過充保護放電電路、過放保護充電電路和限流電阻組成；脫橋式磁保持繼電器串聯在鋰電池組的充放電主迴路中，過充保護放電電路和過放保護充電電路分別與脫橋式磁保持繼電器並聯；過充保護放電電路和過放保護充電電路的一端均接入充放電主迴路的負極，過充保護放電電路和過放保護充電電路的另一端均透過限流電阻接入充放電主迴路的正極。本實用新型只採用一個繼電器、兩個MOS開關和兩個二極體便可對鋰電池提供有效的過充和過放保護，結構可靠，成本低廉，在過充保護時保留放電功能，在過放保護時保留充電功能，特別適用於動力電池和儲能站中。

技術領域

本實用新型鋰電池保護技術領域，具體涉及一種單繼電器管理模式的鋰電池保護器。

背景技術

動力鋰離子電池越來越廣泛地應用到各種裝置當中，包括汽車、UPS、電力儲能、野外用電。其具有容量大，體積小的優點，是目前電池市場的主流。由於鋰電池由若干個電芯串聯而成，受其物理特性的限制，每個電芯在充放電時無法做到完全一致，因此極易出現一致性偏差的問題，這就極有可能使得鋰電池在使用時，其內部的某個或某幾個電芯出現過充或過放的情況。

而過充和過放則是鋰離子電池應用中的兩個重大安全隱患。鋰電池過充會導致正極材料結構變化，造成容量損失，而其分解放氧與電解液會發生劇烈的化學反應，電池劇烈升溫，最壞的結果就是發生爆炸。鋰電池過放可能會給電池帶來災難性的後果，特別是大電流過放，或反覆過放對電池影響更大。一般而言，過放電會使電池內壓升高，正負極活性物質可逆性受到破壞，即使充電也只能部分恢復，容量也會有明顯衰減。因此，鋰電池必須強制安裝一個能夠進行過充和過放保護的保護裝置，這也是動力鋰電池應用的主要技術難點之一。

在手機、小型電動工具等應用領域，通常採用MOSFETs、IGBT等半導體開關作為鋰電池的過充過放保護裝置。當鋰電池的電壓達到過充電壓或降至過放電壓時，MOSFETs、IGBT等半導體開關隨即切斷電池的充放電迴路，電池停止充放電，以被保證電池的安全執行。雖然MOSFETs、IGBT等半導體開關具有應用靈活，動作迅速等優點，但目前的MOSFETs、IGBT等半導體器件存在壽命短、穩定性差、抗干擾能力弱、耐電流衝擊能力弱、抗高壓浪湧能力弱、自身發熱嚴重等問題，因此使用半導體開關的鋰電池無法實現自由串並聯，進而也無法應用於如電動汽車，超級能源包，甚至於電力儲能站中，傳統的做法是將電池集中管理控制在一個大型的繼電器下，導致成本高，熱管理難度高，嚴重限制了鋰電池的標準化推廣。

目前市面上也出現了一些自帶均衡功能的鋰電池物理保護器。這些物理保護器雖然在效能上大大優於半導體開關，具備了耐高壓，抗浪湧等特點，可以實現鋰電池的自由串並聯，十分適用於動力鋰電池。但由於該種物理保護器的內部採用只有一個觸發開關，這就意味著一旦該物理保護器被觸發，則整組鋰電池的充放電電路就會全部斷開，鋰電池組的充電和放電功能全部失去，使用者只能等待物理保護器中的能量均衡裝置對鋰電池進行能量均衡，而無法進行人工干預，這就使得動力電池或者電力儲能站無法儘快恢復使用。

實用新型內容

針對現有鋰電池管理和保護方法中存在的缺陷，本實用新型提供一種單繼電器管理模式的鋰電池保護器，可對鋰電池提供有效的過充和過放保護，以實現鋰電池的自由串並聯，並最終應用於動力電池甚至電力儲能站中。

為達到上述技術目的及效果，本實用新型透過以下技術方案實現：

一種單繼電器管理模式的鋰電池保護器，由監測電路、控制電路、脫橋式磁保持繼電器、過充保護放電電路、過放保護充電電路和限流電阻組成；

所述脫橋式磁保持繼電器串聯在鋰電池組的充放電主迴路中，所述過充保護放電電路和所述過放保護充電電路分別與所述脫橋式磁保持繼電器並聯；所述過充保護放電電路包括第一MOS開關和第一二極體，所述第一二極體的正極經過所述第一MOS開關後接入所述充放電主迴路的負極，所述第一二極體的負極經過所述限流電阻接入所述充放電主迴路的正極；所述過放保護充電電路包括第二MOS開關和第二二極體，所述第二二極體的負極經過所述第二MOS開關後接入所述充放電主迴路的負極，所述第二二極體的正極經過所述限流電阻接入所述充放電主迴路的正極；所述限流電阻在過充保護放電和過放保護充電時起到抗浪湧，抗高壓，限流的作用；

所述監測電路的一端與所述鋰電池組中的每一支電芯連線，所述監測電路的另一端與所述控制電路的訊號輸入端連線，所述控制電路的訊號輸出端分別與所述脫橋式磁保持繼電器、所述第一MOS開關和所述第二MOS開關連線。

進一步的，所述脫橋式磁保持繼電器、所述第一MOS開關和所述第二MOS開關中有且僅有一個處於閉合狀態，其餘兩個均處於斷開狀態。具體狀態如下：

當所述鋰電池組工作正常時，所述脫橋式磁保持繼電器處於閉合狀態，所述第一MOS開關和所述第二MOS開關則均處於斷開狀態；

當所述鋰電池組過充時，所述第一MOS開關處於閉合狀態，所述脫橋式磁保持繼電器和所述第二MOS開關則均處於斷開狀態；

當所述鋰電池組過放時，所述第二MOS開關處於閉合狀態，所述脫橋式磁保持繼電器和所述第一MOS開關則均處於斷開狀態。

優選的，所述過充繼電器採用本發明人在先申請的專利“一種採用微動開關的脫橋式磁保持繼電器（專利號：201621398568.4）”，所述脫橋式磁保持繼電器包括一個罩殼，所述罩殼內設定有第一銜鐵、第二銜鐵、雙線圈電磁鐵、工字型磁鋼、第一磁鐵、第二磁鐵和雙向微動開關；

所述第一銜鐵的下端露出於所述罩殼外，所述第一銜鐵的上端設定有靜觸點；所述第二銜鐵的下端露出於所述罩殼外，所述第二銜鐵的上端設定有一塊銜鐵彈片；所述銜鐵彈片的中部設定有動觸點，所述動觸點與所述靜觸點相對應，所述銜鐵彈片的下端設定有一根與之垂直的連桿；所述連桿的中部鉸接有一個磁鋼固定座，所述工字型磁鋼設定在所述磁鋼固定座中，所述第一磁鐵和所述第二磁鐵分別位於所述工字型磁鋼下方的左右兩側；所述雙線圈電磁鐵位於所述工字型磁鋼的上方，所述雙線圈電磁鐵包括一根條形導體，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中引出，並均與所述控制電路連線，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中的第一連線點和第二連線點連線；

所述雙向微動開關中還包括有第三連線點、金屬彈片和撥杆，所述金屬彈片的固定端連線在所述第三連線點上，所述金屬彈片的活動端可在所述第一連線點和所述第二連線點之間來回擺動；所述第三連線點上連線有導線，並從所述罩殼中引出與所述控制電路連線；所述撥杆的固定端連線在所述金屬彈片的中部，所述撥杆的活動端對準所述連桿的末端。

進一步的，所述連桿和所述撥杆的材質為絕緣材料。

進一步的，所述連桿的末端和所述撥杆的活動端之間設定有一塊觸發彈片。

本實用新型的工作原理如下：

1、透過控制電路設定鋰電池組中每支電芯的過充保護電壓和過放保護電壓，然後利用監測電路對鋰電池組中的每支電芯的電壓進行實時測量，當鋰電池組處於正常狀態時，控制電路分別控制脫橋式磁保持繼電器閉合，充放電主迴路導通，第一MOS開關斷開，過充保護放電電路斷路，第二MOS開關斷開，過放保護充電電路斷路。

2、當鋰電池組處於充電狀態，且監測電路檢測到任意一支電芯的電壓達到過充保護電壓時，監測電路立刻向控制電路給出一個反饋訊號，控制電路隨即控制脫橋式磁保持繼電器斷開，此時鋰電池組的充放電主迴路斷路，鋰電池組不再進行充電；同時，控制電路控制第一MOS開關閉合，接透過充保護放電電路，由於第一二極體的單向導通性，因此此時的鋰電池組只能透過過充保護放電電路進行放電，而不能透過充放電主迴路進行充電；使用者可以等待鋰電池組自身攜帶的能量均衡裝置進行能量均衡，或者透過過充保護放電電路對鋰電池組進行電能輸出，使其加快恢復到正常狀態；當監測電路檢測到該支電芯的電壓降到指定電壓以下時，立刻向控制電路給出一個反饋訊號，控制電路隨即控制第一MOS開關斷開，過充保護放電電路再次斷路，脫橋式磁保持繼電器閉合，充放電主迴路再次導通，恢復初始狀態。

3、當鋰電池組處於放電狀態，且監測電路檢測到任意一支電芯的電壓下降到過放保護電壓時，監測電路立刻向控制電路給出一個反饋訊號，控制電路隨即控制脫橋式磁保持繼電器斷開，此時鋰電池組的充放電主迴路斷路，鋰電池組不再進行充電；同時，控制電路控制第二MOS開關閉合，接透過放保護充電電路，由於第二二極體的單向導通性，因此此時的鋰電池組只能透過過放保護充電電路進行充電，而不能透過充放電主迴路進行放電；使用者可以對透過過放保護充電電路對鋰電池組進行補電，並且在第二二極體正極處連線的限流電阻可以起到抗浪湧，抗高壓和限流的作用，使的鋰電池組可以加快恢復到正常狀態；當監測電路檢測到該支電芯的電壓恢復到指定電壓以上時，立刻向控制電路給出一個反饋訊號，控制電路隨即控制控制第二MOS開關斷開，過放保護充電電路再次斷路，脫橋式磁保持繼電器閉合，充放電主迴路再次導通，恢復初始狀態。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型採用了機械開關，即脫橋式雙穩態磁保持繼電器對動力鋰電池進行安全防護，解決了傳統半導體開關無法承受高壓，浪湧等問題。也就是說，在傳統標準鋰電池的標準化電壓平臺下，本實用新型構成獨立的安全防護措施，使得鋰電池可以實現自由串並聯。

2、本實用新型所採用的脫橋式雙穩態磁保持繼電器，在兩個穩態切換時只需要很小的激勵電流，不需要持續消耗鋰電池組中的電量，保持繼電器的穩態則是靠脫橋來實現的，從而確保在鋰電池組進行過放保護時不再有能量消耗。

3、本實用新型只採用一個繼電器、兩個MOS開關和兩個二極體便可對鋰電池提供有效的過充和過放保護，不僅結構可靠，而且相對於採用兩個甚至兩個以上繼電器的鋰電池保護器來說，成本更加低廉，更便於廣泛應用和普及。

4、本實用新型的過充保護放電電路和過放保護充電電路，利用其各自對應的MOS開關的開關和二極體的單向導通性的，可以確保在鋰電池組過充時只具備放電能力，而在過放時只具備充電能力，這就使得采用本保護裝置的鋰電池更加適用於電動汽車的動力電池，超級能源包，甚至電力儲能站。

上述說明僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚瞭解本實用新型的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本實用新型的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。本實用新型的具體實施方式由以下實施例及其附圖詳細給出。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，構成本申請的一部分，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1為本實用新型的單繼電器管理模式的鋰電池保護器的結構示意圖；

圖2為本實用新型所採用的脫橋式磁保持繼電器處於閉合狀態時的內部結構示意圖；

圖3為本實用新型所採用的脫橋式磁保持繼電器處於斷開狀態時的內部結構示意圖。

圖4為本實用新型所採用的脫橋式磁保持繼電器的雙線圈電磁鐵與雙向微動開關的連線關係圖。

具體實施方式

下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本實用新型。

參見圖1所示，一種單繼電器管理模式的鋰電池保護器，由監測電路3、控制電路1、脫橋式磁保持繼電器2、過充保護放電電路4、過放保護充電電路5和限流電阻6組成；

所述脫橋式磁保持繼電器2串聯在鋰電池組7的充放電主迴路中，所述過充保護放電電路4和所述過放保護充電電路5分別與所述脫橋式磁保持繼電器2並聯；所述過充保護放電電路4包括第一MOS開關41和第一二極體42，所述第一二極體42的正極經過所述第一MOS開關41後接入所述充放電主迴路的負極，所述第一二極體42的負極經過所述限流電阻6接入所述充放電主迴路的正極；所述過放保護充電電路5包括第二MOS開關51和第二二極體52，所述第二二極體52的負極經過所述第二MOS開關51後接入所述充放電主迴路的負極，所述第二二極體52的正極經過所述限流電阻6接入所述充放電主迴路的正極；所述限流電阻6在過充保護放電和過放保護充電時起到抗浪湧，

⑴、擴大控制範圍。例如，多觸點繼電器控制訊號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電

路。

⑵、放大。例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電

路。

⑶、綜合訊號。例如，當多個控制器訊號按規定的形式輸入多繞組繼電器時，經過比較綜合，達到預定的控制效

果。

⑷、自動、遙控、監測。例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起可以組成程式控制電路，從而實現自動化執行等。