CN103426681B - 可控可锁定保护开关、开关控制系统及锂电池 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种可控可锁定保护开关、开关控制系统及锂电池，所述可控可锁定保护开关包括第一触点、第二触点、双金属片、发热单元或电磁线圈、锁定机构；双金属片连接第一触点，第一触点与第二触点相对设置；发热单元或电磁线圈靠近双金属片设置，通过发热单元或电磁线圈控制双金属片带动第一触点与第二触点接触或断开；锁定机构用以在第一触点与第二触点处于断开状态后，阻止第一触点与第二触点闭合。本发明通过设置发热单元或电磁线圈控制双金属片，可以控制开关的闭合及断开；通过设置锁定机构，在开关断开后，防止开关再次闭合，起到对整个电路的保护作用，避免在电池的保护开关失效后，由于电池一直充电引起爆炸。

Description

可控可锁定保护开关、开关控制系统及锂电池

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种保护开关，尤其涉及一种可控可锁定保护开关；同时，本发明还涉及一种可控可锁定开关控制系统，本发明还涉及一种包含上述可控可锁定开关控制系统的锂电池。

背景技术

当前电子产业和新能源产业发展日益迅速，特别是锂离子电池行业的发展,但是对于系统安全还不是非常完美，目前的电路板保护有类似的热保护开关，但是功能有限。

热保护开关必须是在电路环境温度过高保护，而且温度下降会自动恢复。特别是在锂离子电池的电路，在极端条件下保护和锁定故障非常重要，特别是在电路半导体开关失效的情况下。目前电池的燃烧主要原因还是半导体开关失效导致，其他原因比如电池内部短路或线路故障等。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的保护开关，以便克服现有锂电池设计的上述缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可控可锁定保护开关，可提高锂电池等电路的安全性。

同时，本发明还提供一种可控可锁定开关控制系统，可提高锂电池等电路的安全性。

此外，本发明进一步提供一种包含上述可控可锁定开关控制系统的锂电池，可提高锂电池的安全性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种可控可锁定保护开关，所述保护开关包括：第一触点、第二触点、双金属片、发热单元或电磁线圈、锁定机构；

所述双金属片连接第一触点，第一触点与第二触点相对设置；

所述发热单元或电磁线圈靠近双金属片设置，通过发热单元或电磁线圈控制双金属片带动第一触点与第二触点接触或断开；

所述锁定机构用以在第一触点与第二触点处于断开状态后，阻止第一触点与第二触点闭合。

作为本发明的一种优选方案，所述锁定机构连接一弹性机构，第一触点与第二触点断开后锁定机构在弹性机构的推动下将第一触点与第二触点隔开，锁定机构设置于第一触点与第二触点之间。

作为本发明的一种优选方案，所述锁定机构的中部设有一通孔，第一触点与第二触点处于接触状态时，第一触点位于该通孔内；在双金属片受热翘起时能带动第一触点与第二触点断开，锁定机构在弹性机构的推力作用下被推动；锁定机构在双金属片复位时位于第一触点与第二触点之间，将第一触点与第二触点之间隔开。

作为本发明的一种优选方案，所述锁定机构为加热控制器，控制加热单元一直加热，使双金属片始终处于翘起状态，防止第一触点与第二触点闭合。

作为本发明的一种优选方案，所述保护开关还包括底座、固定铆钉、垫片，垫片套在固定铆钉上；所述第二触点固定在底座的一端，第二触点连接电源；固定铆钉将加热单元、双金属片、弹性机构固定在底座的另一端；所述加热单元设置于双金属片的上方，双金属片的一端连接固定铆钉，另一端连接第一触点，第一触点连接电源；弹性机构设置于双金属片的下方，其一端固定在固定铆钉上，另一端连接锁定机构；第一触点作为动触点，第二触点作为静触点。

一种可控可锁定开关控制系统，所述开关控制系统包括二次保护开关、第一保护开关、二次保护控制开关、二次保护电路，所述二次保护电路、二次保护控制开关、二次保护开关相连接；

所述二次保护电路连接第一保护开关，用以在第一保护开关失效时向二次保护控制开关发送触发信号，控制二次保护开关工作；

所述二次保护开关包括：第一触点、第二触点、双金属片、发热单元或电磁线圈、锁定机构；所述双金属片连接第一触点，第一触点与第二触点相对设置；

所述发热单元或电磁线圈靠近双金属片设置，通过发热单元或电磁线圈控制双金属片带动第一触点与第二触点接触或断开；

所述锁定机构用以在第一触点与第二触点处于断开状态后，阻止第一触点与第二触点闭合。

作为本发明的一种优选方案，所述二次保护电路包括高压比较器、低压比较器，所述高压比较器用以将实际电压与高比较点电压比较，所述低压比较器用以将实际电压与低比较点比较，当实际电压高于高比较点或低于低比较点时，向二次保护控制开关输出触发信号。

作为本发明的一种优选方案，所述二次保护电路还包括辅助过压控制电路，包括稳压二极管ZD1、第一电阻R1；所述二次保护控制开关为第一二极管SCR1，第一二极管SCR1的阴极连接充电器/负载的负侧；第一二极管SCR1的控制极一路通过第二二极管D1和第三电阻R3串联连接到二次保护电路，一路通过所述稳压二极管ZD1、第一电阻R1串联到电池正极；第一二极管SCR1的阴极与第一二极管SCR1的控制极之间接第二电阻R2。

一种可控可锁定的锂电池，所述锂电池包括开关控制系统；

所述开关控制系统包括二次保护开关、第一保护开关、二次保护控制开关、二次保护电路，所述二次保护电路、二次保护控制开关、二次保护开关相连接；

所述二次保护电路连接第一保护开关，用以在第一保护开关失效时向二次保护控制开关发送触发信号，控制二次保护开关工作；

所述二次保护开关包括：第一触点、第二触点、双金属片、发热单元或电磁线圈、锁定机构；所述双金属片连接第一触点，第一触点与第二触点相对设置；

所述发热单元或电磁线圈靠近双金属片设置，通过发热单元或电磁线圈控制双金属片带动第一触点与第二触点接触或断开；

所述锁定机构用以在第一触点与第二触点处于断开状态后，阻止第一触点与第二触点闭合。

一种可控可锁定的锂电池，所述锂电池包括开关控制系统；

所述开关控制系统包括二次保护开关、第一保护开关、二次保护控制开关、二次保护电路，所述二次保护电路、二次保护控制开关、二次保护开关相连接；

所述二次保护电路包括高压比较器、低压比较器，所述高压比较器用以将实际电压与高比较点电压比较，所述低压比较器用以将实际电压与低比较点比较，当实际电压高于高比较点或低于低比较点时，向二次保护控制开关输出触发信号；

所述二次保护电路还包括辅助过压控制电路，包括稳压二极管ZD1、第一电阻R1；所述二次保护控制开关为第一二极管SCR1，第一二极管SCR1的阴极连接充电器/负载的负侧；第一二极管SCR1的控制极一路通过第二二极管D1和第三电阻R3串联连接到二次保护电路，一路通过所述稳压二极管ZD1、第一电阻R1串联到电池正极；第一二极管SCR1的阴极与第一二极管SCR1的控制极之间接第二电阻R2；

所述二次保护电路连接第一保护开关，用以在第一保护开关失效时向二次保护控制开关发送触发信号，控制二次保护开关工作；

所述二次保护开关包括第一触点、第二触点、双金属片、发热单元或电磁线圈、锁定机构；所述双金属片连接第一触点，第一触点与第二触点相对设置；所述发热单元或电磁线圈靠近双金属片设置，通过发热单元或电磁线圈控制双金属片带动第一触点与第二触点接触或断开；所述锁定机构用以在第一触点与第二触点处于断开状态后，阻止第一触点与第二触点闭合；

所述锁定机构连接一弹性机构，第一触点与第二触点断开后锁定机构在弹性机构的推动下将第一触点与第二触点隔开，锁定机构设置于第一触点与第二触点之间；所述锁定机构的中部设有一通孔，第一触点与第二触点处于接触状态时，第一触点位于该通孔内；在双金属片受热翘起时能带动第一触点与第二触点断开，锁定机构在弹性机构的推力作用下被推动；锁定机构在双金属片复位时位于第一触点与第二触点之间，将第一触点与第二触点之间隔开；所述锁定机构为锁定片，锁定片是由一个片状机构和一根圆柱体组成的一体结构，使用增强尼龙或聚碳酸酯制造，其中，圆柱体的一端一串入弹性机构后串入底座，所述片状机构开一长孔，长孔下半部为半圆结构，半圆结构的弧半径和第一触点的半径吻合；

所述保护开关还包括底座、固定铆钉、垫片，垫片套在固定铆钉上；所述第二触点固定在底座的一端，第二触点连接电源；固定铆钉将加热单元、双金属片、弹性机构固定在底座的另一端；所述加热单元设置于双金属片的上方，双金属片的一端连接固定铆钉，另一端连接第一触点，第一触点连接电源；弹性机构设置于双金属片的下方，其一端固定在固定铆钉上，另一端连接锁定机构；第一触点作为动触点，第二触点作为静触点。

本发明的有益效果在于：本发明提出的可控可锁定保护开关及开关控制系统，通过设置发热单元或电磁线圈控制双金属片，可以控制开关的闭合及断开；同时，通过设置锁定机构，在开关断开后，防止开关再次闭合，起到对整个电路的保护作用，避免在电池的保护开关失效后，由于电池一直充电引起爆炸。本发明对锂离子电池的安全性有重要意义，对整个行业的发展也是有着重要的意义。

附图说明

图1为实施例一中本发明可控可锁定保护开关的组成示意图。

图2为实施例一中锁定机构的结构示意图。

图3为实施例二中本发明可控可锁定保护开关的组成示意图。

图4为实施例三中本发明可控可锁定保护开关的组成示意图。

图5为实施例一中本发明开关控制系统应用于锂电池的示意图。

图6为实施例四中本发明开关控制系统应用于功率电路的示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

请参阅图1，本发明揭示了一种可控可锁定保护开关，所述保护开关主要包括：第一触点5、第二触点2、双金属片6、发热单元7、锁定机构3；所述双金属片6连接第一触点5，第一触点5与第二触点2相对设置。

所述保护开关还包括底座1、固定铆钉8、垫片9，垫片9套在固定铆钉8上。所述第二触点2固定在底座1的一端（如可采用直接铆接的方式固定），第二触点2连接电源。固定铆钉8将加热单元7、双金属片6、弹性机构4固定在底座1的另一端；所述加热单元7设置于双金属片6的上方，双金属片6的一端连接固定铆钉8，另一端连接第一触点5，第一触点5连接电源；弹性机构4设置于双金属片6的下方，其一端固定在固定铆钉8上，另一端连接锁定机构3；第一触点5作为动触点，第二触点2作为静触点。此外，保护开关的两个连接线接通电源，一个连接线101连接第一触点5，另一连接线102连接第二触点2。同时，发热单元7的连接线111、112分别连接电源的正极、负极。所述底座1、锁定机构3、垫片9可以为尼龙材料，底座1、垫片9可以使用PA66增强尼龙或者陶瓷制造。

所述发热单元7靠近双金属片6设置，通过发热单元7为双金属片6加热，加热到一定程度时使双金属片6翘起，能控制双金属片6带动第一触点5与第二触点2断开。所述锁定机构3用以在第一触点5与第二触点2处于断开状态后，阻止第一触点5与第二触点2闭合。发热单元7和双金属片6可通过环氧涂层或聚酰亚胺涂层隔离后贴一起；其中发热单元7可以使用加热金属线或者PTC高分子材料。

本实施例中，所述锁定机构3连接一弹性机构4，在第一触点5与第二触点2断开后，锁定机构3在弹性机构4的推动下将第一触点5与第二触点2隔开，锁定机构3设置于第一触点5与第二触点2之间。优选地，所述锁定机构3的中部设有一通孔，第一触点5与第二触点2处于接触状态时，第一触点5位于该通孔内；在双金属片6受热翘起时能带动第一触点5与第二触点2断开，锁定机构3在弹性机构4的推力作用下被推动；锁定机构3在双金属片6复位时位于第一触点5与第二触点2之间，将第一触点5与第二触点2之间隔开。

如图2所示，本实施例中，所述锁定机构3为锁定片，锁定片是由一个片状机构31和一根圆柱体33组成的一体结构，使用增强尼龙或聚碳酸酯制造；其中，圆柱体33的一端一串入弹性机构4（如弹性机构可以为锁定弹簧）后串入底座1，所述片状机构31开一长孔32，长孔32下半部为半圆结构，半圆结构的弧半径和第一触点5的半径吻合。此外，当需要使二次保护开关再次起到保护开关作用时，可以手动推锁定机构3，使得弹性机构4收缩，此时，第一触点5设置于上述长孔32内，此时二次保护开关又可以使用。

请参阅图5，本发明还揭示一种可控可锁定开关控制系统，所述开关控制系统中包括了上述的可控可锁定保护开关。所述开关控制系统包括二次保护开关100（即上述可控可锁定保护开关）、第一保护开关（包括充电开关K1、放电开关K2）、二次保护控制开关、二次保护电路21，所述二次保护电路21、二次保护控制开关、二次保护开关100相连接。

所述二次保护电路21连接第一保护开关，用以在第一保护开关失效时向二次保护控制开关发送触发信号，控制二次保护开关工作。所述二次保护开关100的具体组成可参照以上介绍。

所述二次保护电路21包括高压比较器、低压比较器，所述高压比较器用以将实际电压与高比较点电压比较，所述低压比较器用以将实际电压与低比较点比较，当实际电压高于高比较点或低于低比较点时，向二次保护控制开关输出触发信号。

如图5所示，所述二次保护电路21还包括辅助过压控制电路，包括稳压二极管ZD1、第一电阻R1。所述二次保护控制开关为第一二极管SCR1，第一二极管SCR1的阴极连接充电器/负载23的负侧；第一二极管SCR1的控制极一路通过第二二极管D1和第三电阻R3串联连接到二次保护电路21，一路通过所述稳压二极管ZD1、第一电阻R1串联到电池22的正极；第一二极管SCR1的阴极与第一二极管SCR1的控制极之间接第二电阻R2。

具体地，如图5所示，把二次保护开关100的两个连接线串在电池22和充电器/负载23之间，二次保护开关100的连接线101与发热单元7的连接线112连接，发热单元7的连接线111连接到控制开关即第一二极管SCR1的阳极，SCR1的阴极连接到系统的充电器/负载23的负侧，第一二极管SCR1的控制极一路通过第二二极管D1和第三电阻R3串联连接到电池管理系统或二次保护电路21。一路通过稳压二极管ZD1和第一电阻R1的串联连接到电池的正极，同时第一二极管SCR1的阴极和第一二极管SCR1的控制极之间接第二电阻R2。当电池电压超过限制时稳压二极管ZD1导通，第一二极管SCR1被触发导通，或者电池管理系统以及二次保护电路检查到异常发送信号，通过第二二极管D1、第三电阻R3触发第一二极管SCR1导通。第一二极管SCR1的导通，发热单元7的连接线111、112获得电压电流，发热单元7（或者电磁线圈）迫使动静触点分离，锁定机构3介入。当充电器/负载23侧为负载时，发热单元7的连接线111、112由于二次保护开关分离自然关闭，但是如果是充电器时，第一二极管SCR1会一直等待充电器的挪开。本控制系统主要是在半导体开关K1或K2失效时由二次保护电路或电池管理系统触发，或者充电时由稳压二极管ZD1及第一电阻R1触发，实现二次保护的目的，有效地减少电池由于电路实效带来的起火爆炸风险。

本发明还揭示一种可控可锁定的锂电池，所述锂电池包括上述开关控制系统。本发明可以保护锂电池在半导体开关失效后的安全保护以及锁定，降低意外燃烧或爆炸的概率。此外，本发明保护开关、保护开关控制系统还可以用于其他电路上的二次保护。

实施例二

请参阅图3，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，通过电磁线圈代替实施例一中的加热单元，可以减少电路发热，发热量小。

实施例三

请参阅图4，本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，所述锁定机构为加热控制器，控制加热单元一直加热，使双金属片始终处于翘起状态，防止第一触点与第二触点闭合。

此时，可以不安装实施一中的锁定机构3、锁定弹簧，不安装上述结构时，需要在锁定时发热单元7（当然也可以是电磁线圈）的连接线111、112必须一直加电；而加装了锁定机构3、锁定弹簧分离锁定时，只须短时间的给发热单元7的连接线111、112加电，分离后靠锁定机构3维持锁定，这样锁定是可以做到零功耗锁定。

实施例四

本发明保护开关、保护开关控制系统还可以用于其他电路上的二次保护；如：大功率开关电源以及电子整流器，在严重故障后锁定，防止反复恢复保护带来故障扩散。本实施例介绍本发明保护开关、保护开关控制系统的另一种应用。

请参阅图6，本发明保护开关、保护开关控制系统应用于功率电路，保护开关控制系统包括异常检测甄别电路（替代实施例一中的二次保护电路21，其他组成与实施例一中相同），用以对功率电路进行检测甄别，若发现功率电路异常（如过热检测、短路检测等），则向二次保护控制开关发送触发信号，控制二次保护开关工作。所述二次保护开关100的具体组成可参照以上介绍。

综上所述，本发明提出的可控可锁定保护开关及开关控制系统，通过设置发热单元控制双金属片，可以控制开关的闭合及断开；同时，通过设置锁定机构，在开关断开后，防止开关再次闭合，起到对整个电路的保护作用，避免在电池的保护开关失效后，由于电池一直充电引起爆炸。本发明对锂离子电池的安全性有重要意义，对整个行业的发展也是有着重要的意义。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (2)

1.一种可控可锁定开关控制系统，其特征在于：所述开关控制系统包括二次保护开关、第一保护开关、二次保护控制开关、二次保护电路，所述二次保护电路、二次保护控制开关、二次保护开关相连接；

所述二次保护电路连接第一保护开关，用以在第一保护开关失效时向二次保护控制开关发送触发信号，控制二次保护开关工作；

所述二次保护开关包括：第一触点、第二触点、双金属片、发热单元或电磁线圈、锁定机构；所述双金属片连接第一触点，第一触点与第二触点相对设置；

所述发热单元或电磁线圈靠近双金属片设置，通过发热单元或电磁线圈控制双金属片带动第一触点与第二触点接触或断开；

所述锁定机构用以在第一触点与第二触点处于断开状态后，阻止第一触点与第二触点闭合；

所述二次保护电路包括高压比较器、低压比较器，所述高压比较器用以将实际电压与高比较点电压比较，所述低压比较器用以将实际电压与低比较点比较，当实际电压高于高比较点或低于低比较点时，向二次保护控制开关输出触发信号；

所述二次保护电路还包括辅助过压控制电路，包括稳压二极管ZD1、第一电阻R1；

所述二次保护控制开关为第一二极管SCR1，第一二极管SCR1的阴极连接充电器或负载的负侧；第一二极管SCR1的控制极一路通过第二二极管D1和第三电阻R3串联连接到二次保护电路，一路通过所述稳压二极管ZD1、第一电阻R1串联到电池正极；第一二极管SCR1的阴极与第一二极管SCR1的控制极之间接第二电阻R2。

2.一种可控可锁定的锂电池，其特征在于：所述锂电池包括开关控制系统；

所述开关控制系统包括二次保护开关、第一保护开关、二次保护控制开关、二次保护电路，所述二次保护电路、二次保护控制开关、二次保护开关相连接；

所述二次保护电路包括高压比较器、低压比较器，所述高压比较器用以将实际电压与高比较点电压比较，所述低压比较器用以将实际电压与低比较点比较，当实际电压高于高比较点或低于低比较点时，向二次保护控制开关输出触发信号；

所述二次保护电路还包括辅助过压控制电路，包括稳压二极管ZD1、第一电阻R1；所述二次保护控制开关为第一二极管SCR1，第一二极管SCR1的阴极连接充电器或负载的负侧；第一二极管SCR1的控制极一路通过第二二极管D1和第三电阻R3串联连接到二次保护电路，一路通过所述稳压二极管ZD1、第一电阻R1串联到电池正极；第一二极管SCR1的阴极与第一二极管SCR1的控制极之间接第二电阻R2；

所述二次保护电路连接第一保护开关，用以在第一保护开关失效时向二次保护控制开关发送触发信号，控制二次保护开关工作；

所述二次保护开关包括第一触点、第二触点、双金属片、发热单元或电磁线圈、锁定机构；所述双金属片连接第一触点，第一触点与第二触点相对设置；所述发热单元或电磁线圈靠近双金属片设置，通过发热单元或电磁线圈控制双金属片带动第一触点与第二触点接触或断开；所述锁定机构用以在第一触点与第二触点处于断开状态后，阻止第一触点与第二触点闭合；

所述锁定机构连接一弹性机构，第一触点与第二触点断开后锁定机构在弹性机构的推动下将第一触点与第二触点隔开，锁定机构设置于第一触点与第二触点之间；所述锁定机构的中部设有一通孔，第一触点与第二触点处于接触状态时，第一触点位于该通孔内；在双金属片受热翘起时能带动第一触点与第二触点断开，锁定机构在弹性机构的推力作用下被推动；锁定机构在双金属片复位时位于第一触点与第二触点之间，将第一触点与第二触点之间隔开；所述锁定机构为锁定片，锁定片是由一个片状机构和一根圆柱体组成的一体结构，使用增强尼龙或聚碳酸酯制造，其中，圆柱体的一端一串入弹性机构后串入底座，所述片状机构开一长孔，长孔下半部为半圆结构，半圆结构的弧半径和第一触点的半径吻合；

所述保护开关还包括底座、固定铆钉、垫片，垫片套在固定铆钉上；所述第二触点固定在底座的一端，第二触点连接电源；固定铆钉将加热单元、双金属片、弹性机构固定在底座的另一端；所述加热单元设置于双金属片的上方，双金属片的一端连接固定铆钉，另一端连接第一触点，第一触点连接电源；弹性机构设置于双金属片的下方，其一端固定在固定铆钉上，另一端连接锁定机构；第一触点作为动触点，第二触点作为静触点。