[发明专利]一种双继电器锂电池管理保护方法

摘要

本发明公开了一种双继电器锂电池管理保护方法，包括监测电路、控制电路、过充继电器、过放继电器、充电二极管和放电二极管；过充继电器和过放继电器串联在锂电池组的充放电电路中，监测电路用于监测锂电池组中每支电芯的电压，控制电路的一端与监测电路连接，另一端分别与过充继电器和过放继电器连接；放电二极管与过充继电器并联，放电二极管的正负极分别与充放电电路的负极和正极连接；充电二极管与过放继电器并联，充电二极管的正负极分别与充放电电路的正极和负极连接。本发明可对锂电池提供有效的过充和过放保护，可实现锂电池的自由串并联，在过充保护时保留放电功能，在过放保护时保留充电功能，特别适用于动力电池和储能站中。

主权项

1.一种双继电器锂电池管理保护方法，该方法通过双继电器锂电池管理保护装置得以实现，所述的保护装置由监测电路(1)、控制电路(2)、过充继电器(3)、过放继电器(4)、充电二极管(5)和放电二极管(6)组成；所述过充继电器(3)和所述过放继电器(4)串联在锂电池组(7)的充放电电路中，所述监测电路(1)跨接在所述锂电池组(7)的每一支电芯的正负极两端，所述控制电路(2)的一端与所述监测电路(1)连接，所述控制电路(2)的另一端分别与所述过充继电器(3)和所述过放继电器(4)连接；所述放电二极管(6)与所述过充继电器(3)并联在所述充放电电路中，所述放电二极管(6)的正极与所述充放电电路的负极连接，所述放电二极管(6)的负极与所述充放电电路的正极连接；所述充电二极管(5)与所述过放继电器(4)并联在所述充放电电路中，所述充电二极管(5)的正极与所述充放电电路的正极连接，所述放电二极管(6)的负极与所述充放电电路的负极连接；所述过充继电器(3)为一种电池能量均衡继电器，所述电池能量均衡继电器包括一个带有散热板(16)的外壳(111)，所述散热板(16)位于所述外壳(111)的一个侧面，所述外壳(111)的底部设置有底壳(112)，所述外壳(111)内部设置有一个电磁铁(17)、弹簧(19)、弹簧座(18)、衔铁(110)、活动触点(13)、常闭触点(14)、常开触点(15)、第一引脚(11)以及第二引脚(12)，所述活动触点(13)、所述常闭触点(14)、所述常开触点(15)、所述第一引脚(11)和所述第二引脚(12)从所述底壳(112)上露出；所述电磁铁(17)由绝缘管(171)、线圈(172)和铁芯(173)组成，所述铁芯(173)设置在所述绝缘管(171)的内部，所述绝缘管(171)的外表面缠绕有一层或多层所述线圈(172)，所述线圈(172)的材质为经高温漆覆层处理的康铜丝，所述线圈(172)的一端与所述第一引脚(11)连接，所述线圈(172)的另一端与所述第二引脚(12)连接，所述第一引脚(11)和所述第二引脚(12)分别与所述控制电路(2)连接；所述电磁铁(17)贴附在所述散热板(16)的内侧面，所述弹簧座(18)位于所述电磁铁(17)的一侧，所述弹簧(19)的下端固定在所述弹簧座(18)上，所述衔铁(110)位于所述电磁铁(17)和所述弹簧座(18)的上方，所述衔铁(110)的后端与所述弹簧(19)的上端相连接，所述衔铁(110)的前端设置有所述活动触点(13)，所述活动触点(13)的头部位于所述常闭触点(14)和所述常开触点(15)之间，所述活动触点(13)的头部受所述弹簧(19)的拉力作用与所述常闭触点(14)接触；所述过放继电器(3)为一种采用微动开关的脱桥式磁保持继电器，所述脱桥式磁保持继电器包括一个罩壳(213)，所述罩壳(213)内设置有第一衔铁(21)、第二衔铁(22)、双线圈电磁铁(23)、工字型磁钢(24)、第一磁铁(25)、第二磁铁(26)和双向微动开关(27)；所述第一衔铁(21)的下端露出于所述罩壳(213)外，所述第一衔铁(21)的上端设置有静触点(28)；所述第二衔铁(22)的下端露出于所述罩壳(213)外，所述第二衔铁(22)的上端设置有一块衔铁弹片(29)；所述衔铁弹片(29)的中部设置有动触点(210)，所述动触点(210)与所述静触点(28)相对应，所述衔铁弹片(29)的下端设置有一根与之垂直的连杆(211)；所述连杆(211)的中部铰接有一个磁钢固定座(212)，所述工字型磁钢(24)设置在所述磁钢固定座(212)中，所述第一磁铁(25)和所述第二磁铁(26)分别位于所述工字型磁钢(24)下方的左右两侧；所述双线圈电磁铁(23)位于所述所述工字型磁钢(24)的上方，所述双线圈电磁铁(23)包括一根条形导体，所述条形导体的左右两端分别缠绕有第一励磁线圈和第二励磁线圈；所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈的一端分别从所述罩壳(213)中引出，并均与所述控制电路(2)连接，所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈的另一端分别与所述双向微动开关(27)中的第一连接点(271)和第二连接点(272)连接；所述双向微动开关(27)中还包括有第三连接点(273)、金属弹片(274)和拨杆(275)，所述金属弹片(274)的固定端连接在所述第三连接点(273)上，所述金属弹片(274)的活动端可在所述第一连接点(271)和所述第二连接点(272)之间来回摆动；所述第三连接点(273)上连接有导线，并从所述罩壳(213)中引出与所述控制电路(2)连接；所述拨杆(275)的固定端连接在所述金属弹片(274)的中部，所述拨杆(275)的活动端对准所述连杆(211)的末端；其特征在于，该方法的具体步骤如下：1)通过控制电路(2)设定锂电池组(7)中每支电芯的过充保护电压和过放保护电压，然后利用监测电路(1)对锂电池组(7)中的每支电芯的电压进行实时测量；2)当锂电池组(7)处于充电状态时，所有电芯同时充电，若监测电路(1)检测到任意一支电芯的电压达到过充保护电压时，立刻向控制电路(2)给出一个反馈信号，控制电路(2)随即控制过充继电器(3)断开，此时锂电池组(7)的充电电路断开，锂电池组(7)不再充电；而放电电路则利用放电二极管(6)的单向导通性，使得锂电池组(7)保留放电功能，锂电池组(7)可通过过充继电器(3)进行能量均衡，或者通过放电电路输出电量进行能量均衡；当监测电路(1)检测到该支电芯的电压降到指定电压之后，立刻向控制电路(2)给出一个反馈信号，控制电路(2)随即控制过充电继电器复位，此时锂电池组(7)的充电电路导通，锂电池组(7)恢复充电功能；以电池能量均衡继电器作为过充继电器(3)，其活动触点(13)与常闭触点(14)接触属于继电器导通状态，活动触点(13)与常开触点(15)接触属于继电器断开状态；电池能量均衡继电器的过充保护方式包括如下子步骤：当监测电路(1)检测到锂电池组(7)中的任意一支电芯的电压超过过充保护电压时，控制电路(2)通过锂电池组(7)的电量持续激励电池能量均衡继电器中的线圈(172)进行放电；线圈(172)中流过的电流使得电磁铁(17)产生电磁效应，衔铁(110)在电磁力吸引的作用下，克服弹簧(19)的弹力进而吸向铁芯(173)；于是衔铁(110)带动活动触点(13)与常开触点(15)闭合，使锂电池组(7)与充电电路断开，锂电池组(7)停止充电；由于线圈(172)的持续通电，因此锂电池组(7)超出过充保护电压的电能将大部分转化为电磁铁(17)所产生的磁能，小部分转化为线圈(172)所产生的热能，磁能会持续将衔铁(110)吸向铁芯(173)，保持充电电路断开状态，而热能则会通过散热板(16)散出，这样锂电池组(7)中的能量就得以均衡；当监测电路(1)检测到电芯的电压降到指定电压之后，控制电路(2)断开线圈(172)的供电，电磁铁(17)的电磁效应消失，其对衔铁(110)的吸力也随之消失，衔铁(110)在弹簧(19)的反作用力下返回初始的位置，使活动触点(13)与常闭触点(14)闭合，使所述电池与电池充电电路接通，锂电池组(7)可以继续充电；3)当锂电池组(7)处于放电状态时，随着电量不断释放，每支电芯的电压逐渐下降，若监测电路(1)检测到任意一支电芯的电压下降到过放保护电压时，立刻向控制电路(2)给出一个反馈信号，控制电路(2)随即控制过放继电器(4)断开，此时锂电池组(7)的放电电路断开，锂电池组(7)不再放电；而充电电路则利用充电二极管(5)的单向导通性，使得锂电池组(7)保留充电功能，锂电池组(7)可通过充电电路进行补电；当监测电路(1)检测到该支电芯的电压恢复到指定电压之后，立刻向控制电路(2)给出一个反馈信号，控制电路(2)随即控制过放电继电器复位，此时锂电池组(7)的放电电路导通，锂电池组(7)恢复放电功能；以采用微动开关的脱桥式磁保持继电器作为过放继电器(4)，其导通状态为，工字型磁钢(24)的整体向右倾斜，其右侧下部因磁力与第二磁铁(26)接触，其左侧下部与第一磁铁(25)分离，其左侧上部靠近双线圈电磁铁(23)的左端，其右侧上部远离双线圈电磁铁(23)的右端；连杆(211)处于其运动方向的最左端，衔铁(110)弹片被推出，动触点(210)与静触点(28)贴合，第一衔铁(21)与第二衔铁(22)导通；同时，连杆(211)末端与拨杆(275)分离，金属弹片(274)因其自身弹性特点处于复位状态，即金属弹片(274)的活动端与第二连接点(272)连接，此时第一励磁线圈(172)断开，而第二励磁线圈(172)接通，处于待工作状态；其断开状态为，工字型磁钢(24)的整体向左倾斜，其右侧下部与第二磁铁(26)分离，其左侧下部因磁力与第一磁铁(25)接触，其左侧上部远离双线圈电磁铁(23)的左端，其右侧上部靠近双线圈电磁铁(23)的右端；连杆(211)处于其运动方向的最右端，衔铁(110)弹片因其自身弹性特点被复位，动触点(210)与静触点(28)分离，第一衔铁(21)与第二衔铁(22)断开；同时，连杆(211)末端与拨杆(275)接触并施压，金属弹片(274)处于被推出状态，即金属弹片(274)的活动端与第二连接点(272)接触，此时第一励磁线圈(172)接通，处于待工作状态，而第二励磁线圈(172)断开；采用微动开关的脱桥式磁保持继电器的过放保护包括如下子步骤：当监测电路(1)检测到锂电池组(7)中的额任意一支电芯的电压超过过充保护电压时，控制电路(2)通过锂电池组(7)给予第二励磁线圈(172)一个激励电流，双线圈电磁铁(23)的右端产生磁力，吸引工字型磁钢(24)的右侧上部向上翘起，靠近双线圈电磁铁(23)的右端，而工字型磁钢(24)的右侧下部则与第二磁铁(26)分离，同时工字型磁钢(24)的左侧上部向下落，远离双线圈电磁铁(23)的左端，而工字型磁钢(24)的左侧下部与第一磁铁(25)接触；然后工字型磁钢(24)通过磁钢安装座带动连杆(211)向右移动，连杆(211)继而拉动衔铁(110)弹片，使得动触点(210)与静触点(28)分离，第一衔铁(21)和第二衔铁(22)断开，使得继电器断开，充电电路断开；于此同时，随着连杆(211)的右移，连杆(211)的末端顶住双向微动开关(27)的拨杆(275)并施加压力，拨杆(275)继而向内运动并推动金属弹片(274)的活动端从第二连接点(272)摆动到第一连接点(271)，使得第二励磁线圈(172)断开，第一励磁线圈(172)接通，等待下一次稳态转换；当监测电路(1)检测到电芯的电压降到指定电压之后，其工作原理则与之相反。