本實(shí)用新型屬于鋰電池充放電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋰電池組電源管理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，電動(dòng)汽車(chē)以其獨(dú)特的節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢(shì)引起越來(lái)越多的國(guó)家的重視，開(kāi)展了大量的相關(guān)研究和開(kāi)發(fā)工作。其中動(dòng)力鋰電池電源以其所具備的體積小、質(zhì)量輕、能量密度大、無(wú)記憶效應(yīng)、使用壽命長(zhǎng)、使用范圍廣、工作電壓高和自放電率低等優(yōu)點(diǎn)而成為主流電動(dòng)力源技術(shù)。

通常地，動(dòng)力鋰電池成組串聯(lián)使用。電池組充電時(shí)若有一個(gè)電池充電電壓達(dá)到設(shè)定值(例如4.2V)，即切斷充電回路以避免過(guò)充電。但由于電池之間存在一致性的問(wèn)題，導(dǎo)致“木桶效應(yīng)”的出現(xiàn)，即電池組總電量受某個(gè)單體電池限制，充電只能將一個(gè)單體電池充滿(mǎn)，整個(gè)電池組不滿(mǎn)，使得電池組放電容量變小。同樣，電池組放電時(shí)若有單體達(dá)到設(shè)定值即需切斷放電回路以避免過(guò)放電，進(jìn)一步縮小電池組放電容量。

為此人們采用一些充放電均衡技術(shù)來(lái)試圖改善這個(gè)問(wèn)題。其中包括采用旁路電阻的被動(dòng)式均衡、采用補(bǔ)償電容的主動(dòng)式均衡、采用主從式電感線圈的主動(dòng)式均衡等相關(guān)技術(shù)。目前的均衡技術(shù)都是基于分流原理，在不斷開(kāi)電池的工作回路的前提下對(duì)于偏離多數(shù)區(qū)間的單體電池或者進(jìn)行分流減負(fù)，或者進(jìn)行匯流補(bǔ)充。其存在問(wèn)題是大功率的分流、匯流效果不易實(shí)現(xiàn)，而且當(dāng)單體電池接近于過(guò)充電、過(guò)放電時(shí)仍需持續(xù)工作，一旦均衡控制措施匹配不佳時(shí)會(huì)加速電池老化；同時(shí)也無(wú)法簡(jiǎn)單地用新電池替換舊電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種鋰電池組電源管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠以較為簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)電池單體的過(guò)充、過(guò)放異常狀態(tài)的保護(hù)，從而改善電池組的使用容量并延長(zhǎng)電池組的使用壽命，并且具有高可靠性。

為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種鋰電池組電源管理系統(tǒng)，包括在串聯(lián)的電池組中的每個(gè)電池均并聯(lián)一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)連接能夠監(jiān)測(cè)所述電池是否處于過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱狀態(tài)并發(fā)出相應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電池組控制單元，其中所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)采用磁保持繼電器。

進(jìn)一步，所述電池組串聯(lián)一個(gè)連接所述電池組控制單元的電池組開(kāi)關(guān)，所述電池組開(kāi)關(guān)采用磁保持繼電器。

進(jìn)一步，所述轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)為轉(zhuǎn)換型，采用的所述磁保持繼電器包含由一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)構(gòu)成的單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)，所述單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)包括常閉和轉(zhuǎn)換兩種狀態(tài)。

進(jìn)一步，所述電池組開(kāi)關(guān)為常開(kāi)型，采用的所述磁保持繼電器包含由一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)與一個(gè)靜觸點(diǎn)構(gòu)成的單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)，所述單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)包括常開(kāi)和閉合兩種狀態(tài)。

更進(jìn)一步，所述磁保持繼電器為多線圈的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，包含通過(guò)磁力保持所述動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)開(kāi)合狀態(tài)的永久磁鐵或高剩磁特性銜鐵；所述磁保持繼電器的所述動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)間距大于1.3mm。

進(jìn)一步，每個(gè)所述磁保持繼電器均通過(guò)專(zhuān)用的繼電器驅(qū)動(dòng)電路連接所述電池組控制單元并獲得所述電池組控制單元發(fā)出的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

進(jìn)一步，所述電池組控制單元與上級(jí)管理單元連通。

更進(jìn)一步，所述電池組控制單元通過(guò)CAN通信總線與上級(jí)管理單元連通。

本實(shí)用新型的有益效果有以下幾點(diǎn)：

1.順應(yīng)動(dòng)力鋰電池組電源管理進(jìn)一步精細(xì)化的要求，較好地實(shí)現(xiàn)了電池單體的過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱異常狀態(tài)的保護(hù)，改善了電池組的使用容量并延長(zhǎng)電池組的使用壽命；

2.電源管理系統(tǒng)以較為簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)了充放電均衡的目標(biāo)，同時(shí)具備適應(yīng)大功率使用環(huán)境、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)；

3.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案具有控制簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)勢(shì)，并且可以較好地適應(yīng)鋰電池單體狀態(tài)差異較大的使用條件。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式中所述鋰電池組電源管理系統(tǒng)的電路圖；

圖中：1-電池，2-單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)，3-單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)，4-轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，5-繼電器驅(qū)動(dòng)電路，6-電池組控制單元，7-CAN通信總線、8-電池組開(kāi)關(guān)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。

如圖1所示，一種鋰電池組電源管理系統(tǒng)，包括給串聯(lián)在電池組中的每一個(gè)電池1(的正負(fù)極端子)都并聯(lián)一個(gè)由磁保持繼電器構(gòu)成的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4為轉(zhuǎn)換型，所采用的磁保持繼電器包含由一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)與兩個(gè)靜觸點(diǎn)構(gòu)成的單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2，單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2包括常閉和轉(zhuǎn)換兩種狀態(tài)(圖1中，每個(gè)電池都設(shè)置有一個(gè)單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2，電池組中的電池?cái)?shù)量為4個(gè)，僅為示例)。

還包括設(shè)置一個(gè)與電池組串聯(lián)的電池組開(kāi)關(guān)8，電池組開(kāi)關(guān)8同樣采用磁保持繼電器，電池組開(kāi)關(guān)8為常開(kāi)型，所采用的磁保持繼電器包含由一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)與一個(gè)靜觸點(diǎn)構(gòu)成的單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)3，單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)3包括常開(kāi)和閉合兩種狀態(tài)。

還包括一個(gè)能夠監(jiān)測(cè)電池組中的每個(gè)電池1以及整個(gè)電池組的狀態(tài)的電池組控制單元6(電池組控制單元6通過(guò)連接在每個(gè)電池1上的電壓探測(cè)端以及溫度探測(cè)端監(jiān)測(cè)電池1的狀態(tài)，包括電池是否過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱等)，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4和電池組開(kāi)關(guān)8的磁保持繼電器均通過(guò)各自專(zhuān)用的繼電器驅(qū)動(dòng)電路5與電池組控制單元6相連，電池組控制單元6能夠通過(guò)繼電器驅(qū)動(dòng)電路5向轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4和電池組開(kāi)關(guān)8的磁保持繼電器發(fā)出相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4和電池組開(kāi)關(guān)8的狀態(tài)，應(yīng)對(duì)電池及電池組所出現(xiàn)的異常狀態(tài)。當(dāng)電池組控制單元6檢測(cè)到某一個(gè)電池1處于過(guò)充、過(guò)放、過(guò)熱異常狀態(tài)時(shí)可以通過(guò)向該電池并聯(lián)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4的單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2改變連接狀態(tài)，將出現(xiàn)異常的電池從串聯(lián)陣列(電池組)中轉(zhuǎn)接出去，從而保護(hù)電池的工作安全。當(dāng)電池組控制單元6檢測(cè)到電池組處于過(guò)流過(guò)熱等異常狀況時(shí)可以通過(guò)向電池組串聯(lián)的電池組開(kāi)關(guān)8發(fā)送驅(qū)動(dòng)信號(hào)，控制電池組開(kāi)關(guān)8改變單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)3的連接狀態(tài)，關(guān)斷電路，從而保護(hù)電池組的工作安全。

轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4和電池組開(kāi)關(guān)8的磁保持繼電器為雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，包含通過(guò)磁力保持靜觸點(diǎn)開(kāi)合狀態(tài)的永久磁鐵或具有很高剩磁特性的零件制備電磁繼電器的銜鐵，其觸點(diǎn)開(kāi)合狀態(tài)平時(shí)由永久磁鐵或高剩磁特性銜鐵所產(chǎn)生的磁力維持；磁保持繼電器的動(dòng)觸點(diǎn)、靜觸點(diǎn)間距大于1.3mm，典型值為1.6mm；閉合時(shí)觸點(diǎn)壓力大于500克力(雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)是指在電磁線圈斷電后永久磁鐵或銜鐵仍能保持線圈通電時(shí)位置的結(jié)構(gòu))。轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4的磁保持繼電器有兩個(gè)靜觸點(diǎn),一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn),有多個(gè)線圈,是一種"雙穩(wěn)態(tài)繼電器"，也可以看成是一個(gè)由電流驅(qū)動(dòng)的"單刀雙擲開(kāi)關(guān)"；電池組開(kāi)關(guān)8的磁保持繼電器有一個(gè)靜觸點(diǎn),一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn),有多個(gè)線圈,是一種"雙穩(wěn)態(tài)繼電器"，也可以看成是一個(gè)由電流驅(qū)動(dòng)的"單刀單擲開(kāi)關(guān)"。磁保持繼電器的觸點(diǎn)間距較小時(shí)可以減少動(dòng)作時(shí)間，但容易產(chǎn)生觸點(diǎn)電弧。在本實(shí)施例中，由于通過(guò)的電流較大，磁保持繼電器的觸點(diǎn)間距應(yīng)大于1.3mm以抑制觸點(diǎn)電弧。

電池組控制單元6通過(guò)CAN通信總線7與上級(jí)管理單元連通，傳輸與電池組中的電池相關(guān)的電壓、溫度等狀態(tài)信息。

轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4和電池組開(kāi)關(guān)8的磁保持繼電器的信號(hào)驅(qū)動(dòng)電源和電池組控制單元6的直流電源可以由電池組輸出端進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換得到，或者來(lái)自于外部輸入。

最后，舉例說(shuō)明本實(shí)用新型所提供的一種鋰電池組電源管理系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

在電池組充電開(kāi)始后，所有轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4的單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2處于常閉狀態(tài)，電池組開(kāi)關(guān)8的單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)3處于閉合狀態(tài)，將電池組中的全部電池1串聯(lián)起來(lái)充電；當(dāng)某個(gè)單體電池充滿(mǎn)時(shí)，電池組控制單元6監(jiān)測(cè)到該單體電池充滿(mǎn)信號(hào)的同時(shí)，發(fā)出一個(gè)命令(驅(qū)動(dòng)信號(hào))，使與該單體電池相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4的單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2跳轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)換狀態(tài)，將該充滿(mǎn)電的單體電池移出充電回路，其他電池繼續(xù)充電。當(dāng)再有單體電池充滿(mǎn)時(shí)，依次重復(fù)此動(dòng)作，直到所有電池1均充滿(mǎn)或充電電流超過(guò)預(yù)設(shè)值，電池組控制單元6向上級(jí)管理單元發(fā)出狀態(tài)信號(hào)，斷開(kāi)電池組開(kāi)關(guān)8的單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)3，停止充電；隨后電池組控制單元6輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使所有單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2復(fù)位(回到常閉狀態(tài))，將電池組中的各個(gè)單體電池1串聯(lián)起來(lái)，為電池組放電做好準(zhǔn)備。此后檢測(cè)到充電回路斷開(kāi)時(shí)，電池組控制單元6向電池組開(kāi)關(guān)8輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)3閉合，將電池組聯(lián)通。

在電池組放電開(kāi)始后，若電池組控制單元6檢測(cè)到某個(gè)單體電池處于過(guò)放電狀態(tài)時(shí)，即控制該單體電池相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4使相應(yīng)的單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2跳轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)換狀態(tài)，將該過(guò)放電狀態(tài)的單體電池移出放電回路；依次重復(fù)此動(dòng)作，直到所有電池放電完畢或電池組輸出電壓低于設(shè)定值，電池組控制單元6向上級(jí)管理單元發(fā)出狀態(tài)信號(hào)，同時(shí)輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使所有單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2跳轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)換狀態(tài)，停止放電。此后檢測(cè)到放電回路斷開(kāi)時(shí)，電池組控制單元6輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)使所有單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2回到常閉狀態(tài)，將電池組中的各個(gè)單體電池串聯(lián)起來(lái)，為電池組充電做好準(zhǔn)備。

在充放電過(guò)程中，如果電池組控制單元6檢測(cè)到電池組處于過(guò)流狀態(tài)，即控制斷開(kāi)電池組開(kāi)關(guān)8使單刀單擲機(jī)械開(kāi)關(guān)3斷開(kāi)；若電池組控制單元6檢測(cè)到某個(gè)電池的過(guò)熱信號(hào)，即控制該電池對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)4使與該單體電池相對(duì)應(yīng)的單刀雙擲機(jī)械開(kāi)關(guān)2跳轉(zhuǎn)到轉(zhuǎn)換狀態(tài)，將對(duì)應(yīng)的單體電池移出回路；同時(shí)向上級(jí)管理單元發(fā)出狀態(tài)信號(hào)。通過(guò)這些方式，增強(qiáng)電池組的工作可靠性。

本實(shí)用新型所述的裝置并不限于具體實(shí)施方式中所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出其他的實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型的技術(shù)創(chuàng)新范圍。