[發明專利]一種雙繼電器鋰電池管理保護方法

有效

• 申請號: 201711433887.3
• 申請日: 2017-12-26
• 公開（公告）號: CN107946678B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 彭旭華;樊朝暉
• 申請（專利權）人: 彭旭華
• 主分類號: H01M10/42
• 分類號: H01M10/42
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 翁德億

1.一種雙繼電器鋰電池管理保護方法，該方法通過雙繼電器鋰電池管理保護裝置得以實現，所述的保護裝置由監測電路(1)、控制電路(2)、過充繼電器(3)、過放繼電器(4)、充電二極管(5)和放電二極管(6)組成；所述過充繼電器(3)和所述過放繼電器(4)串聯在鋰電池組(7)的充放電電路中，所述監測電路(1)跨接在所述鋰電池組(7)的每一支電芯的正負極兩端，所述控制電路(2)的一端與所述監測電路(1)連接，所述控制電路(2)的另一端分別與所述過充繼電器(3)和所述過放繼電器(4)連接；所述放電二極管(6)與所述過充繼電器(3)并聯在所述充放電電路中，所述放電二極管(6)的正極與所述充放電電路的負極連接，所述放電二極管(6)的負極與所述充放電電路的正極連接；所述充電二極管(5)與所述過放繼電器(4)并聯在所述充放電電路中，所述充電二極管(5)的正極與所述充放電電路的正極連接，所述放電二極管(6)的負極與所述充放電電路的負極連接；

所述過充繼電器(3)為一種電池能量均衡繼電器，所述電池能量均衡繼電器包括一個帶有散熱板(16)的外殼(111)，所述散熱板(16)位于所述外殼(111)的一個側面，所述外殼(111)的底部設置有底殼(112)，所述外殼(111)內部設置有一個電磁鐵(17)、彈簧(19)、彈簧座(18)、銜鐵(110)、活動觸點(13)、常閉觸點(14)、常開觸點(15)、第一引腳(11)以及第二引腳(12)，所述活動觸點(13)、所述常閉觸點(14)、所述常開觸點(15)、所述第一引腳(11)和所述第二引腳(12)從所述底殼(112)上露出；所述電磁鐵(17)由絕緣管(171)、線圈(172)和鐵芯(173)組成，所述鐵芯(173)設置在所述絕緣管(171)的內部，所述絕緣管(171)的外表面纏繞有一層或多層所述線圈(172)，所述線圈(172)的材質為經高溫漆覆層處理的康銅絲，所述線圈(172)的一端與所述第一引腳(11)連接，所述線圈(172)的另一端與所述第二引腳(12)連接，所述第一引腳(11)和所述第二引腳(12)分別與所述控制電路(2)連接；所述電磁鐵(17)貼附在所述散熱板(16)的內側面，所述彈簧座(18)位于所述電磁鐵(17)的一側，所述彈簧(19)的下端固定在所述彈簧座(18)上，所述銜鐵(110)位于所述電磁鐵(17)和所述彈簧座(18)的上方，所述銜鐵(110)的后端與所述彈簧(19)的上端相連接，所述銜鐵(110)的前端設置有所述活動觸點(13)，所述活動觸點(13)的頭部位于所述常閉觸點(14)和所述常開觸點(15)之間，所述活動觸點(13)的頭部受所述彈簧(19)的拉力作用與所述常閉觸點(14)接觸；

所述過放繼電器(3)為一種采用微動開關的脫橋式磁保持繼電器，所述脫橋式磁保持繼電器包括一個罩殼(213)，所述罩殼(213)內設置有第一銜鐵(21)、第二銜鐵(22)、雙線圈電磁鐵(23)、工字型磁鋼(24)、第一磁鐵(25)、第二磁鐵(26)和雙向微動開關(27)；所述第一銜鐵(21)的下端露出于所述罩殼(213)外，所述第一銜鐵(21)的上端設置有靜觸點(28)；所述第二銜鐵(22)的下端露出于所述罩殼(213)外，所述第二銜鐵(22)的上端設置有一塊銜鐵彈片(29)；所述銜鐵彈片(29)的中部設置有動觸點(210)，所述動觸點(210)與所述靜觸點(28)相對應，所述銜鐵彈片(29)的下端設置有一根與之垂直的連桿(211)；所述連桿(211)的中部鉸接有一個磁鋼固定座(212)，所述工字型磁鋼(24)設置在所述磁鋼固定座(212)中，所述第一磁鐵(25)和所述第二磁鐵(26)分別位于所述工字型磁鋼(24)下方的左右兩側；所述雙線圈電磁鐵(23)位于所述所述工字型磁鋼(24)的上方，所述雙線圈電磁鐵(23)包括一根條形導體，所述條形導體的左右兩端分別纏繞有第一勵磁線圈和第二勵磁線圈；所述第一勵磁線圈和所述第二勵磁線圈的一端分別從所述罩殼(213)中引出，并均與所述控制電路(2)連接，所述第一勵磁線圈和所述第二勵磁線圈的另一端分別與所述雙向微動開關(27)中的第一連接點(271)和第二連接點(272)連接；所述雙向微動開關(27)中還包括有第三連接點(273)、金屬彈片(274)和撥桿(275)，所述金屬彈片(274)的固定端連接在所述第三連接點(273)上，所述金屬彈片(274)的活動端可在所述第一連接點(271)和所述第二連接點(272)之間來回擺動；所述第三連接點(273)上連接有導線，并從所述罩殼(213)中引出與所述控制電路(2)連接；所述撥桿(275)的固定端連接在所述金屬彈片(274)的中部，所述撥桿(275)的活動端對準所述連桿(211)的末端；

其特征在于，該方法的具體步驟如下：

1)通過控制電路(2)設定鋰電池組(7)中每支電芯的過充保護電壓和過放保護電壓，然后利用監測電路(1)對鋰電池組(7)中的每支電芯的電壓進行實時測量；

2)當鋰電池組(7)處于充電狀態時，所有電芯同時充電，若監測電路(1)檢測到任意一支電芯的電壓達到過充保護電壓時，立刻向控制電路(2)給出一個反饋信號，控制電路(2)隨即控制過充繼電器(3)斷開，此時鋰電池組(7)的充電電路斷開，鋰電池組(7)不再充電；而放電電路則利用放電二極管(6)的單向導通性，使得鋰電池組(7)保留放電功能，鋰電池組(7)可通過過充繼電器(3)進行能量均衡，或者通過放電電路輸出電量進行能量均衡；當監測電路(1)檢測到該支電芯的電壓降到指定電壓之后，立刻向控制電路(2)給出一個反饋信號，控制電路(2)隨即控制過充電繼電器復位，此時鋰電池組(7)的充電電路導通，鋰電池組(7)恢復充電功能；

以電池能量均衡繼電器作為過充繼電器(3)，其活動觸點(13)與常閉觸點(14)接觸屬于繼電器導通狀態，活動觸點(13)與常開觸點(15)接觸屬于繼電器斷開狀態；

電池能量均衡繼電器的過充保護方式包括如下子步驟：

當監測電路(1)檢測到鋰電池組(7)中的任意一支電芯的電壓超過過充保護電壓時，控制電路(2)通過鋰電池組(7)的電量持續激勵電池能量均衡繼電器中的線圈(172)進行放電；線圈(172)中流過的電流使得電磁鐵(17)產生電磁效應，銜鐵(110)在電磁力吸引的作用下，克服彈簧(19)的彈力進而吸向鐵芯(173)；于是銜鐵(110)帶動活動觸點(13)與常開觸點(15)閉合，使鋰電池組(7)與充電電路斷開，鋰電池組(7)停止充電；由于線圈(172)的持續通電，因此鋰電池組(7)超出過充保護電壓的電能將大部分轉化為電磁鐵(17)所產生的磁能，小部分轉化為線圈(172)所產生的熱能，磁能會持續將銜鐵(110)吸向鐵芯(173)，保持充電電路斷開狀態，而熱能則會通過散熱板(16)散出，這樣鋰電池組(7)中的能量就得以均衡；

當監測電路(1)檢測到電芯的電壓降到指定電壓之后，控制電路(2)斷開線圈(172)的供電，電磁鐵(17)的電磁效應消失，其對銜鐵(110)的吸力也隨之消失，銜鐵(110)在彈簧(19)的反作用力下返回初始的位置，使活動觸點(13)與常閉觸點(14)閉合，使所述電池與電池充電電路接通，鋰電池組(7)可以繼續充電；

3)當鋰電池組(7)處于放電狀態時，隨著電量不斷釋放，每支電芯的電壓逐漸下降，若監測電路(1)檢測到任意一支電芯的電壓下降到過放保護電壓時，立刻向控制電路(2)給出一個反饋信號，控制電路(2)隨即控制過放繼電器(4)斷開，此時鋰電池組(7)的放電電路斷開，鋰電池組(7)不再放電；而充電電路則利用充電二極管(5)的單向導通性，使得鋰電池組(7)保留充電功能，鋰電池組(7)可通過充電電路進行補電；當監測電路(1)檢測到該支電芯的電壓恢復到指定電壓之后，立刻向控制電路(2)給出一個反饋信號，控制電路(2)隨即控制過放電繼電器復位，此時鋰電池組(7)的放電電路導通，鋰電池組(7)恢復放電功能；

以采用微動開關的脫橋式磁保持繼電器作為過放繼電器(4)，其導通狀態為，工字型磁鋼(24)的整體向右傾斜，其右側下部因磁力與第二磁鐵(26)接觸，其左側下部與第一磁鐵(25)分離，其左側上部靠近雙線圈電磁鐵(23)的左端，其右側上部遠離雙線圈電磁鐵(23)的右端；連桿(211)處于其運動方向的最左端，銜鐵(110)彈片被推出，動觸點(210)與靜觸點(28)貼合，第一銜鐵(21)與第二銜鐵(22)導通；同時，連桿(211)末端與撥桿(275)分離，金屬彈片(274)因其自身彈性特點處于復位狀態，即金屬彈片(274)的活動端與第二連接點(272)連接，此時第一勵磁線圈(172)斷開，而第二勵磁線圈(172)接通，處于待工作狀態；其斷開狀態為，工字型磁鋼(24)的整體向左傾斜，其右側下部與第二磁鐵(26)分離，其左側下部因磁力與第一磁鐵(25)接觸，其左側上部遠離雙線圈電磁鐵(23)的左端，其右側上部靠近雙線圈電磁鐵(23)的右端；連桿(211)處于其運動方向的最右端，銜鐵(110)彈片因其自身彈性特點被復位，動觸點(210)與靜觸點(28)分離，第一銜鐵(21)與第二銜鐵(22)斷開；同時，連桿(211)末端與撥桿(275)接觸并施壓，金屬彈片(274)處于被推出狀態，即金屬彈片(274)的活動端與第二連接點(272)接觸，此時第一勵磁線圈(172)接通，處于待工作狀態，而第二勵磁線圈(172)斷開；

采用微動開關的脫橋式磁保持繼電器的過放保護包括如下子步驟：

當監測電路(1)檢測到鋰電池組(7)中的額任意一支電芯的電壓超過過充保護電壓時，控制電路(2)通過鋰電池組(7)給予第二勵磁線圈(172)一個激勵電流，雙線圈電磁鐵(23)的右端產生磁力，吸引工字型磁鋼(24)的右側上部向上翹起，靠近雙線圈電磁鐵(23)的右端，而工字型磁鋼(24)的右側下部則與第二磁鐵(26)分離，同時工字型磁鋼(24)的左側上部向下落，遠離雙線圈電磁鐵(23)的左端，而工字型磁鋼(24)的左側下部與第一磁鐵(25)接觸；然后工字型磁鋼(24)通過磁鋼安裝座帶動連桿(211)向右移動，連桿(211)繼而拉動銜鐵(110)彈片，使得動觸點(210)與靜觸點(28)分離，第一銜鐵(21)和第二銜鐵(22)斷開，使得繼電器斷開，充電電路斷開；

于此同時，隨著連桿(211)的右移，連桿(211)的末端頂住雙向微動開關(27)的撥桿(275)并施加壓力，撥桿(275)繼而向內運動并推動金屬彈片(274)的活動端從第二連接點(272)擺動到第一連接點(271)，使得第二勵磁線圈(172)斷開，第一勵磁線圈(172)接通，等待下一次穩態轉換；當監測電路(1)檢測到電芯的電壓降到指定電壓之后，其工作原理則與之相反。