一種基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器的製造方法

2023-06-16 18:12:56

一種基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器的製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器，包括受溫度控制的斷路保護開關和電池檢測模塊，電池檢測模塊包括一電壓採集單元，電壓採集單元分別與MOS管的柵極、第一、第二三極體的基極連接，MOS管的漏極和連接電壓採集單元正極，MOS管的源極通過發熱單元連接電壓採集單元負極，發熱單元貼合在斷路保護開關的一側，第一、第二三極體的發射極相互連接，第一、第二三極體的集電極之間串聯由第一、第二電阻，第一、第二三極體的集電極與控制器或充電器連接。本發明將電池均衡技術和保護觸發技術合二為一，形成簡單可靠，均衡效果突出，安全保護周全的鋰電池保護器，可以有效控制溫度異常，大幅提升電池的使用壽命，保證電池的容量。
【專利說明】一種基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種鋰電池保護器，尤其涉及一種基於均衡觸髮式鋰電池物理保護 器。

【背景技術】
[0002] 傳統鋰電池上設有的均衡板其機理大致分為兩種： 一種是被動均衡，其原理簡單，應用廣泛，成本低。當電池組串聯使用中，由於電池一致 性的問題，經常在充電過程中，某個電芯電壓會提前達到過充點(如4. 2v)，通過電子開關對 該節電芯進行小電流放電，當電芯電壓低到正常點（如4. lv)時，關斷開關，這時同組串聯的 電芯電壓逐步與過充電芯一致，這種均衡模式可以修復整組電池，延長電池使用壽命，並保 證整組電池的容量。
[0003] 但這種被動均衡的缺點是： 1、均衡電流非常小，一般在20-50mA，均衡效果不佳，甚至沒有效果，往往要通過幾天的 充電進行均衡。
[0004] 2、均衡電阻產生的熱量難以處理，即使電流很小，也會大量蓄熱導致電池組性能 下降，甚至因過熱引起安全隱患，熱管理的困難是導致設計複雜的原因。
[0005] 3、因為效果不佳，該均衡模式很少被深入地研究，為了降低成本，極度使用低成本 器件，可靠性得不到保證，同時毫安級的器件在動力應用中可靠性不高，常出現電芯放空的 問題。
[0006] 第二種是主動均衡，其原理是通過複雜的電路原理，將高電壓電芯的能量轉換到 低電壓電芯中實現均衡，理論上效果比較好，不過也會存在以下問題： 1、主動均衡電流控制難度大，原電芯處於串聯狀態，轉換過程實際上類似並聯互換能 量，風險很大。
[0007] 2、需要複雜的監控並通過軟體進行判斷高低壓並實施轉換，其系統過於複雜，可 靠性低，成本居高不下，目前除了非常高端的應用，無法推廣。
[0008] 鋰電池均衡目前存在較大的爭議，主要原因就是上述這兩種傳統鋰電池均衡模式 的缺陷，無法在均衡效果和熱管理上實現平衡。


【發明內容】

[0009] 為克服傳統鋰電池均衡的缺陷，本發明旨在於提供一種基於均衡觸髮式鋰電池物 理保護器。
[0010] 為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現： 一種基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器，包括受溫度控制的斷路保護開關和電池檢測 模塊，鋰電池內的每個鋰電池模塊所在的迴路中均設置有一個所述斷路保護開關，每個所 述鋰電池模塊上均設置有一個所述電池檢測模塊，所述電池檢測模塊的一端與所述鋰電池 模塊的正負極連接，另一端與充電器或控制器連接，所述電池檢測模塊包括一發熱單元，所 述發熱單元貼合在所述斷路保護開關的一側； 每個所述電池檢測模塊中還分別包括有電壓採集單元、MOS管、第一三極體和第二三 極管，所述電壓採集單元上設有過充信號輸出端、過放信號輸出端、零電壓信號輸出端、用 於連接所述鋰電池模塊正極的正極端和用於連接所述鋰電池模塊負極的負極端；所述電 壓採集單元的過充信號輸出端與所述MOS管的柵極連接，所述電壓採集單元的正極端與所 述MOS管的漏極連接，所述電壓採集單元的負極端通過所述發熱單元與所述MOS管的源極 連接，所述電壓採集單元的零電壓信號輸出端通過第一二極體與所述第一三極體的基極連 接，所述電壓採集單元的過放信號輸出端通過第二二極體與所述第二三極體的基極連接； 所述第一三極體的發射極與所述第二三極體的發射極連接，所述第一三極體的集電極通過 第一電阻和第二電阻與所述第二三極體的集電極連接，所述第一、第二三極體的集電極與 控制器或充電器連接。
[0011] 進一步的，所述斷路保護開關為記憶金屬開關、金屬膨脹式開關或其他溫度開關； 所述短路保護開關由動觸端和靜觸端構成，所述動觸端與所述靜觸端相接觸。
[0012] 優選的，所述短路保護開關為記憶金屬開關，所述動觸端由形狀記憶合金製成，所 述動觸端和所述靜觸端表層鍍銀。
[0013] 優選的，所述短路保護開關為金屬膨脹式開關，所述動觸端由雙金屬片製成。
[0014] 常溫下，斷路保護開關兩側的觸點相接觸，達到記憶溫度時，兩側的觸點分離。
[0015] 本發明的工作原理如下： 當某個鋰電池模塊中的某節電芯過壓時，M0S管打開迴路，通過過充信號輸出線將超過 充電電流的電流輸進發熱單元，用於發熱，直接抑制電池過充的發生。由於每個鋰電池模塊 迴路中的開關組件為記憶金屬斷路保護開關，該過充電流的大小可以根據要求進行自由選 擇，只需調整信號線纜的規格，在1A-100A均可接受，確保鋰電池徹底杜絕過充的發生。本 發明將電子管理轉換成熱管理，當發熱單元產生的熱量達到設定值，記憶金屬斷路保護開 關被觸發，直接進行斷路保護。當熱量散去後，電池回復到正常溫度，記憶金屬斷路保護開 關憑藉其物理特性自動恢復，接通電路，當再次遇到過充時重複之前工作，整個過程產生間 斷保護的措施，可以有效控制溫度異常。
[0016] 電壓採集單元中設有零電壓監控，可以和充電器(或控制器）進行信息交互。極端 異常下，當電芯出現Ον時，傳統保護電路不能動作，而本發明可以告知充電器(或控制器)， 充電器(或控制器）進行告警，並立刻停止充電，如有需要還要對電池進行翻修，避免安全事 故。
[0017] 安培級的均衡電流是鋰電池最理想的均衡電流，其效果遠高於傳統保護電路。熱 管理的間斷控制又能對電池的過熱起到有效的保護，大幅提升電池的使用壽命，保證電池 的容量。
[0018] 與現有技術相比，本發明的有益效果是： 本發明的特點是將電池均衡技術和保護觸發技術合二為一，形成簡單可靠，均衡效果 突出，安全保護周全的鋰電池保護器。本發明利用金屬熱脹冷縮的形狀記憶特性，通過雙金 屬片的巧妙結構，作為溫度觸發的保護開關。本發明再利用充電均衡，通過先充電抑制電 流，進行均衡，並將抑制電流作用於記憶金屬開關，將產生的熱量聚集在限定空間，當蓄熱 到達記憶溫度，觸發記憶金屬開關進行斷開保護，溫度散出後，記憶金屬開關恢復，繼續進 行充電，反覆如此，整個過程產生間斷保護的措施，可以有效控制溫度異常，大幅提升了電 池的使用壽命，保證電池的容量。
[0019] 上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段， 並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。 本發明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細給出。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發 明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中： 圖1為本發明的整體結構框圖； 圖2為本發明的電池檢測模塊的電路原理圖； 圖3為常溫下記憶金屬短路保護開關的結構示意圖； 圖4為設定溫度下記憶金屬短路保護開關的結構示意圖。
[0021] 圖中標號說明：1、鋰電池模塊；2、斷路保護開關；3、電池檢測模塊；4、電壓採集單 元；5、充電器或控制器；6、發熱單元；M、M0S管；Q1、第一三極體；Q2、第二三極體；C0、過充 信號輸出端；D0、過放信號輸出端；0V、零電壓信號輸出端；B+、正極端；B-、負極端；D1、第 一二極體；D2、第二二極體；R1、第一電阻；R2、第二電阻；Q1、第一三極體；Q2、第二三極體； 201、動觸點；202、靜觸端。

【具體實施方式】
[0022] 下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本發明。
[0023] 參見圖1所示，一種基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器，包括受溫度控制的斷路 保護開關2和電池檢測模塊3,鋰電池內的每個鋰電池模塊1所在的迴路中均設置有一個所 述斷路保護開關2,每個所述鋰電池模塊1上均設置有一個所述電池檢測模塊3,所述電池 檢測模塊3的一端與所述鋰電池模塊1的正負極連接，另一端與充電器或控制器5連接，所 述電池檢測模塊3包括一發熱單元6,所述發熱單元6貼合在所述斷路保護開關2的一側； 參見圖2所示，每個所述電池檢測模塊3中還分別包括有電壓採集單元4、M0S管M、第 一三極體Q1和第二三極體Q2,所述電壓採集單元4上設有過充信號輸出端C0、過放信號輸 出端D0、零電壓信號輸出端0V、用於連接所述鋰電池模塊1正極的正極端B+和用於連接所 述鋰電池模塊1負極的負極端B-;所述電壓採集單元4的過充信號輸出端C0與所述M0S管 Μ的柵極連接，所述電壓採集單元4的正極端B+與所述M0S管Μ的漏極連接，所述電壓採集 單元4的負極端Β-通過所述發熱單元6與所述M0S管Μ的源極連接，所述電壓採集單元4 的零電壓信號輸出端0V通過第一二極體D1與所述第一三極體Q1的基極連接，所述電壓採 集單元4的過放信號輸出端D0通過第二二極體D2與所述第二三極體Q2的基極連接；所述 第一三極體Q1的發射極與所述第二三極體Q2的發射極連接，所述第一三極體Q1的集電極 通過第一電阻R1和第二電阻R2與所述第二三極體Q2的集電極連接，所述第一、第二三極 管Ql，Q2的集電極與控制器或充電器5連接。
[0024] 進一步的，參見圖3、圖4所示，所述斷路保護開關2為記憶金屬開關、金屬膨脹式 開關或其他溫度開關；所述短路保護開關2由動觸端201和靜觸端202構成，所述動觸端 201與所述靜觸端202相接觸。
[0025] 優選的，所述短路保護開關2為記憶金屬開關，所述動觸端201由形狀記憶合金制 成，所述動觸端201和所述靜觸端202表層鍍銀。
[0026] 優選的，所述短路保護開關2為金屬膨脹式開關，所述動觸端201由雙金屬片制 成。
[0027] 以記憶金屬開關開關為例，當某個鋰電池模塊中的某節電芯過壓時，M0S管打開回 路，通過過充信號輸出線將超過充電電流的電流輸進發熱單元，用於發熱，直接抑制電池過 充的發生。由於每個鋰電池模塊迴路中的開關組件為記憶金屬開關，該過充電流的大小可 以根據要求進行自由選擇，只需調整信號線纜的規格，在1A-100A均可接受，確保鋰電池徹 底杜絕過充的發生。本發明將電子管理轉換成熱管理，當發熱單元產生的熱量達到設定值， 記憶金屬開關被觸發，直接進行斷路保護。當熱量散去後，電池回復到正常溫度，記憶金屬 開關憑藉其物理特性自動恢復，接通電路，當再次遇到過充時重複之前工作，整個過程產生 間斷保護的措施，可以有效控制溫度異常。
[0028] 電壓採集單元中設有零電壓監控，可以和充電器(或控制器）進行信息交互。極端 異常下，當電芯出現〇v時，傳統保護電路不能動作，而本發明可以告知充電器(或控制器)， 充電器(或控制器）進行告警，並立刻停止充電，如有需要還要對電池進行翻修，避免安全事 故。
[0029] 安培級的均衡電流是鋰電池最理想的均衡電流，其效果遠高於傳統保護電路。熱 管理的間斷控制又能對電池的過熱起到有效的保護，大幅提升電池的使用壽命，保證電池 的容量。
[0030] 以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技 術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1. 一種基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器，其特徵在於：包括受溫度控制的斷路保護 開關（2)和電池檢測模塊（3)，鋰電池內的每個鋰電池模塊（1)所在的迴路中均設置有一個 所述斷路保護開關（2)，每個所述鋰電池模塊（1)上均設置有一個所述電池檢測模塊（3)， 所述電池檢測模塊（3)的一端與所述鋰電池模塊（1)的正負極連接，另一端與充電器或控 制器（5 )連接，所述電池檢測模塊（3 )包括一發熱單元（6 )所述發熱單元（6 )貼合在所述斷 路保護開關（2)的一側； 每個所述電池檢測模塊（3)中還分別包括有電壓採集單元（4)、MOS管（M)、第一三極 管（Q1)和第二三極體（Q2)，所述電壓採集單元（4)上設有過充信號輸出端（C0)、過放信號 輸出端（DO)、零電壓信號輸出端（0V)、用於連接所述鋰電池模塊（1)正極的正極端（B+)和 用於連接所述鋰電池模塊（1)負極的負極端（B-);所述電壓採集單元（4)的過充信號輸出 端（C0)與所述M0S管（M)的柵極連接，所述電壓採集單元（4)的正極端（B+)與所述M0S管 (M)的漏極連接，所述電壓採集單元（4)的負極端（B-)通過所述發熱單元（6)與所述M0S 管（M)的源極連接，所述電壓採集單元（4)的零電壓信號輸出端（0V)通過第一二極體（D1) 與所述第一三極體（Q1)的基極連接，所述電壓採集單元（4)的過放信號輸出端（DO)通過第 二二極體（D2)與所述第二三極體（Q2)的基極連接；所述第一三極體（Q1)的發射極與所述 第二三極體（Q2)的發射極連接，所述第一三極體（Q1)的集電極通過第一電阻（R1)和第二 電阻（R2)與所述第二三極體（Q2)的集電極連接，所述第一、第二三極體（Q1，Q2)的集電極 與控制器或充電器（5 )連接。
2. 根據權利要求1所述的基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器，其特徵在於：所述斷路 保護開關（2)為記憶金屬開關、金屬膨脹式開關或其他溫度開關；所述短路保護開關（2)由 動觸端（201)和靜觸端（202 )構成，所述動觸端（201)與所述靜觸端（202 )相接觸。
3. 根據權利要求2所述的基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器，其特徵在於：所述短路 保護開關（2)為記憶金屬開關，所述動觸端（201)由形狀記憶合金製成，所述動觸端（201) 和所述靜觸端（202 )表層鍍銀。
4. 根據權利要求2所述的基於均衡觸髮式鋰電池物理保護器，其特徵在於：所述短路 保護開關（2)為金屬膨脹式開關，所述動觸端（201)由雙金屬片製成。
【文檔編號】H02H7/18GK104092190SQ201410360205
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】樊朝暉, 範田郴, 瞿洪桂 申請人:中投仙能科技（蘇州）有限公司