短时间的备电宜优先由锂电池组提供。现有技术中通常设置锂电池组的电压高于铅酸电池组电压，当电源被切断时，由于锂电池组电压高于铅酸电池组电压，锂电池组会优先向负载供电。但这种方式需要增加升压电路，升压电路通常比较复杂，会导致能量转换发生损耗，降低了铅酸电池组与锂电池组混合使用时向负载供电的可靠性，并且成本较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置及电源系统，通过设置处理器和低成本的开关，能够在电源断开时，优先由锂电池组向负载供电，成本较低，并且该装置电路简单，不存在因电路复杂导致干扰较多的情况，提高了铅酸电池组与锂电池组混合使用时向负载供电的可靠性。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，包括：

串联在锂电池组与负载回路上的第一开关；

串联在铅酸电池组与所述负载回路上的第二开关；

分别与所述第一开关的控制端以及所述第二开关的控制端连接的所述处理器，用于在接收到切断信号时，控制所述第一开关闭合，控制所述第二开关断开，以便所述锂电池组向所述负载供电；在所述锂电池组放电至低于电压阈值时，控制所述第一开关断开，控制所述第二开关闭合，以便所述铅酸电池组向所述负载供电。

优选地，还包括：

输入端与电源连接、输出端分别与锂电池组以及铅酸电池组连接的整流模块，用于将所述电源提供的交流电整流成直流电；

串联在所述锂电池组与所述整流模块回路上且控制端与所述处理器连接的第三开关；

串联在所述铅酸电池组与所述整流模块回路上且控制端与所述处理器连接的第四开关；

所述处理器还用于在接收到供电信号时，控制所述第三开关和所述第四开关均闭合，以便所述电源向所述锂电池组和所述铅酸电池组充电。

优选地，还包括：

输入端与所述整流模块连接、输出端与所述处理器连接的监控模块，用于在监控到所述电源被切断时，向所述处理器发送所述切断信号，在监控到所述电源上电时，向所述处理器发送所述供电信号。

优选地，还包括：

输入端与电源连接、输出端分别与锂电池组以及铅酸电池组连接的整流模块，用于将所述电源提供的交流电整流成直流电；

串联在锂电池组与所述整流模块回路上且控制端与所述处理器连接的第三开关；

串联在铅酸电池组与所述整流模块回路上且控制端与所述处理器连接的第四开关；

所述处理器还用于判断所述铅酸电池组是否放电至所述电压阈值，若是，控制所述第三开关和所述第四开关均闭合。

优选地，所述铅酸电池组为N组，N组所述铅酸电池组并联连接，每组铅酸电池组包括M个铅酸电池，M个所述铅酸电池串联连接，其中，N、M均为不小于1的整数。

优选地，所述锂电池组为P组，P组所述锂电池组通过干接点并联连接，其中，P为不小于1的整数。

优选地，还包括：

与所述处理器连接的报警模块，用于在所述锂电池组放电至低于电压阈值时，发出警报。

优选地，所述处理器为电池管理系统BMS，其中，所述BMS通过所述锂电池的干接点连接所述第一开关和/或所述第二开关。

为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种电源系统，包括如上述所述铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，还包括：

与所述铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置连接的锂电池组；

与所述铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置连接的铅酸电池组。

本实用新型提供了一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，该方案中，设置了用于控制锂电池组向负载供电的第一开关和用于控制铅酸电池组向负载供电的第二开关，当处理器接收到切断信号时，控制第一开关闭合，控制第二开关断开，由锂电池组向负载供电；当锂电池组放电至低于电压阈值时，处理器控制第一开关断开，控制第二开关闭合，由铅酸电池组向负载供电。可见，该方式通过设置处理器和低成本的开关，能够在电源断开时，优先由锂电池组向负载供电，成本较低，并且该装置电路简单，不存在因电路复杂导致干扰较多的情况，提高了铅酸电池组与锂电池组混合使用时向负载供电的可靠性。

本实用新型还提供了一种电源系统，具有与上述铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置的结构示意图；

图2为本实用新型提供的另一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置的结构示意图；

图3为本实用新型提供的铅酸蓄电池的平均放电电压-保持时间曲线图；

图4为本实用新型提供的一种电源系统的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型的核心是提供一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置及电源系统，通过设置处理器和低成本的开关，能够在电源断开时，优先由锂电池组向负载供电，成本较低，并且该装置电路简单，不存在因电路复杂导致干扰较多的情况，提高了铅酸电池组与锂电池组混合使用时向负载供电的可靠性。

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，图1为本实用新型提供的一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置的结构示意图。

该装置包括：

串联在锂电池组与负载回路上的第一开关1；

串联在铅酸电池组与负载回路上的第二开关2；

分别与第一开关1的控制端以及第二开关2的控制端连接的处理器3，用于在接收到切断信号时，控制第一开关1闭合，控制第二开关2断开，以便锂电池组向负载供电；在锂电池组放电至低于电压阈值时，控制第一开关1断开，控制第二开关2闭合，以便铅酸电池组向负载供电。

申请人考虑到，目前市面上通常采用铅酸电池组与锂电池组混合使用的方式，考虑到铅酸电池的循环寿命较短，当电源被切断时，短时间的备电宜优先由锂电池组提供。现有技术中通常设置锂电池组的电压高于铅酸电池组电压，当电源被切断时，由于锂电池组电压高于铅酸电池组电压，锂电池组会优先向负载供电。但这种方式需要增加升压电路，升压电路通常比较复杂，会导致能量转换发生损耗，降低了铅酸电池组与锂电池组混合使用时向负载供电的可靠性，并且成本较高。

在本实施例中，设置了用于控制锂电池组向负载供电的第一开关1和用于控制铅酸电池组向负载供电的第二开关2，当处理器3接收到切断信号时，控制第一开关1闭合，控制第二开关2断开，由锂电池组向负载供电；当锂电池组放电至低于电压阈值时，处理器3控制第一开关1断开，控制第二开关2闭合，由铅酸电池组向负载供电。

需要说明的是，这里的处理器3通常为设置于锂电池组内部的BMS(BatteryManagement System，电池管理系统)，BMS包括一路干接点输入和干接点输出，BMS内部软件的控制逻辑支持铅酸锂电池混合使用的控制逻辑，其中，BMS的一路干接点输入和干接点输出为锂电池组干接点的复用。

当然，这里的处理器3不仅限为设置于锂电池组内部的BMS，对于采用哪种处理器3，本申请在此不做特别的限定。

还需要说明的是，锂电池包括休眠状态和激活状态，其中，激活状态包括正常工作模式和维护模式。当锂电池处于休眠状态时，第一开关1断开且锂电池不受BMS控制；当锂电池处于正常工作模式时，第一开关1闭合且锂电池受BMS控制；当锂电池处于维护模式时，第一开关1断开且锂电池受BMS控制。当锂电池组放电至低于电压阈值时，锂电池组进入维护模式。

此外，这里的铅酸电池组可以为阀控密封铅酸蓄电池，例如AGM(Absorbent GlassMat，阀调节吸水铅酸蓄电池)、平板胶体、管式胶体蓄电池、铅炭以及纯铅电池等；但铅酸电池组不仅限为阀控密封铅酸蓄电池，本申请在此不做特别的限定。

此外，这里的第一开关1和第二开关2通常设置为继电器，但不仅限为继电器，本申请在此不做特别的限定。

综上，该方式通过设置处理器3和低成本的开关，能够在电源断开时，优先由锂电池组向负载供电，成本较低，并且该装置电路简单，不存在因电路复杂导致干扰较多的情况，提高了铅酸电池组与锂电池组混合使用时向负载供电的可靠性。

请参照图2和图3，图2为本实用新型提供的另一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置的结构示意图；图3为本实用新型提供的铅酸蓄电池的平均放电电压-保持时间曲线图，其中，横坐标为铅酸蓄电池的保持时间，纵坐标为每块铅酸蓄电池的平均放电电压。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选地实施例，还包括：

输入端与电源连接、输出端分别与锂电池组以及铅酸电池组连接的整流模块4，用于将电源提供的交流电整流成直流电；

串联在锂电池组与整流模块4回路上且控制端与处理器3连接的第三开关5；

串联在铅酸电池组与整流模块4回路上且控制端与处理器3连接的第四开关6；

处理器3还用于在接收到供电信号时，控制第三开关5和第四开关6均闭合，以便电源向锂电池组和铅酸电池组充电。

由于锂电池组和铅酸电池组通常并联连接，当锂电池组放电至低于电压阈值时，锂电池组电压明显低于铅酸电池组电压，会导致锂电池组被铅酸电池组反充电，对铅酸电池组向负载供电的影响较大，为避免这种情况，在本实施例中，设置了串联在锂电池组与整流模块4回路上且控制端与处理器3连接的第三开关5和串联在铅酸电池组与整流模块4回路上且控制端与处理器3连接的第四开关6，当处理器3接收到供电信号时，控制第三开关5和第四开关6均闭合，此时，电源提供的交流电通过整流模块4整流成直流电后向锂电池组与铅酸锂电池组共同进行充电，此时即使铅酸电池组向锂电池组反充电，其对铅酸电池组的影响也是极其微小的，可以忽略。

需要说明的是，这里的第三开关5和第四开关6通常设置为继电器，但不仅限为继电器，本申请在此不做特别的限定。

此外，锂电池组和铅酸电池组被充满电后，转入浮充模式。

作为一种优选地实施例，还包括：

输入端与整流模块4连接、输出端与处理器3连接的监控模块，用于在监控到电源被切断时，向处理器3发送切断信号，在监控到电源上电时，向处理器3发送供电信号。

为了能够实时监控到电源的状态，在本实施例中，设置了输入端与整流模块4连接、输出端与处理器3连接的监控模块，在监控到电源被切断时，向处理器3发送切断信号；当市电接入时，监控模块监控到电源上电，向处理器3发送供电信号，电源提供的交流电通过整流模块4整流成直流电后向锂电池与铅酸锂电池共同进行充电。

需要说明的是，监控模块的输入端通常为监控模块的干接点DI，监控模块的输出端通常为监控模块的干接点DO，其中，监控模块的干接点DO与锂电池组的干接点连接。

当然，监控模块的输入端不仅限为监控模块的干接点DI，监控模块的输出端也不仅限为监控模块的干接点DO，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，还包括：

输入端与电源连接、输出端分别与锂电池组以及铅酸电池组连接的整流模块4，用于将电源提供的交流电整流成直流电；

串联在锂电池组与整流模块4回路上且控制端与处理器3连接的第三开关5；

串联在铅酸电池组与整流模块4回路上且控制端与处理器3连接的第四开关6；

处理器3还用于判断铅酸电池组是否放电至电压阈值，若是，控制第三开关5和第四开关6均闭合。

由于锂电池组和铅酸电池组通常并联连接，当锂电池组放电至低于电压阈值时，锂电池组电压明显低于铅酸电池组电压，会导致锂电池组被铅酸电池组反充电，对铅酸电池组向负载供电的影响较大，为避免这种情况，本实施例提出了另一种解决方案。处理器3判断铅酸电池组是否放电至电压阈值，若铅酸电池组放电至电压阈值，控制第三开关5和第四开关6均闭合，此时锂电池组和铅酸电池组电压基本一致，不会导致锂电池组被铅酸电池组反充电。

需要说明的是，处理器3判断铅酸电池组是否放电至电压阈值的方式通常为判断铅酸电池组的放电时间是否达到预设的保持时间，若是，判定铅酸电池组放电至电压阈值，控制第三开关5和第四开关6均闭合。这里的预设的保持时间根据负载电流和电池容量计算。这里以铅酸电池组为4只FTA12-190(12V190Ah)铅酸蓄电池串联，组成48V190Ah铅酸电池组。假如锂电池组的电压阈值的设定值为48V，即每块12V铅酸蓄电池的平均放电电压达到11.5V，系统工作的平均负载电流为50A；系统仅使用铅酸电池放电时，放电率为50/190＝0.26C，由铅酸蓄电池的平均放电电压-保持时间曲线图可得，该数值接近于0.28C，因此锂电池维护模式的保持时间为2.5小时，即150分钟。在BMS中输入该值，就可以确保锂电池组放电后有足够的时间与铅酸电池组隔离，避免被铅酸电池组充电。

当然，这里的预设保持时间也不仅限为通过该方式进行计算，本申请在此不做特别的限定。

作为一种优选地实施例，铅酸电池组为N组，N组铅酸电池组并联连接，每组铅酸电池组包括M个铅酸电池，M个铅酸电池串联连接，其中，N、M均为不小于1的整数。

作为一种优选地实施例，锂电池组为P组，P组锂电池组通过干接点并联连接，其中，P为不小于1的整数。

为了使铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置能够对不同大小的负载进行供电，在本实施例中，铅酸电池组可以设为N组，其中，N组铅酸电池组并联连接；每组铅酸电池组包括M个铅酸电池，M个铅酸电池串联连接，其中，N、M均为不小于1的整数；同理，锂电池组可以设为P组，P组锂电池组通过干接点并联连接，其中，P为不小于1的整数。可见，该方式能够得到不同容量的铅酸电池组和锂电池组，能够对不同大小的负载进行供电。

需要说明的是，当锂电池组为多组时，可以在多组锂电池组的并联支路上仅使用一个第一开关1和/或第三开关5进行控制；同理当铅酸电池组为多组并联连接时，可以在多组铅酸电池组的并联支路上仅使用一个第二开关2和/或第四开关6进行控制。

作为一种优选地实施例，还包括：

与处理器3连接的报警模块，用于在锂电池组放电至低于电压阈值时，发出警报。

为了当锂电池组放电至低于电压阈值时通知处理器3，以使处理器3进行相应的控制，在本实施例中，设置了与处理器3连接的报警模块，能够在锂电池组放电至低于电压阈值时，发出警报。

作为一种优选地实施例，处理器3为BMS，其中，BMS通过锂电池的干接点连接第一开关1和/或第二开关2。

在本实施例中，处理器3采用BMS，BMS为一套保护动力电池使用安全的控制系统，能够时刻监控锂电池组和/或铅酸电池组的使用状态，BMS通过锂电池的干接点连接第一开关1和/或第二开关2，实现了锂电池的干接点的复用。

当然，这里的处理器3不仅限为BMS，对于采用哪种处理器3，本申请在此不做特别的限定。

请参照图4，图4为本实用新型提供的一种电源系统的结构示意图。

本实用新型还提供了一种电源系统，包括如上述铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，还包括：

与铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置连接的锂电池组；

与铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置连接的铅酸电池组。

对于本实用新型提供的一种电源系统的介绍请参照上述实用新型实施例，本实用新型在此不再赘述。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，其特征在于，包括：

串联在锂电池组与负载回路上的第一开关；

串联在铅酸电池组与所述负载回路上的第二开关；

分别与所述第一开关的控制端以及所述第二开关的控制端连接的处理器，用于在接收到切断信号时，控制所述第一开关闭合，控制所述第二开关断开，以便所述锂电池组向所述负载供电；在所述锂电池组放电至低于电压阈值时，控制所述第一开关断开，控制所述第二开关闭合，以便所述铅酸电池组向所述负载供电；

还包括：

输入端与电源连接、输出端分别与锂电池组以及铅酸电池组连接的整流模块，用于将所述电源提供的交流电整流成直流电；

串联在所述锂电池组与所述整流模块回路上且控制端与所述处理器连接的第三开关；

串联在所述铅酸电池组与所述整流模块回路上且控制端与所述处理器连接的第四开关；

所述处理器还用于在接收到供电信号时，控制所述第三开关和所述第四开关均闭合，以便所述电源向所述锂电池组和所述铅酸电池组充电。

2.如权利要求1所述的铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，其特征在于，还包括：

输入端与所述整流模块连接、输出端与所述处理器连接的监控模块，用于在监控到所述电源被切断时，向所述处理器发送所述切断信号，在监控到所述电源上电时，向所述处理器发送所述供电信号。

3.如权利要求1所述的铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，其特征在于，

所述处理器还用于判断所述铅酸电池组是否放电至所述电压阈值，若是，控制所述第三开关和所述第四开关均闭合。

4.如权利要求1所述的铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，其特征在于，所述铅酸电池组为N组，N组所述铅酸电池组并联连接，每组铅酸电池组包括M个铅酸电池，M个所述铅酸电池串联连接，其中，N、M均为不小于1的整数。

5.如权利要求1所述的铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，其特征在于，所述锂电池组为P组，P组所述锂电池组通过干接点并联连接，其中，P为不小于1的整数。

6.如权利要求1所述的铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，其特征在于，还包括：

与所述处理器连接的报警模块，用于在所述锂电池组放电至低于电压阈值时，发出警报。

7.如权利要求1至6任一项所述的铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，其特征在于，所述处理器为电池管理系统BMS，其中，所述BMS通过所述锂电池的干接点连接所述第一开关和/或所述第二开关。

8.一种电源系统，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置，还包括：

与所述铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置连接的锂电池组；

与所述铅酸电池组与锂电池组混合使用的保护装置连接的铅酸电池组。

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