一种基于脱桥式双稳态继电器的锂电池管理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于脱桥式双稳态继电器的锂电池管理系统，包括锂电池组、电池管理器和脱桥式双稳态继电器；电池管理器设置在锂电池组上，电池管理器中每个均衡装置均跨接在对应的锂电池组电芯正负极的两端；脱桥式双稳态继电器设置在锂电池组的充放电回路中，脱桥式双稳态继电器的两个主触点分别与锂电池组的正负极连接；锂电池组分别为第一、第二电感控制电路提供激励电流；第一、第二MOS开关分别与电池管理器中的主控制芯片连接。本实用新型专利技术在区间电压控制方法的基础上，采用了专用器件脱桥式双稳态继电器，同时结合均衡控制技术和上复位管理方式，设计出一种全新的锂电池管理方法，充分发挥了锂电池的性能和寿命。

【技术实现步骤摘要】

本技术锂电池保护
，具体涉及一种基于脱桥式双稳态继电器的锂电池管理系统。
技术介绍
电池是一个能量体，对使用者而言，其所储存的电力应用广泛，目前越来越受到用户的重视。然而，由于锂电池能量密度是目前已知的二次电池中最高的，因此能量管理也是最麻烦的。锂电池安全隐患来自于过充电，而过充电最主要的矛盾又来自于使用过程中引起的锂电池一致性问题。一般而言，动力电池由若干个电芯串联而成，由于各种原因，每个电芯做到完全一致是不可能的。绝对一模一样的产品，全不存在。那么在电池管理中就必须接受其动态均衡的特性，同时必须面对使用一定时间后引起的各种随意性偏差。电动自行车市场铅酸电池始终屹立不倒，很多人认为是锂电池成本高，其实不是。由于锂电池均衡管理难度太高，除了成本以外，在动力应用上，使用寿命指标并不占优势。由于铅酸电池在快充满电时内阻会出现倍增，过程中部分充电能量会转换成热能，天然具备自均衡的能力。因此，铅酸电池寿命发挥很充分，而锂电池恰恰没有此项功能，寿命完全发挥不出来。理论上，锂电池的寿命能够达到铅酸电池10~20倍的水平，实际上反而没有展示出优势，一般超1倍都很少做到。目前电池电压区间管理专用芯片一般有三到四个保护信号输出。以三元电池为例，单个电芯，4.2V为过充保护点，4.15V为均衡开启点（被动均衡），一般2.5~2.8V为过放保护点，4.1V为开关复位点（由于该复位点的电压小于均衡开启点的电压，因此称之为“下复位点”，也称之为“低位过充保护解除点”）。传统的做法是用MOS管或传统继电器作为保护开关，具体管理方法为：1、当电池电芯电压＞4.2V时，保护开关要断开，停止电池充电；2、当电池电芯电压＜2.5~2.8V时，保护开关同样断开，停止电池放电；3、当电池电芯电压＞4.15V时，需要的功率释放电流进入分回路，对电池电芯进行均衡，来调整电池一致性。这种设计主要的不足在于没有合适的开关器件支持该种设计；现在传统做法是采用MOS管作为保护开关，MOS管为半导体开关，对于高电压、高电流很敏感。而电池是一种相对随意的能量体，很难管理，面对复杂的负载环境，经常因异常电引起MOS管过热，损坏，可靠性不理想。如感性负荷类的电动自行车，尽管经历了快20年的发展，但锂电推广总是不够理想。“一种基于机械H桥的双稳态磁保持桥式脱离继电器”（申请号：201610157810.7）是本申请人在先申请的一件技术专利，简称“脱桥式双稳态继电器”，是一种专门应对锂电池保护所开发的双保持稳态继电器。它采用了弱电激励侧的脱桥设计，具备激励电流释放后使脱桥保持的功能，十分符合锂电池保护开关所需特性，非常适用于锂电池的电压区间管理，在充分发挥动力锂电池的电力特点的基础上，能够最合理地对电池充放电保护实施管理。
技术实现思路
针对现有锂电池管理和保护方法中存在的缺陷，本技术提供一种基于脱桥式双稳态继电器的锂电池管理系统，将电池均衡管理和脱桥式双稳态继电器相结合，并采用多组合协同的方式对锂电池进行管理，充分发挥锂电池的性能和寿命。为达到上述技术目的及效果，本技术通过以下技术方案实现：一种基于脱桥式双稳态继电器的锂电池管理系统，包括锂电池组、电池管理器和脱桥式双稳态继电器；所述锂电池组内串联有若干个电芯；所述电池管理器内部包含有一个主控制芯片和若干个与所述锂电池内的所述电芯相对应的均衡装置，每个所述均衡装置均由一个检测芯片、均衡开关和均衡电阻串联而成，所述主控制芯片分别与每个所述检测芯片连接；所述脱桥式双稳态继电器由第一电感控制电路、第二电感控制电路和接触开关组件组成，所述第一电感控制电路与所述第二电感控制电路相对设置，所述接触开关组件设置在所述第一电感控制电路和所述第二电感控制电路之间；所述第一电感控制电路中包括有第一条形导体、第一励磁线圈、第一MOS开关以及两个第一触点，所述第一励磁线圈绕制在所述第一条形导体上，所述第一励磁线圈和所述第一MOS开关串联在两个所述第一触点之间；所述第二电感控制电路中包括有第二条形导体、第二励磁线圈、第二MOS开关以及两个第二触点，所述第二励磁线圈绕制在所述第二条形导体上，所述第二励磁线圈和所述第二MOS开关串联在两个所述第二触点之间；所述接触开关组件包括一根可在所述第一条形导体与所述第二条形导体之间来回移动的永磁铁、一对与两个所述第一触点对应的第一辅助触点以及一对与两个所述第二触点对应的第二辅助触点；所述第一条形导体与所述永磁铁作为所述脱桥式双稳态继电器的主触点；所述电池管理器设置在所述锂电池组上，所述电池管理器中的每个所述均衡装置均跨接对应的所述电芯正负极的两端；所述脱桥式双稳态继电器设置在所述锂电池组的充放电回路中，所述脱桥式双稳态继电器中的两个主触点分别与所述锂电池组的正负极连接；所述锂电池组同时分别为所述脱桥式双稳态继电器中的所述第一电感控制电路和所述第二电感控制电路提供激励电流；所述第一MOS开关和所述第二MOS开关分别与所述电池管理器中的所述主控制芯片连接。优选的，当所述第一触点和所述第二触点均位于与自身所属电感控制电路相对的一侧时，所述永磁铁为一根可在所述第一条形导体与所述第二条形导体之间来回平行移动的块状磁铁，所述块状磁铁上设置有一根连杆，所述连杆的端部设置有一根横杆，所述第一辅助触点和所述第二辅助触点分别设置在所述横杆的两端，其中，所述第一辅助触点与所述第一触点位于同一侧，所述第二辅助触点与所述第二触点位于同一侧。优选的，当所述第一触点和所述第二触点均位于与自身所属电感控制电路相同的一侧时，所述永磁铁为一根可在所述第一条形导体与所述第二条形导体之间来回转动的条形磁铁，所述条形磁铁上设置有一根旋转轴，所述第一辅助触点和所述第二辅助触点分别设置在所述条形磁铁的两侧表面，其中，所述第一辅助触点与所述第一触点位于同一侧，所述第二辅助触点与所述第二触点位于同一侧。一种采用上述锂电池管理系统的控制方法，其具体包括以下步骤：1）根据所述锂电池组内所述电芯电压起伏的特性，将所述电芯电压值的四个节点由高到低依次设定为过充保护点、上复位点（也称之为“高位过充保护解除点”）、均衡开启点和过放保护点；在所述电池管理器上分别对所述锂电池组的充保护点、上复位点、均衡开启点和过放保护点进行设定；其中所述充保护点的电压值为4.2~4.25V，所述上复位点的电压值为4.175V，所述均衡开启点的电压值为4.15V，所述过放保护点的电压值为2.7V；2）在所述锂电池组处于充电状态时，所述电池管理器内的每个所述检测芯片分别对各自所对应的所述电芯进行电压实时监测；随着充电时间的增长，所述锂电池组内每支所述电芯的电压也会逐渐上升；当任意一个所述检测芯片监测到与其对应的所述电芯的电压高于所述均衡开启点时，该所述检测芯片立刻开启其自身所在的所述均衡装置，该所述均衡装置内的所述均衡开关随即闭合，接通均衡回路，该所述均衡装置内的所述均衡电阻从对应的所述电芯中得到均衡电流，所述均衡电阻随即发热，对对应的所述电芯进行均衡；3）由于均衡电流远小于充电电流，因此均衡不能抑制所述电芯电压的上升（即便增加散热机构也是如此）；当所述检测芯片监测到与其对应的所述电芯的电压高于所述过充保护点时，所述电池管理器中的主控制芯片立刻给所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于脱桥式双稳态继电器的锂电池管理系统，其特征在于：包括锂电池组（1）、电池管理器（2）和脱桥式双稳态继电器（3）；所述锂电池组（1）内串联有若干个电芯（4）；所述电池管理器（2）内部包含有一个主控制芯片（5）和若干个与所述锂电池组（1）内的所述电芯（4）相对应的均衡装置，每个所述均衡装置均由一个检测芯片（6）、均衡开关（7）和均衡电阻（8）串联而成，所述主控制芯片（5）分别与每个所述检测芯片（6）连接；所述脱桥式双稳态继电器（3）由第一电感控制电路、第二电感控制电路和接触开关组件组成，所述第一电感控制电路与所述第二电感控制电路相对设置，所述接触开关组件设置在所述第一电感控制电路和所述第二电感控制电路之间；所述第一电感控制电路中包括有第一条形导体（11）、第一励磁线圈（12）、第一MOS开关（14）以及两个第一触点（15），所述第一励磁线圈（12）绕制在所述第一条形导体（11）上，所述第一励磁线圈（12）和所述第一MOS开关（14）串联在两个所述第一触点（15）之间；所述第二电感控制电路中包括有第二条形导体（21）、第二励磁线圈（22）、第二MOS开关（24）以及两个第二触点（25），所述第二励磁线圈（22）绕制在所述第二条形导体（21）上，所述第二励磁线圈（22）和所述第二MOS开关（24）串联在两个所述第二触点（25）之间；所述接触开关组件包括一根可在所述第一条形导体（11）与所述第二条形导体（21）之间来回移动的永磁铁、一对与两个所述第一触点（15）对应的第一辅助触点（31）以及一对与两个所述第二触点（25）对应的第二辅助触点（32）；所述第一条形导体（11）与所述永磁铁作为所述脱桥式双稳态继电器（3）的主触点；所述电池管理器（2）设置在所述锂电池组（1）上，所述电池管理器（2）中的每个所述均衡装置均跨接对应的所述电芯（4）正负极的两端；所述脱桥式双稳态继电器（3）设置在所述锂电池组（1）的充放电回路中，所述脱桥式双稳态继电器（3）中的两个主触点分别与所述锂电池组（1）的正负极连接；所述锂电池组（1）同时分别为所述脱桥式双稳态继电器（3）中的所述第一电感控制电路和所述第二电感控制电路提供激励电流；所述第一MOS开关（14）和所述第二MOS开关（24）分别与所述电池管理器（2）中的所述主控制芯片（5）连接。...

【技术特征摘要】
1.一种基于脱桥式双稳态继电器的锂电池管理系统，其特征在于：包括锂电池组（1）、电池管理器（2）和脱桥式双稳态继电器（3）；所述锂电池组（1）内串联有若干个电芯（4）；所述电池管理器（2）内部包含有一个主控制芯片（5）和若干个与所述锂电池组（1）内的所述电芯（4）相对应的均衡装置，每个所述均衡装置均由一个检测芯片（6）、均衡开关（7）和均衡电阻（8）串联而成，所述主控制芯片（5）分别与每个所述检测芯片（6）连接；所述脱桥式双稳态继电器（3）由第一电感控制电路、第二电感控制电路和接触开关组件组成，所述第一电感控制电路与所述第二电感控制电路相对设置，所述接触开关组件设置在所述第一电感控制电路和所述第二电感控制电路之间；所述第一电感控制电路中包括有第一条形导体（11）、第一励磁线圈（12）、第一MOS开关（14）以及两个第一触点（15），所述第一励磁线圈（12）绕制在所述第一条形导体（11）上，所述第一励磁线圈（12）和所述第一MOS开关（14）串联在两个所述第一触点（15）之间；所述第二电感控制电路中包括有第二条形导体（21）、第二励磁线圈（22）、第二MOS开关（24）以及两个第二触点（25），所述第二励磁线圈（22）绕制在所述第二条形导体（21）上，所述第二励磁线圈（22）和所述第二MOS开关（24）串联在两个所述第二触点（25）之间；所述接触开关组件包括一根可在所述第一条形导体（11）与所述第二条形导体（21）之间来回移动的永磁铁、一对与两个所述第一触点（15）对应的第一辅助触点（31）以及一对与两个所述第二触点（25）对应的第二辅助触点（32）；所述第一条形导体（11）与所述永磁铁作为所述脱桥式双稳态继电器（3）的主触点；所述电池管理器（2）设置在所述锂电池组（1）上，所述电池管理器（2）中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭旭华，樊朝晖，
申请(专利权)人：彭旭华，
类型：新型
国别省市：重庆;50