CN103943903A - 电动开关式电池模块自动均衡装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动开关式电池模块自动均衡装置，包括均衡开关座、正极动触点和负极动触点、正极输出触点和负极输出触点、正极均衡触点和负极均衡触点；还包括驱动正极、负极动触点动作的绝缘拉杆，绝缘拉杆连接有拉杆驱动装置，拉杆驱动装置连接有电池模块状态指示装置；通过一根绝缘拉杆和拉杆驱动装置对电池组群进行串并联切换；串联时电池模块对外供电，工作可靠；并联时可以将各电池组群同时进行并联，电池模块进入均衡状态，绝缘拉杆拉动正极、负极动触点动作速度快，不会产生动作火花，提高了各单体电池和电池组群的使用寿命；电池模块状态指示装置可以标记电池模块处于串联输出状态还是并联均衡状态，保证电池模块之间进行正确的连接。

Description

电动开关式电池模块自动均衡装置

技术领域

本发明涉及一种电池技术领域，尤其涉及一种适用于电动汽车的电池模块自动均衡装置。

背景技术

近年来新能源电动汽车发展迅速，且电源系统、控制系统和动力系统成为新能源电动汽车的三大核心技术，其中电源系统是新能源技术应用的关键核心技术，目前电动汽车使用的电源大都为传统的铅酸蓄电池，由于铅酸电池存在的重量大，使用寿命短，不能实现快速充电等因素，制约了新能源电动汽车的发展。

上述电池因具有重量轻、续航里程持久、使用寿命长、可以实现快速充电等特点，且势必要取代传统的铅酸蓄电池在新能源电动汽车上的应用。上述蓄电池都是由若干单体电池组成一个电池模组，且在电动汽车上安装时采用串联的连接方式，以达到电动汽车的应用电压，但随着电池充放电次数的增加，电池模组内单体电池参数的不一致性会逐渐增大，其结果会造成电池模组的输出容量逐渐降低，降低了电池的使用寿命，成为制约新型电池在实际应用中的一大难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种散热效果好、提供电能稳定且使用寿命长的电动开关式电池模块自动均衡装置。 

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：电动开关式电池模块自动均衡装置，用于控制电池模块内的各电池组群，选择所述电池模块通过工作正极和工作负极输出或通过均衡正极和均衡负极均衡，包括均衡开关座，所述均衡开关座上安装有分别与各所述电池组群对应的均衡开关触头组，所述均衡开关触头组包括成对设置的正极动触点和负极动触点、成对设置的正极输出触点和负极输出触点、成对设置的正极均衡触点和负极均衡触点；所述正极动触点通过柔性导体连接至电池组群正极，所述负极动触点通过柔性导体连接至电池组群负极；所述正极输出触点之间连接有正极串联导线排，所述正极串联导线排与所述工作正极连接，所述负极输出触点之间连接有负极串联导线排，所述负极串联导线排与所述工作负极连接；所述正极均衡触点之间连接有正极并联导线排，所述正极并联导线排与所述均衡正极连接，所述负极均衡触点之间连接有负极并联导线排，所述负极并联导线排与所述均衡负极连接；所述均衡开关座上安装有绝缘拉杆，所述绝缘拉杆上连接有与所述电池组群数量对应的绝缘弹片，所述绝缘弹片的两端分别连接至所述正极动触点和所述负极动触点，所述正极动触点和所述负极动触点的外端分别铰接在所述均衡开关座上；所述绝缘拉杆上还安装有拉杆驱动装置；所述拉杆驱动装置连接有电池模块状态指示装置。

作为优选的技术方案，所述拉杆驱动装置包括安装在所述绝缘拉杆端部的拉杆座，所述拉杆座外周套装有抵靠在所述均衡开关座上的复位弹簧；所述拉杆座对应的所述均衡开关座上设有花键孔，所述花键孔内安装有平移花键轴，所述平移花键轴的一端与所述拉杆座固定连接，所述平移花键轴的另一端固定设有平移凸轮，所述平移凸轮的内端面设有凸轮螺旋台；所述均衡开关座上转动安装有套装在所述平移花键轴外的槽轮，所述槽轮的外端面设有槽轮螺旋台，所述槽轮螺旋台与所述凸轮螺旋台对应；所述均衡开关座上转动安装有与所述槽轮对应的拨盘，所述拨盘连接有减速电机。

作为优选的技术方案，所述绝缘拉杆上设有弹片插槽，所述动触头弹片插接在所述弹片插槽内。

作为优选的技术方案，所述凸轮螺旋台包括受力螺旋面和复位垂直面，槽轮螺旋台包括施力螺旋面和限位垂直面。

作为优选的技术方案，所述电池模块状态指示装置包括铰接在所述均衡开关座上的指示杆，所述绝缘拉杆上设有指示杆拨槽，所述指示杆的下端伸入至所述指示杆拨槽内，所述指示杆的上端向所述模块壳体的顶部延伸，所述模块上盖上设有便于观察所述指示杆位置的视窗。

作为优选的技术方案，所述柔性导体为弹性金属片。

由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：通过一根所述绝缘拉杆和所述拉杆驱动装置对电池组群进行自动串并联切换；串联时电池模块对外正常供电，工作可靠；并联时可以将各电池组群同时进行并联，使电池模块进入均衡状态，且绝缘拉杆拉动正极动触点和负极动触点同时动作，速度比较快，不会产生动作火花，大大提高了各单体电池和电池组群的使用寿命；通过电池模块状态指示装置可以准确标记电池模块处于串联输出状态还是并联均衡状态，保证电池模块之间进行正确的连接。

附图说明  

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：

图1是本发明实施例的结构示意图； 

图2是本发明实施例的分解结构示意图； 

图中：1-模块壳体；2-工作正极；3-工作负极；4-均衡正极；5-均衡负极；6-均衡开关座；7-均衡开关盖；8-正极动触点；9-负极动触点；10-正极输出触点；11-负极输出触点；12-正极均衡触点；13-负极均衡触点；14-柔性导体；15-正极串联导线排；16-负极串联导线排；17-正极并联导线排；18-负极并联导线排；19-绝缘拉杆；20-弹片插槽；21-拉杆座；22-复位弹簧；23-平移花键轴；24-平移凸轮；25-凸轮螺旋台；26-槽轮；27-槽轮螺旋台；28-拨盘；29-凸轮盖；30-减速电机；31-滚珠；32-轴承座；33-指示杆；34-指示杆拨槽；35-视窗。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。

如图1和图2所示，电动开关式电池模块自动均衡装置，安装在电池模块的模块壳体1内，所述电池模块由至少两组电池组群组成，各电池组群有若干单体电池并联而成，且电池模块的所述模块壳体1上设有工作正极2和工作负极3、均衡正极4和均衡负极5；本实施例用于控制电池模块内的各电池组群，选择电池模块通过工作正极2和工作负极3输出或通过均衡正极4和均衡负极5均衡。

本实施例包括均衡开关座6，均衡开关座6是本装置的安装主体，底端与电池组群的电池组群固定座配合装配，所述均衡开关座6上安装有配合使用的均衡开关盖7，均衡开关座6和均衡开关盖7一起将本装置的各个装置零部件进行封装固定，以方便安装。所述均衡开关座6上安装有分别与各所述电池组群对应的均衡开关触头组，所述均衡开关触头组包括成对设置的正极动触点8和负极动触点9、成对设置的正极输出触点10和负极输出触点11、成对设置的正极均衡触点12和负极均衡触点13；所述正极动触点8通过柔性导体14连接至电池组群正极，所述负极动触点9通过柔性导体14连接至电池组群负极，所述柔性导体14为弹性金属片，具有良好的弹性和柔韧度，以方便其穿设于电动均衡开关装置内的各个部件之间；所述正极输出触点10之间连接有正极串联导线排15，所述正极串联导线排15与所述工作正极2连接，所述负极输出触点11之间连接有负极串联导线排16，所述负极串联导线排16与所述工作负极3连接，实现了将电池组群的电能引出；所述正极均衡触点12之间连接有正极并联导线排17，所述正极并联导线排17与所述均衡正极4连接，所述负极均衡触点13之间连接有负极并联导线排18，所述负极并联导线排18与所述均衡负极5连接，以方便均衡使用；所述均衡开关座6上安装有绝缘拉杆19，所述绝缘拉杆19上连接有与所述电池组群数量对应的动触头弹片，所述动触头弹片分别连接至所述正极动触点8和所述负极动触点9，所述正极动触点8和所述负极动触点9的外端分别铰接在所述均衡开关座6上；所述绝缘拉杆19上还安装有拉杆驱动装置；所述电池组群和所述本装置还分别连接至电池管理系统，电池管理系统（BMS管理系统）为本技术领域内普通技术人员所熟知的现有技术内容，在这里不再赘述。

电池组群的电源正常输出时由电动均衡开关装置将电池组群串联，均衡时电池管理系统切断电源输出，启动电动均衡开关装置将电池组群并联。完成这个过程是由拉杆驱动装置驱动成对设置的正极动触点8和负极动触点9的动作转换实现的。

如图2所示，所述拉杆驱动装置包括安装在所述绝缘拉杆19端部的拉杆座21，所述拉杆座21外周套装有抵靠在所述均衡开关座6上的复位弹簧22；所述拉杆座21对应的所述均衡开关座6上设有花键孔，所述花键孔内安装有平移花键轴23，所述平移花键轴23的一端通过连接螺栓与所述拉杆座21固定连接，所述平移花键轴23的另一端固定设有平移凸轮24，所述平移凸轮24的内端面设有凸轮螺旋台25；所述均衡开关座6上转动安装有套装在所述平移花键轴23外的槽轮26，所述槽轮26的外端面设有槽轮螺旋台27，所述槽轮螺旋台27与所述凸轮螺旋台25对应，所述凸轮螺旋台25包括受力螺旋面和复位垂直面，槽轮螺旋台27包括施力螺旋面和限位垂直面。所述均衡开关座6上转动安装有与所述槽轮26对应的拨盘28，所述均衡开关座6上可拆卸安装有凸轮盖29，所述凸轮盖29上连接有驱动所述拨盘28的减速电机30，所述减速电机30通过导线连接至所述电池管理系统。

正极动触点8和负极主动触点9前端的动触头弹片在弹片插槽20和绝缘拉杆19的拉动下，以其尾端作为轴点进行摆动，从而实现动触点与正极输出触点10和负极输出触点11或正极均衡触点12和负极均衡触点13的接通与断开。

拉杆驱动装置的工作过程如下所述：

平移凸轮24通过螺钉与平移花键轴23连接，平移花键轴23与均衡开关座6内设有的花键孔配合，可以实现绝缘拉杆19平行移动，但平移凸轮24不能旋转，而套装在平移凸轮24上的槽轮26是可以旋转的，所述槽轮26一侧安装有轴承座32，所述均衡开关座6上对应所述轴承座32设有滚珠槽，所述滚珠槽与所述轴承座32之间设有滚珠31，以降低槽轮26旋转时的摩擦系数；所述槽轮螺旋台27设置为三个，所述凸轮螺旋台25也相应的设置为三个，两组螺旋凸面分别呈120°均布，所述槽轮26设置为马氏槽轮，且设置为六齿槽轮，当拨盘28旋转一周，拨动槽轮26旋转60°，由于平行凸轮不能旋转，槽轮26上的三个槽轮螺旋台27在槽轮26旋转时，相对与平移凸轮24的三个凸轮螺旋台25的位置会随着槽轮26的旋转发生变化，即槽轮螺旋台27和凸轮螺旋台25的凸面依次实现受力螺旋面与施力螺旋面、限位垂直面与复位垂直面的旋转位置变化，使得平移凸轮24实现平行移动。具体的当槽轮螺旋台27的限位垂直面处于与凸轮螺旋台25的复位垂直面位置配合时，绝缘拉杆19拉动正极动触点8与正极输出触点10、负极动触点9与负极输出触点11分别接触，电池组群实现正常的电压输出；当需要电池均衡时，BMS管理系统发出动作指令，启动减速电机30拖动拨盘28，啮合槽轮26旋转，两组螺旋台面的螺旋面和垂直面的配合位置发生变化，当旋转到两个螺旋台的两个垂直面脱离时，绝缘拉杆19在复位弹簧22的作用下联动，由于两个螺旋面的高度的降低，平移凸轮24实现瞬间快速移动，绝缘拉杆19拨动正极动触点8与正极输出触点10、负极动触点9与负极输出触点11分别释放，且正极动触点8与正极均衡触点12、负极动触点9与负极均衡触点13分别闭合，槽轮26完成了一周的旋转动作后停止，此时每个电池组群的正负极分别处于并联状态，其电位都处于一个水平，这样就实现了电池的参数均衡。

当电池在需要均衡时，BMS管理系统首先切断电池组群的电源输出，在没有电流输出的状态下实现电池均衡的，此时的输出是零电位，在正极动触点8与正极输出触点10断开、与正极均衡触点12接触的瞬间，负极动触点9与负极输出触点11断开、与负极均衡触点13接触的瞬间不会产生动作火花，但是此时每个电池组群的参数并不一致，现有技术的电池组群在均衡时（电池组群并联时）会有大电流瞬间从高电位流向低电位，触点在闭合时会产生放电火花，进而烧蚀触点影响电池组群的工作寿命，而本实施例在均衡工作状态时，绝缘拉杆19在复位弹簧22的作用下实现的快速动作，实现了触点的瞬间切换，均衡结束，BMS管理系统发出指令，减速电机30拖动拨盘28旋转，拨盘28啮合槽轮26旋转，绝缘拉杆19拨动正极动触点8和负极动触点9转换到正常电源输出，此时由于电源输出处于切断状态，因此正极动触点8和负极动触点9在动作时不会产生火花，当完成输出状态转换后，BMS管理系统接控制通电池组群的电源输出，使本装置处于正常工作的状态，进而消除了上述工作寿命短的缺陷。

本实施例中槽轮26的旋转是由拨盘28啮合旋转实现，而拨盘28的旋转是由减速电机30拖动的，减速电机30的旋转则是由BMS管理系统控制实现的，通过设置BMS管理系统每发出一个程序控制指令，减速电机30拖动拨盘28旋转一周，从而实现了电池组群的正常输出和均衡转换。

如图2所示，所述拉杆驱动装置连接有电池模块状态指示装置，所述电池模块状态指示装置包括通过转轴铰接在所述均衡开关座6上的指示杆33，所述绝缘拉杆19上设有指示杆拨槽34，所述指示杆33的下端伸入至所述指示杆拨槽34内，所述指示杆33的上端向所述模块壳体1的顶部延伸，所述模块上盖上设有便于观察所述指示杆33位置的视窗35。当绝缘拉杆19移动时，拖动指示杆33绕转轴实现摆动，通过模块上盖的透明视窗35，可以观察电池组群是处于电源输出状态还是在均衡状态，这在电池组群安装时是非常必要的。

本实施例仅提供了单个电池模块的技术方案，实际应用中，可以根据电动车辆的电压和容量的要求，分别将多个电池模块组合在一起，同时将各电池模块通过工作正极和工作负极串联在一起，并将各电池模块通过均衡正极和均衡负极并联在一起，这样就可以实现多个电池模块共同工作和均衡。所述模块上盖上还设有便于与所述电池管理系统连接的通讯接口，当然该通讯接口根据电动汽车结构的不同，可以设置在如模块箱体上等其他位置，电池管理系统可以安装在电动汽车的驾驶室或其它位置，本实施例的附图中并未显示。

本实施例通过一根所述绝缘拉杆和所述拉杆驱动装置对电池组群进行自动串并联切换；串联时电池模块对外正常供电，工作可靠；并联时可以将各电池组群同时进行并联，因此电池模块进入均衡状态，且绝缘拉杆拉动正极动触点和负极动触点同时动作时，速度比较快，不会产生动作火花，大大提高了各单体电池和电池组群的使用寿命；通过电池模块状态指示装置可以准确标记电池模块处于串联输出状态还是并联均衡状态，保证电池模块之间进行正确的连接。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.电动开关式电池模块自动均衡装置，用于控制电池模块内的各电池组群，选择所述电池模块通过工作正极和工作负极输出或通过均衡正极和均衡负极均衡，其特征在于，包括均衡开关座，所述均衡开关座上安装有分别与各所述电池组群对应的均衡开关触头组，所述均衡开关触头组包括成对设置的正极动触点和负极动触点、成对设置的正极输出触点和负极输出触点、成对设置的正极均衡触点和负极均衡触点；所述正极动触点通过柔性导体连接至电池组群正极，所述负极动触点通过柔性导体连接至电池组群负极；所述正极输出触点之间连接有正极串联导线排，所述正极串联导线排与所述工作正极连接，所述负极输出触点之间连接有负极串联导线排，所述负极串联导线排与所述工作负极连接；所述正极均衡触点之间连接有正极并联导线排，所述正极并联导线排与所述均衡正极连接，所述负极均衡触点之间连接有负极并联导线排，所述负极并联导线排与所述均衡负极连接；所述均衡开关座上安装有绝缘拉杆，所述绝缘拉杆上连接有与所述电池组群数量对应的动触头弹片，所述动触头弹片连接至所述正极动触点和所述负极动触点，所述正极动触点和所述负极动触点的外端分别铰接在所述均衡开关座上；所述绝缘拉杆上还安装有拉杆驱动装置；所述拉杆驱动装置连接有电池模块状态指示装置。

2.如权利要求1所述的电动开关式电池模块自动均衡装置，其特征在于，所述拉杆驱动装置包括安装在所述绝缘拉杆端部的拉杆座，所述拉杆座外周套装有抵靠在所述均衡开关座上的复位弹簧；所述拉杆座对应的所述均衡开关座上设有花键孔，所述花键孔内安装有平移花键轴，所述平移花键轴的一端与所述拉杆座固定连接，所述平移花键轴的另一端固定设有平移凸轮，所述平移凸轮的内端面设有凸轮螺旋台；所述均衡开关座上转动安装有套装在所述平移花键轴外的槽轮，所述槽轮的外端面设有槽轮螺旋台，所述槽轮螺旋台与所述凸轮螺旋台对应；所述均衡开关座上转动安装有与所述槽轮对应的拨盘，所述拨盘连接有减速电机。

3.如权利要求1所述的电动开关式电池模块自动均衡装置，其特征在于，所述绝缘拉杆上设有弹片插槽，所述动触头弹片插接在所述弹片插槽内。

4.如权利要求2所述的电动开关式电池模块自动均衡装置，其特征在于，所述凸轮螺旋台包括受力螺旋面和复位垂直面，槽轮螺旋台包括施力螺旋面和限位垂直面。

5.如权利要求1所述的电动开关式电池模块自动均衡装置，其特征在于：所述电池模块状态指示装置包括铰接在所述均衡开关座上的指示杆，所述绝缘拉杆上设有指示杆拨槽，所述指示杆的下端伸入至所述指示杆拨槽内，所述指示杆的上端向所述模块壳体的顶部延伸，所述模块上盖上设有便于观察所述指示杆位置的视窗。

6.如权利要求1所述的电动开关式电池模块自动均衡装置，其特征在于，所述柔性导体为弹性金属片。