CN217984639U - 一种锂电池保护装置及系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锂电池保护装置及系统，该装置包括：补充电源模块；高压检测模块，与锂电池耦接；电池管理模块，分别与补充电源模块和高压检测模块耦接；启动模块，分别与补充电源模块和电池管理模块耦接；过充过放保护模块，分别与高压检测模块和启动模块耦接。通过补充电源模块为锂电池保护装置提供运行电源，由启动模块对锂电池保护装置进行装置自检，再由电池管理模块根据高压检测模块的检测结果，对过充过放保护模块进行控制，实现对锂电池的保护，避免了过充过放现象，保证了锂电池的使用寿命。

Description

一种锂电池保护装置及系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池保护装置及系统。

背景技术

锂电池在进行充电的过程中，在电池电量已满的情况下继续充电会导致正极材料结构变化，造成容量损失，甚至导致发生爆炸；锂电池在对外部负载进行放电的过程中，其电压会随着放电过程逐渐降低，电压达到一定值后，继续放电就会造成电池过放，电池过放可能会给电池带来灾难性的后果，即使充电也只能部分恢复，容量也会有明显衰减。

也就是说，锂电池工作最理想的状态是浅充浅放，浅充浅放的工作模式能够有效保证锂电池的寿命。然而，现有技术在对锂电池进行充放电的过程中，存在过充过放现象，从而导致锂电池的使用寿命较短的问题。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种锂电池保护装置及系统，用于解决现有技术在对锂电池进行充放电的过程中，存在的由于过充过放现象导致的锂电池的使用寿命较短的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种锂电池保护装置，包括：

补充电源模块；

高压检测模块，与锂电池耦接；

电池管理模块，分别与补充电源模块和高压检测模块耦接；

启动模块，分别与补充电源模块和电池管理模块耦接，其中，启动模块包括自复位开关、第一继电器、第二继电器、预充电阻和第三继电器；

过充过放保护模块，分别与高压检测模块和启动模块耦接，其中，过充过放保护模块包括第一防反二极管、第二防反二极管、第四继电器和第五继电器。

进一步地，锂电池保护装置还包括温度保护模块，分别与补充电源模块和电池管理模块耦接，其中，温度保护模块包括加热膜和加热继电器。

进一步地，温度保护模块还包括加热熔断器。

进一步地，加热膜包裹锂电池，加热熔断器的第一端与加热膜的第一端耦接，加热熔断器的第二端与加热继电器的第一端耦接，加热继电器的的第二端与补充电源模块的正极耦接，补充电源模块的负极与加热膜的第二端耦接。

进一步地，补充电源模块包括DCDC电源。

进一步地，启动模块中，自复位开关的第一端分别与锂电池的正极和第一继电器的第一端耦接；自复位开关的第二端分别与第一继电器的第二端和DCDC电源的正极耦接；

DCDC电源的负极与锂电池的负极耦接；

预充电阻、第三继电器和第二继电器串联，预充电阻的第一端与锂电池的正极耦接，第二继电器的第二端与锂电池的负极耦接。

进一步地，启动模块还包括分流器，分流器的第一端与锂电池的负极耦接，分流器的第二端与第二继电器耦接。

进一步地，过充过放保护模块还包括熔断器；

其中，熔断器的第一端与锂电池的正极耦接，熔断器的第二端分别与第四继电器的第一端和第一防反二极管的正极耦接；

第四继电器的第二端分别与第一防反二极管的负极、第二防反二极管的负极和第五继电器的第一端耦接；

第一防反二极管的负极分别与第二防反二极管的负极和第五继电器的第一端耦接；

第二防反二极管的正极分别与第五继电器的第二端和第二继电器的第二端耦接。

进一步地，补充电源模块还可以包括外部电源和空开开关，其中，外部电源的正极与空开开关的第一端耦接，空开开关的第二端与自复位开关的第二端耦接，外部电源的负极与第二继电器的第二端耦接。

为了解决上述问题，本实用新型还提供一种锂电池保护系统，包括如上文所述的锂电池保护装置。

采用上述技术方案的有益效果是：本实用新型提供一种锂电池保护装置及系统，该装置包括：补充电源模块；高压检测模块，与锂电池耦接；电池管理模块，分别与补充电源模块和高压检测模块耦接；启动模块，分别与补充电源模块和电池管理模块耦接；过充过放保护模块，分别与高压检测模块和启动模块耦接。通过补充电源模块为锂电池保护装置提供运行电源，由启动模块对锂电池保护装置进行装置自检，再由电池管理模块根据高压检测模块的检测结果，对过充过放保护模块进行控制，实现对锂电池的保护，避免了过充过放现象，保证了锂电池的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型提供的锂电池保护装置第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的锂电池保护装置第二实施例的结构示意图；

图3为本实用新型提供的锂电池保护装置第三实施例的结构示意图；

图4为本实用新型提供的锂电池保护装置第四实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

在陈述实施例之前，先对锂电池、继电器进行阐述：

锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。

继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。主要用于发电机、变压器和输电线的继电保护装置中，作为过电压保护或低电压闭锁的启动原件。

目前，由于锂电池具有能量比较高、重量轻、绿色环保等优势，广泛运用在各个领域。由于锂电池工作最理想的状态是浅充浅放，但是现有技术中，锂电池在进行充放电的过程中，存在由于过充过放导致锂电池的使用寿命较短的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种锂电池保护装置及系统，以下分别进行详细说明。

如图1所示，图1为本实用新型提供的锂电池保护装置第一实施例的结构示意图，锂电池保护装置100包括：

补充电源模块101；

高压检测模块102，与锂电池耦接；

电池管理模块103，分别与补充电源模块101和高压检测模块102耦接；

启动模块104，分别与补充电源模块101和电池管理模块103耦接，其中，启动模块104包括自复位开关S1、第一继电器K6、第二继电器K5、预充电阻R1和第三继电器K3；

过充过放保护模块105，分别与高压检测模块102和启动模块104耦接，其中，过充过放保护模块105包括第一防反二极管A1、第二防反二极管A2、第四继电器K1和第五继电器K2。

本实施例中，首先，通过补充电源模块101为高压检测模块102提供电源，实时检测锂电池的电压状态；接下来，电池管理模块103根据预先设置的电压阈值，与锂电池的检测电压进行对比，判断锂电池是否存在过充过放的现象；然后，启动模块104在预充电阻的作用下，实现整个电路的缓慢整流；最后，过充过放保护模块105对锂电池的过充过放现象进行适应性应对，实现对锂电池的保护，避免由于过充过放现象导致锂电池的使用寿命减少。

在具体的实施例中，在锂电池运行的过程中，为了避免过充过放现象，首先，按下启动模块104中的自复位开关S1，接通补充电源模块101与电池管理模块103，为电池管理模块103提供电源；电池管理模块103先对锂电池保护装置100中的电路进行自检，以保证锂电池保护装置100的正常运行，当判断锂电池保护装置100中的电路正常后，闭合第一继电器K6、第二继电器K5、第三继电器K3，通过预充电阻R1进行预充，当检测外部电压达到锂电池额定电压的90％时，预充结束，闭合第四继电器K1和第五继电器K2，同时断开第三继电器K3；接下来，电池管理模块103获取到高压检测模块102对锂电池的电压检测结果，并根据检测结果对过充过放保护模块105进行控制，其中，当判定锂电池存在过放现象时，连接到外部的直流母线电压依次通过第五继电器K2和第四继电器K1，到达锂电池的正极，实现对锂电池进行充电；当判定锂电池存在满充或过充现象时，电池管理模块103控制第四继电器K1断开，停止充电，但锂电池仍旧可以通过第一防反二极管A1、第五继电器K2对外部进行放电。

在一具体实施例中，补充电源模块101为高压检测模块102提供24V的补充电源。

优选地，在锂电池运行的过程中，还存在由于温度过低，导致锂电池无法正常运行的情况，为了保证锂电池在运行过程中的温度，如图2所示，图2为本实用新型提供的锂电池保护装置第二实施例的结构示意图，锂电池保护装置200包括：

补充电源模块201；

高压检测模块202，与锂电池耦接；

电池管理模块203，分别与补充电源模块201和高压检测模块202耦接；

启动模块204，分别与补充电源模块201和电池管理模块203耦接，其中，启动模块204包括自复位开关S1、第一继电器K6、第二继电器K5、预充电阻R1和第三继电器K3；

过充过放保护模块205，分别与高压检测模块202和启动模块204耦接，其中，过充过放保护模块205包括第一防反二极管A1、第二防反二极管A2、第四继电器K1和第五继电器K2；

温度保护模块206，分别与补充电源模块201和电池管理模块203耦接，其中，温度保护模块包括加热膜和加热继电器K4。

本实施例中，首先，通过补充电源模块201为高压检测模块202提供电源，实时检测锂电池的电压状态；其次，电池管理模块203根据预先设置的电压阈值，与锂电池的检测电压进行对比，判断锂电池是否存在过充过放的现象；然后，启动模块204在预充电阻的作用下，实现整个电路的缓慢整流；接下来，过充过放保护模块205对锂电池的过充过放现象进行适应性应对；进一步地，通过设置温度保护模块206，由补充电源模块201实时为温度保护模块206提供电源，保证温度保护模块206的运行，通过电池管理模块203实时获取锂电池的温度，并与设置好的锂电池的温度阈值进行比较，当锂电池的温度低于温度阈值时，电池管理模块203控制加热继电器K4进行闭合，激活加热膜。通过加热膜对锂电池进行加热，能够有效保证锂电池运行过程中的温度。

优选地，温度保护模块206还包括加热熔断器F1，加热膜包裹锂电池，加热熔断器F1的第一端与加热膜的第一端耦接，加热熔断器F1的第二端与加热继电器K4的第一端耦接，加热继电器K4的的第二端与补充电源模块201的正极耦接，补充电源模块201的负极与加热膜的第二端耦接。

本实施例中，通过设置加热熔断器F1，当加热熔断器F1的温度达到预先设置的熔断温度阈值时，加热熔断器F1熔断，不仅能够保护温度保护模块206的电路，还能避免锂电池运行的温度过高导致的锂电池爆炸的问题。

优选地，锂电池保护装置的运行电压与锂电池本身提供的电压值不相同，因此，为了保证锂电池保护装置的运行正常，补充电源模块可以选择由外部直接提供，还可以根据锂电池本身进行改造，如图3所示，图3为本实用新型提供的锂电池保护装置第三实施例的结构示意图，锂电池保护装置300包括：

DCDC电源301；

高压检测模块302，与锂电池耦接；

电池管理模块303，分别与DCDC电源301和高压检测模块302耦接；

启动模块304，分别与DCDC电源301和电池管理模块303耦接，其中，启动模块304包括自复位开关S1、第一继电器K6、第二继电器K5、预充电阻R1和第三继电器K3；

过充过放保护模块305，分别与高压检测模块302和启动模块304耦接，其中，过充过放保护模块305包括第一防反二极管A1、第二防反二极管A2、第四继电器K1和第五继电器K2；

温度保护模块306，分别与DCDC电源301和电池管理模块303耦接，其中，温度保护模块包括加热膜和加热继电器K4。

本实施例中，通过DCDC电源301将锂电池的高电压转换成低电压，以供锂电池保护装置300使用，首先，高压检测模块302实时检测锂电池的电压状态；其次，电池管理模块303根据预先设置的电压阈值，与锂电池的检测电压进行对比，判断锂电池是否存在过充过放的现象；然后，启动模块304在预充电阻的作用下，实现整个电路的缓慢整流；接下来，过充过放保护模块305对锂电池的过充过放现象进行适应性应对；进一步地，还通过设置温度保护模块306，保证锂电池运行过程中的温度。

优选地，启动模块304中，自复位开关S1的第一端分别与锂电池的正极和第一继电器K6的第一端耦接；自复位开关S1的第二端分别与第一继电器K6的第二端和DCDC电源301的正极耦接；

DCDC电源301的负极与锂电池的负极耦接；

预充电阻R1、第三继电器K3和第二继电器K5串联，预充电阻R1的第一端与锂电池的正极耦接，第二继电器K5的第二端与锂电池的负极耦接。

本实施例中，通过设置DCDC电源301，将锂电池中的电量输送至DCDC电源301，为锂电池保护装置300提供充足的电压，不仅避免了对外部电源的依赖，并且由锂电池本身为锂电池保护装置300提供电压，能够较好地控制电压的稳定性，保证锂电池保护装置300的运行效果。

优选地，启动模块304还包括分流器D，分流器D的第一端与锂电池的负极耦接，分流器D的第二端与第二继电器K5耦接。

优选地，过充过放保护模块305还包括熔断器F2，其中，熔断器F2的第一端与锂电池的正极耦接，熔断器F2的第二端分别与第四继电器K1的第一端和第一防反二极管A1的正极耦接；

第四继电器K1的第二端分别与第一防反二极管A1的负极、第二防反二极管A2的负极和第五继电器K2的第一端耦接；

第一防反二极管A1的负极分别与第二防反二极管A2的负极和第五继电器2的第一端耦接；

第二防反二极管A2的正极分别与第五继电器K2的第二端和第二继电器K5的第二端耦接。

本实施例中，通过设置熔断器F2，实现在对锂电池进行充电的过程中，从根本上把控锂电池的充放电电流，当电流过大时，能够通过断开熔断器F2，实现对整个锂电池保护装置300乃至实现对整个锂电池的保护，避免出现由于电流过大导致的问题。

优选地，在其他实施例中，补充电源模块还可以由外部进行补充，如图4所示，图4为本实用新型提供的锂电池保护装置第四实施例的结构示意图，锂电池保护装置400包括：

外部补充电源401，包括外部电源和空开开关S2；

高压检测模块402，与锂电池耦接；

电池管理模块403，分别与外部补充电源401和高压检测模块402耦接；

启动模块404，分别与外部补充电源401和电池管理模块403耦接，其中，启动模块404包括自复位开关S1、第一继电器K6、第二继电器K5、预充电阻R1和第三继电器K3；

过充过放保护模块405，分别与高压检测模块402和启动模块404耦接，其中，过充过放保护模块405包括第一防反二极管A1、第二防反二极管A2、第四继电器K1和第五继电器K2；

温度保护模块406，分别与外部补充电源401和电池管理模块403耦接，其中，温度保护模块包括加热膜和加热继电器K4。

本实施例中，通过外部补充电源401为锂电池保护装置400提供电源，首先，高压检测模块402实时检测锂电池的电压状态；其次，电池管理模块403根据预先设置的电压阈值，与锂电池的检测电压进行对比，判断锂电池是否存在过充过放的现象；然后，启动模块404在预充电阻的作用下，实现整个电路的缓慢整流；接下来，过充过放保护模块405对锂电池的过充过放现象进行适应性应对；进一步地，还通过设置温度保护模块406，保证锂电池运行过程中的温度。

本实施例中，通过设置外部补充电源401，实现对锂电池保护装置400进行供电，使得锂电池保护装置400能够独立运行，在不影响锂电池运行状态的前提下，还能避免锂电池的过充过放问题。

优选地，外部电源的正极与空开开关S2的第一端耦接，空开开关S2的第二端与自复位开关S1的第二端耦接，外部电源的负极与第二继电器K5的第二端耦接。

优选地，电池管理模块403还包括显示屏，能够显示锂电池保护装置400的检测结果和高压检测模块402的的检测结果，便于发现问题，从而能够快速进行调整。

通过上述方式，首先，由补充电源模块为整个锂电池保护装置提供充足的运行电源；接下来，由启动模块开启锂电池保护装置，对锂电池保护装置进行装置自检，当自检出现异常时，将自检结果通过显示屏进行显示，便于发现问题；当自检正常后，电池管理模块根据高压检测模块的检测结果，对过充过放保护模块中的部件进行控制，实现对锂电池的保护，避免了过充过放现象，保证了锂电池的使用寿命。

为了解决上述问题，本实用新型还提供了一种锂电池保护系统，包括如上文所述的锂电池保护装置。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池保护装置，与锂电池连接，其特征在于，包括：

补充电源模块；

高压检测模块，与所述锂电池耦接；

电池管理模块，分别与所述补充电源模块和所述高压检测模块耦接；

启动模块，分别与所述补充电源模块和所述电池管理模块耦接，其中，所述启动模块包括自复位开关、第一继电器、第二继电器、预充电阻和第三继电器；

过充过放保护模块，分别与所述高压检测模块和所述启动模块耦接，其中，所述过充过放保护模块包括第一防反二极管、第二防反二极管、第四继电器和第五继电器。

2.根据权利要求1所述的锂电池保护装置，其特征在于，所述锂电池保护装置还包括温度保护模块，分别与所述补充电源模块和所述电池管理模块耦接，其中，所述温度保护模块包括加热膜和加热继电器。

3.根据权利要求2所述的锂电池保护装置，其特征在于，所述温度保护模块还包括加热熔断器。

4.根据权利要求3所述的锂电池保护装置，其特征在于，所述加热膜包裹所述锂电池，所述加热熔断器的第一端与所述加热膜的第一端耦接，所述加热熔断器的第二端与所述加热继电器的第一端耦接，所述加热继电器的第二端与所述补充电源模块的正极耦接，所述补充电源模块的负极与所述加热膜的第二端耦接。

5.根据权利要求1所述的锂电池保护装置，其特征在于，所述补充电源模块包括DCDC电源。

6.根据权利要求5所述的锂电池保护装置，其特征在于，所述启动模块中，所述自复位开关的第一端分别与所述锂电池的正极和所述第一继电器的第一端耦接；所述自复位开关的第二端分别与所述第一继电器的第二端和所述DCDC电源的正极耦接；

所述DCDC电源的负极与所述锂电池的负极耦接；

所述预充电阻、所述第三继电器和所述第二继电器串联，所述预充电阻的第一端与所述锂电池的正极耦接，所述第二继电器的第二端与所述锂电池的负极耦接。

7.根据权利要求6所述的锂电池保护装置，其特征在于，所述启动模块还包括分流器，所述分流器的第一端与所述锂电池的负极耦接，所述分流器的第二端与所述第二继电器耦接。

8.根据权利要求1所述的锂电池保护装置，其特征在于，所述过充过放保护模块还包括熔断器；

其中，所述熔断器的第一端与所述锂电池的正极耦接，所述熔断器的第二端分别与所述第四继电器的第一端和所述第一防反二极管的正极耦接；

所述第四继电器的第二端分别与所述第一防反二极管的负极、所述第二防反二极管的负极和第五继电器的第一端耦接；

所述第一防反二极管的负极分别与所述第二防反二极管的负极和所述第五继电器的第一端耦接；

所述第二防反二极管的正极分别与所述第五继电器的第二端和所述第二继电器的第二端耦接。

9.根据权利要求1所述的锂电池保护装置，其特征在于，所述补充电源模块还可以包括外部电源和空开开关，其中，所述外部电源的正极与所述空开开关的第一端耦接，所述空开开关的第二端与所述自复位开关的第二端耦接，所述外部电源的负极与所述第二继电器的第二端耦接。

10.一种锂电池保护系统，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的锂电池保护装置。

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