一種基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù)器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù)器，包括受溫度控制的斷路保護(hù)開關(guān)和電池檢測模塊，電池檢測模塊包括一電壓采集單元，電壓采集單元分別與MOS管的柵極、第一、第二三極管的基極連接，MOS管的漏極和連接電壓采集單元正極，MOS管的源極通過發(fā)熱單元連接電壓采集單元負(fù)極，發(fā)熱單元貼合在斷路保護(hù)開關(guān)的一側(cè)，第一、第二三極管的發(fā)射極相互連接，第一、第二三極管的集電極之間串聯(lián)由第一、第二電阻，第一、第二三極管的集電極與控制器或充電器連接。本發(fā)明將電池均衡技術(shù)和保護(hù)觸發(fā)技術(shù)合二為一，形成簡單可靠，均衡效果突出，安全保護(hù)周全的鋰電池保護(hù)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】一種基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù)器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋰電池保護(hù)器，尤其涉及一種基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù) 器。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)鋰電池上設(shè)有的均衡板其機(jī)理大致分為兩種： 一種是被動均衡，其原理簡單，應(yīng)用廣泛，成本低。當(dāng)電池組串聯(lián)使用中，由于電池一致 性的問題，經(jīng)常在充電過程中，某個電芯電壓會提前達(dá)到過充點(如4. 2v)，通過電子開關(guān)對 該節(jié)電芯進(jìn)行小電流放電，當(dāng)電芯電壓低到正常點（如4. lv)時，關(guān)斷開關(guān)，這時同組串聯(lián)的 電芯電壓逐步與過充電芯一致，這種均衡模式可以修復(fù)整組電池，延長電池使用壽命，并保 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(jìn)行均衡。
[0004] 2、均衡電阻產(chǎn)生的熱量難以處理，即使電流很小，也會大量蓄熱導(dǎo)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(dǎo)致設(shè)計復(fù)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(yīng)用中可靠性不高，常出現(xiàn)電芯放空的 問題。
[0006] 第二種是主動均衡，其原理是通過復(fù)雜的電路原理，將高電壓電芯的能量轉(zhuǎn)換到 低電壓電芯中實現(xiàn)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，原電芯處于串聯(lián)狀態(tài)，轉(zhuǎn)換過程實際上類似并聯(lián)互換能 量，風(fēng)險很大。
[0007] 2、需要復(fù)雜的監(jiān)控并通過軟件進(jìn)行判斷高低壓并實施轉(zhuǎn)換，其系統(tǒng)過于復(fù)雜，可 靠性低，成本居高不下，目前除了非常高端的應(yīng)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(tǒng)鋰電池均衡模式 的缺陷，無法在均衡效果和熱管理上實現(xiàn)平衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為克服傳統(tǒng)鋰電池均衡的缺陷，本發(fā)明旨在于提供一種基于均衡觸發(fā)式鋰電池物 理保護(hù)器。
[0010] 為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)： 一種基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù)器，包括受溫度控制的斷路保護(hù)開關(guān)和電池檢測 模塊，鋰電池內(nèi)的每個鋰電池模塊所在的回路中均設(shè)置有一個所述斷路保護(hù)開關(guān)，每個所 述鋰電池模塊上均設(shè)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(fù)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(fā)熱單元，所 述發(fā)熱單元貼合在所述斷路保護(hù)開關(guān)的一側(cè)； 每個所述電池檢測模塊中還分別包括有電壓采集單元、MOS管、第一三極管和第二三 極管，所述電壓采集單元上設(shè)有過充信號輸出端、過放信號輸出端、零電壓信號輸出端、用 于連接所述鋰電池模塊正極的正極端和用于連接所述鋰電池模塊負(fù)極的負(fù)極端；所述電 壓采集單元的過充信號輸出端與所述MOS管的柵極連接，所述電壓采集單元的正極端與所 述MOS管的漏極連接，所述電壓采集單元的負(fù)極端通過所述發(fā)熱單元與所述MOS管的源極 連接，所述電壓采集單元的零電壓信號輸出端通過第一二極管與所述第一三極管的基極連 接，所述電壓采集單元的過放信號輸出端通過第二二極管與所述第二三極管的基極連接； 所述第一三極管的發(fā)射極與所述第二三極管的發(fā)射極連接，所述第一三極管的集電極通過 第一電阻和第二電阻與所述第二三極管的集電極連接，所述第一、第二三極管的集電極與 控制器或充電器連接。
[0011] 進(jìn)一步的，所述斷路保護(hù)開關(guān)為記憶金屬開關(guān)、金屬膨脹式開關(guān)或其他溫度開關(guān)； 所述短路保護(hù)開關(guān)由動觸端和靜觸端構(gòu)成，所述動觸端與所述靜觸端相接觸。
[0012] 優(yōu)選的，所述短路保護(hù)開關(guān)為記憶金屬開關(guān)，所述動觸端由形狀記憶合金制成，所 述動觸端和所述靜觸端表層鍍銀。
[0013] 優(yōu)選的，所述短路保護(hù)開關(guān)為金屬膨脹式開關(guān)，所述動觸端由雙金屬片制成。
[0014] 常溫下，斷路保護(hù)開關(guān)兩側(cè)的觸點相接觸，達(dá)到記憶溫度時，兩側(cè)的觸點分離。
[0015] 本發(fā)明的工作原理如下： 當(dāng)某個鋰電池模塊中的某節(jié)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(jìn)發(fā)熱單元，用于發(fā)熱，直接抑制電池過充的發(fā)生。由于每個鋰電池模塊 回路中的開關(guān)組件為記憶金屬斷路保護(hù)開關(guān)，該過充電流的大小可以根據(jù)要求進(jìn)行自由選 擇，只需調(diào)整信號線纜的規(guī)格，在1A-100A均可接受，確保鋰電池徹底杜絕過充的發(fā)生。本 發(fā)明將電子管理轉(zhuǎn)換成熱管理，當(dāng)發(fā)熱單元產(chǎn)生的熱量達(dá)到設(shè)定值，記憶金屬斷路保護(hù)開 關(guān)被觸發(fā)，直接進(jìn)行斷路保護(hù)。當(dāng)熱量散去后，電池回復(fù)到正常溫度，記憶金屬斷路保護(hù)開 關(guān)憑借其物理特性自動恢復(fù)，接通電路，當(dāng)再次遇到過充時重復(fù)之前工作，整個過程產(chǎn)生間 斷保護(hù)的措施，可以有效控制溫度異常。
[0016] 電壓采集單元中設(shè)有零電壓監(jiān)控，可以和充電器(或控制器）進(jìn)行信息交互。極端 異常下，當(dāng)電芯出現(xiàn)Ον時，傳統(tǒng)保護(hù)電路不能動作，而本發(fā)明可以告知充電器(或控制器)， 充電器(或控制器）進(jìn)行告警，并立刻停止充電，如有需要還要對電池進(jìn)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(yuǎn)高于傳統(tǒng)保護(hù)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(hù)，大幅提升電池的使用壽命，保證電池 的容量。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是： 本發(fā)明的特點是將電池均衡技術(shù)和保護(hù)觸發(fā)技術(shù)合二為一，形成簡單可靠，均衡效果 突出，安全保護(hù)周全的鋰電池保護(hù)器。本發(fā)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(jié)構(gòu)，作為溫度觸發(fā)的保護(hù)開關(guān)。本發(fā)明再利用充電均衡，通過先充電抑制電 流，進(jìn)行均衡，并將抑制電流作用于記憶金屬開關(guān)，將產(chǎn)生的熱量聚集在限定空間，當(dāng)蓄熱 到達(dá)記憶溫度，觸發(fā)記憶金屬開關(guān)進(jìn)行斷開保護(hù)，溫度散出后，記憶金屬開關(guān)恢復(fù)，繼續(xù)進(jìn) 行充電，反復(fù)如此，整個過程產(chǎn)生間斷保護(hù)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(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。 本發(fā)明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細(xì)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(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中： 圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)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(hù)開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為設(shè)定溫度下記憶金屬短路保護(hù)開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖中標(biāo)號說明：1、鋰電池模塊；2、斷路保護(hù)開關(guān)；3、電池檢測模塊；4、電壓采集單 元；5、充電器或控制器；6、發(fā)熱單元；M、M0S管；Q1、第一三極管；Q2、第二三極管；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(fù)極端；D1、第 一二極管；D2、第二二極管；R1、第一電阻；R2、第二電阻；Q1、第一三極管；Q2、第二三極管； 201、動觸點；202、靜觸端。

【具體實施方式】
[0022] 下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0023] 參見圖1所示，一種基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù)器，包括受溫度控制的斷路 保護(hù)開關(guān)2和電池檢測模塊3,鋰電池內(nèi)的每個鋰電池模塊1所在的回路中均設(shè)置有一個所 述斷路保護(hù)開關(guān)2,每個所述鋰電池模塊1上均設(shè)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(fù)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(fā)熱單元6,所述發(fā)熱單元6貼合在所述斷路保護(hù)開關(guān)2的一側(cè)； 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采集單元4、M0S管M、第 一三極管Q1和第二三極管Q2,所述電壓采集單元4上設(shè)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、用于連接所述鋰電池模塊1正極的正極端B+和用于連接所 述鋰電池模塊1負(fù)極的負(fù)極端B-;所述電壓采集單元4的過充信號輸出端C0與所述M0S管 Μ的柵極連接，所述電壓采集單元4的正極端B+與所述M0S管Μ的漏極連接，所述電壓采集 單元4的負(fù)極端Β-通過所述發(fā)熱單元6與所述M0S管Μ的源極連接，所述電壓采集單元4 的零電壓信號輸出端0V通過第一二極管D1與所述第一三極管Q1的基極連接，所述電壓采 集單元4的過放信號輸出端D0通過第二二極管D2與所述第二三極管Q2的基極連接；所述 第一三極管Q1的發(fā)射極與所述第二三極管Q2的發(fā)射極連接，所述第一三極管Q1的集電極 通過第一電阻R1和第二電阻R2與所述第二三極管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(jìn)一步的，參見圖3、圖4所示，所述斷路保護(hù)開關(guān)2為記憶金屬開關(guān)、金屬膨脹式 開關(guān)或其他溫度開關(guān)；所述短路保護(hù)開關(guān)2由動觸端201和靜觸端202構(gòu)成，所述動觸端 201與所述靜觸端202相接觸。
[0025] 優(yōu)選的，所述短路保護(hù)開關(guān)2為記憶金屬開關(guān)，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(yōu)選的，所述短路保護(hù)開關(guān)2為金屬膨脹式開關(guān)，所述動觸端201由雙金屬片制 成。
[0027] 以記憶金屬開關(guān)開關(guān)為例，當(dāng)某個鋰電池模塊中的某節(jié)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(jìn)發(fā)熱單元，用于發(fā)熱，直接抑制電池過 充的發(fā)生。由于每個鋰電池模塊回路中的開關(guān)組件為記憶金屬開關(guān)，該過充電流的大小可 以根據(jù)要求進(jìn)行自由選擇，只需調(diào)整信號線纜的規(guī)格，在1A-100A均可接受，確保鋰電池徹 底杜絕過充的發(fā)生。本發(fā)明將電子管理轉(zhuǎn)換成熱管理，當(dāng)發(fā)熱單元產(chǎn)生的熱量達(dá)到設(shè)定值， 記憶金屬開關(guān)被觸發(fā)，直接進(jìn)行斷路保護(hù)。當(dāng)熱量散去后，電池回復(fù)到正常溫度，記憶金屬 開關(guān)憑借其物理特性自動恢復(fù)，接通電路，當(dāng)再次遇到過充時重復(fù)之前工作，整個過程產(chǎn)生 間斷保護(hù)的措施，可以有效控制溫度異常。
[0028] 電壓采集單元中設(shè)有零電壓監(jiān)控，可以和充電器(或控制器）進(jìn)行信息交互。極端 異常下，當(dāng)電芯出現(xiàn)〇v時，傳統(tǒng)保護(hù)電路不能動作，而本發(fā)明可以告知充電器(或控制器)， 充電器(或控制器）進(jìn)行告警，并立刻停止充電，如有需要還要對電池進(jìn)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(yuǎn)高于傳統(tǒng)保護(hù)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(hù)，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(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技 術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù)器，其特征在于：包括受溫度控制的斷路保護(hù) 開關(guān)（2)和電池檢測模塊（3)，鋰電池內(nèi)的每個鋰電池模塊（1)所在的回路中均設(shè)置有一個 所述斷路保護(hù)開關(guān)（2)，每個所述鋰電池模塊（1)上均設(shè)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(fù)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(fā)熱單元（6 )所述發(fā)熱單元（6 )貼合在所述斷 路保護(hù)開關(guān)（2)的一側(cè)； 每個所述電池檢測模塊（3)中還分別包括有電壓采集單元（4)、MOS管（M)、第一三極 管（Q1)和第二三極管（Q2)，所述電壓采集單元（4)上設(shè)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)、用于連接所述鋰電池模塊（1)正極的正極端（B+)和 用于連接所述鋰電池模塊（1)負(fù)極的負(fù)極端（B-);所述電壓采集單元（4)的過充信號輸出 端（C0)與所述M0S管（M)的柵極連接，所述電壓采集單元（4)的正極端（B+)與所述M0S管 (M)的漏極連接，所述電壓采集單元（4)的負(fù)極端（B-)通過所述發(fā)熱單元（6)與所述M0S 管（M)的源極連接，所述電壓采集單元（4)的零電壓信號輸出端（0V)通過第一二極管（D1) 與所述第一三極管（Q1)的基極連接，所述電壓采集單元（4)的過放信號輸出端（DO)通過第 二二極管（D2)與所述第二三極管（Q2)的基極連接；所述第一三極管（Q1)的發(fā)射極與所述 第二三極管（Q2)的發(fā)射極連接，所述第一三極管（Q1)的集電極通過第一電阻（R1)和第二 電阻（R2)與所述第二三極管（Q2)的集電極連接，所述第一、第二三極管（Q1，Q2)的集電極 與控制器或充電器（5 )連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù)器，其特征在于：所述斷路 保護(hù)開關(guān)（2)為記憶金屬開關(guān)、金屬膨脹式開關(guān)或其他溫度開關(guān)；所述短路保護(hù)開關(guān)（2)由 動觸端（201)和靜觸端（202 )構(gòu)成，所述動觸端（201)與所述靜觸端（202 )相接觸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù)器，其特征在于：所述短路 保護(hù)開關(guān)（2)為記憶金屬開關(guān)，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。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于均衡觸發(fā)式鋰電池物理保護(hù)器，其特征在于：所述短路 保護(hù)開關(guān)（2)為金屬膨脹式開關(guān)，所述動觸端（201)由雙金屬片制成。
【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(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】樊朝暉, 范田郴, 瞿洪桂 申請人:中投仙能科技（蘇州）有限公司