CN104104068A

CN104104068A - 锂离子电池保护器

Info

Publication number: CN104104068A
Application number: CN201310711405.1A
Authority: CN
Inventors: 樊朝晖; 瞿洪桂; 贾尚碧
Original assignee: ZHONGTOU XIANNENG TECHNOLOGY (SUZHOU) Co Ltd
Current assignee: ZHONGTOU XIANNENG TECHNOLOGY (SUZHOU) Co Ltd
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2013-12-20
Publication date: 2014-10-15

Abstract

本发明公开了一种锂离子电池保护器，包括使用形状记忆合金制成的断路保护开关。所述断路保护开关包括两侧的两个触点；常温下，两侧的触点相接触；达到记忆温度时，两侧的触点分离。本发明利用形状记忆合金的记忆性，抗干扰、抗高压能力、被动过流能力。简化锂离子电池复杂的保护系统，将电池模块化处理，克服了电子半导体开关（如MOSFET）目前的存在的寿命短、稳定性差、抗干扰能力弱、耐高压能力弱、过流能力差等缺陷，有效解决锂离子电池的安全性问题。因为利用了开关材料的物理特性，在使用温度信号触发开关的同时，兼顾了电芯均衡和过充抑制的功能。保证电池模块实现可预期的随意串并联使用，降低了动力锂电池的使用门槛。

Description

锂离子电池保护器

技术领域

本发明涉及一种锂离子电池保护器，尤其涉及一种使用形状记忆合金的锂离子电池保护器。

背景技术

动力锂离子电池越来越广泛的应用到各种设备当中，包括汽车、UPS、电力储能、野外用电。其具有容量大，体积小的优点，是目前电池市场的主流。但是，锂离子电池在遇到短路、过充电等异常情况时，容易引起电池剧烈升温，此时如果没有保护措施，就会发生爆炸、燃烧等恶性事故。所以，锂离子电池必须强制安装过压、过温、过电流保护装置。

用二次锂离子电池替代传统的铅酸电池的主要技术难点之一是需要为二次锂离子电池加装过流、过充和过放等保护电路以保证电池的安全运行。

在手机、电动工具等应用领域是采用专用电路检测电池的电压、充放电电流等相关参数。当这些参数超过限定值时，继电器、MOSFETs、IGBT等开关器件从而切断电池的充放电回路，电池停止充放电，以被保证电池的安全运行。断开继电器、MOSFETs等开关器件虽然应用灵活，动作迅速，但由于外围控制和驱动电路复杂，导致系统的整体可靠性较低，且MOSFETs、IGBT等半导体器件存在抗干扰能力差、耐电流冲击能力差等问题；而继电器则有动作迟缓、驱动电流大、器件体积庞大等缺陷。现有锂离子电池组在成组过程中，控制点非常多，动力锂离子电池在需要串并联使用中，管理非常复杂，往往一套电池组系统，保护系统的成本占到总成本一半以上。另一方面，目前的电子半导体开关（如MOSFET）存在的寿命短、稳定性差、抗干扰能力弱、耐高压能力弱等缺陷。

在电动工具、电动自行车、小型储能等应用领域由于必须使用一定数量的电芯进行串并联才能达到应用所要求的电压与容量，但上述继电器、MOSFET、IGBT等开关器件的缺陷极大地限制了它们在这类领域的应用。

因此设计制造一种体积小巧、外围控制电路简单、工作稳定可靠、耐过流能力，可以在一定范围串并联的可控开关组件，对于电动工具、电动自行车、小型储能等应用领域就变得极为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的以上问题，提供一种锂离子电池保护器，采用了形状记忆合金作为断路保护开关，简化主动电子电路的触发，提高可靠性、抗干扰性、耐压能力、耐过流能力。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

一种锂离子电池保护器，包括使用形状记忆合金制成的断路保护开关。

进一步的，所述断路保护开关包括两侧的两个触点；常温下，两侧的触点相接触；达到记忆温度时，两侧的触点分离。

优选的，所述断路保护开关由动触端和静触端构成，所述动触端由记忆合金制成；常温下，所述动触端与所述静触端相接触；达到记忆温度时，所述动触端恢复记忆形状，与所述静触端分离。

优选的，所述断路保护开关由动触端、静触端和弹片构成，所述弹片由记忆合金制成；常温下，所述弹片挤压所述动触端使其与所述静触端相接触；达到记忆温度时，所述弹片恢复记忆形状，释放所述动触端，动触端与所述静触端分离。

优选的，所述触点表层镀银。

进一步的，还包括监测和电热控制电路以及陶瓷加热器，所述监测和电热控制电路一端连接锂离子电池组，另一端连接所述陶瓷加热器，所述陶瓷加热器设置于所述断路保护开关一侧。

优选的，所述监测和电热控制电路监测到需要断开保护的参数时，所述监测和电热控制电路控制陶瓷加热器开始加热，使一侧的断路保护开关达到记忆温度。

优选的，所述监测和电热控制电路监测到需要断开保护的参数时，所述监测和电热控制电路使用所述锂离子电池组中电压较高的电芯驱动陶瓷加热器开始加热，使一侧的断路保护开关达到记忆温度。

优选的，所述断路保护开关固定在铝制的底座上，所述底座下方设置有所述陶瓷加热器以及所述监测和电热控制电路。

进一步的，所述断路保护开关、所述底座、所述陶瓷加热器及所述监测和电热控制电路放置于外壳内。

本发明的有益效果是:

1、利用形状记忆合金的记忆性，抗干扰、抗高压能力、被动过流能力。简化锂离子电池复杂的保护系统，将电池模块化处理，克服了电子半导体开关（如MOSFET）目前的存在的寿命短、稳定性差、抗干扰能力弱、耐高压能力弱，耐过流能力差等缺陷。有效解决锂离子电池的安全性问题。

2、利用金属结构弱阻抗性，直接作用在限定电压的锂离子电池模块上，真正意义上实现锂离子电池模块化下的任意串并联使用。将安全性和使用简单性合为一体。

3、采用表层镀银结构实现灭弧，保证形变过程中的有效断路。

4、在记忆形状合金触发时，需要从电池输出小电流，监测和电热控制电路中设有电流触发机构，可以将锂离子电池组电压最高的电芯率先输出，主动解决电池的一致性偏差问题。

5、目前动力锂电池组系统成本占到总成本50%以上，用该技术可以直接将动力锂离子电池系统现有成本减少超过40%。

6、该产品原则上只控制单一模块的8个可控点，分别独立在模块中，这样可靠性非常高，实测记忆合金的开合寿命达到12万次。通过该产品的加入，未来锂离子电池可以做到像传统电池一样使用，简化用户的使用所带来的经济效应非常巨大，减少大量的社会成本，对于动力锂离子电池在汽车、UPS、电力储能、野外用电等方面带来实际意义的全面推广效应。

7、模块化的锂离子电池，将有限的电池能量封闭在有限的空间，安全性全面提高。可有效控制因异常导致的电池安全事故在可控范围内。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1常温下一种实施例触点结构示意图；

图2记忆温度下一种实施例触点结构示意图；

图3常温下另一种实施例触点结构示意图；

图4记忆温度下另一种实施例触点结构示意图；

图5控制电路与加热器连接关系示意图；

图6整体爆炸视图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

一种锂离子电池保护器，包括使用形状记忆合金制成的断路保护开关10，优选的采用镍钛合金制成。所述断路保护开关10包括两侧的两个触点。常温下，两侧的触点相接触。达到记忆温度时，两侧的触点分离。

参照图1所示，结合本发明的一种实施例来看，所述断路保护开关10由动触端101和静触端102构成，所述动触端101由记忆合金制成。常温下，所述动触端101与所述静触端102相接触。参照图2所示，达到记忆温度时，所述动触端101恢复记忆形状，与所述静触端102分离。

参照图3所示，结合本发明的另一种实施例来看，所述断路保护开关10由动触端101、静触端102和弹片103构成，所述弹片103由记忆合金制成。常温下，所述弹片103挤压所述动触端101使其与所述静触端102相接触。参照图4所示，达到记忆温度时，所述弹片103恢复记忆形状，释放所述动触端101，动触端101与所述静触端102分离。

再进一步结合本发明的实际使用情况来看，所述触点表层镀银，实现灭弧，保证形变过程中的有效断路。

参照图5所示，进一步来看，还包括监测和电热控制电路20以及陶瓷加热器30，所述监测和电热控制电路20一端连接锂离子电池组40，另一端连接所述陶瓷加热器30，所述陶瓷加热器30设置于所述断路保护开关10一侧。

陶瓷加热器30分为主陶瓷加热器PTC和辅助陶瓷加热器NTC。主陶瓷加热器PTC其特点为当温度不断升高，其内阻增加。与NTC配合可以保持一个相对恒定的安培级负载。其采集整组模块12v左右的电压进行工作，过程中可以有效抑制整组电池充电时电压因过充而快速升高。当多组模块串联工作时，抑制动作可以将高电压模块处于等待中，低电压模块电压升到与高电压模块接近是总电压到达。这是模块随意串并联的基础，模块化后的电池组可以简化大量的监控成本，并提高应用的可靠性和安全性。

辅助陶瓷加热器为NTC、其特点为当温度不断升高，其内阻不断减少，该器件除了为记忆合金开关提供辅助热量外，过程中实际上采集4串模块电池中电压最高的电芯进行放电，工作中可以平衡成组模块电池的一致性（目前国内电芯的水平来看，一般在电池使用1年后由于自放电的微小差异会引起群组中电芯一致性下降，性能下降），保持电池状态稳定。

进一步结合本发明的实际使用情况来看，所述监测和电热控制电路20监测到需要断开保护的参数时，所述监测和电热控制电路20控制陶瓷加热器30开始加热，使一侧的断路保护开关10达到记忆温度。

结合本发明一较佳的实施方式来看，所述监测和电热控制电路20监测到需要断开保护的参数时，所述监测和电热控制电路20使用所述锂离子电池组40中电压较高的电芯驱动陶瓷加热器30开始加热，使一侧的断路保护开关10达到记忆温度，主动解决电池的一致性偏差问题。

参照图6所示，为了防止外界环境的干扰，所述断路保护开关10固定在铝制的底座50上，所述底座50下方设置有所述陶瓷加热器30以及所述监测和电热控制电路20。所述断路保护开关10、所述底座50、所述陶瓷加热器30及所述监测和电热控制电路20放置于外壳1内。

通过上述的文字表述并结合附图可以看出，采用本发明后，利用形状记忆合金的记忆性，抗干扰、抗高压能力、被动过流能力。简化锂离子电池复杂的保护系统，将电池模块化处理，克服了电子半导体开关（如MOSFET）目前的存在的寿命短、稳定性差、抗干扰能力弱、耐高压能力弱等缺陷。有效解决锂离子电池的安全性问题。

利用金属结构弱阻抗性，直接作用在限定电压的锂离子电池模块上，真正意义上实现锂离子电池模块化下的任意串并联使用。将安全性和使用简单性合为一体。

用该技术可以直接将动力锂离子电池现有成本减少超过40%。

该产品原则上只控制单一模块的8个可控点，分别独立在模块中，这样可靠性非常高，实测记忆合金的开合寿命达到12万次。通过该产品的加入，未来锂离子电池可以做到像传统电池一样使用，简化用户的使用所带来的经济效应非常巨大，减少大量的社会成本，对于动力锂离子电池在汽车、UPS、电力储能、野外用电等方面带来实际意义的全面推广效应。

模块化的锂离子电池，将有限的电池能量封闭在有限的空间，安全性全面提高。可有效控制因异常导致的电池安全事故在可控范围内。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种锂离子电池保护器，其特征在于：包括使用形状记忆合金制成的断路保护开关（10）。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池保护器，其特征在于：所述断路保护开关（10）包括两侧的两个触点。

3.根据权利要求2所述的锂离子电池保护器，其特征在于：所述断路保护开关（10）由动触端（101）和静触端（102）构成，所述动触端（101）由记忆合金制成，所述动触端（101）与所述静触端（102）相接触。

4.根据权利要求2所述的锂离子电池保护器，其特征在于：所述断路保护开关（10）由动触端（101）、静触端（102）和弹片（103）构成，所述弹片（103）由记忆合金制成，所述弹片（103）挤压所述动触端（101）使其与所述静触端（102）相接触。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的锂离子电池保护器，其特征在于：所述触点表层镀银。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的锂离子电池保护器，其特征在于：还包括监测和电热控制电路（20）以及陶瓷加热器（30），所述监测和电热控制电路（20）一端连接锂离子电池组（40），另一端连接所述陶瓷加热器（30），所述陶瓷加热器（30）设置于所述断路保护开关（10）一侧。

7.根据权利要求6所述的锂离子电池保护器，其特征在于：所述监测和电热控制电路（20）监测到需要断开保护的参数时，所述监测和电热控制电路（20）控制陶瓷加热器（30）开始加热，使一侧的断路保护开关（10）达到记忆温度。

8.根据权利要求6所述的锂离子电池保护器，其特征在于：所述监测和电热控制电路（20）监测到需要断开保护的参数时，所述监测和电热控制电路（20）使用所述锂离子电池组（40）中电压较高的电芯驱动陶瓷加热器（30）开始加热，使一侧的断路保护开关（10）达到记忆温度。

9.根据权利要求6所述的锂离子电池保护器，其特征在于：所述断路保护开关（10）固定在铝制的底座（50）上，所述底座（50）下方设置有所述陶瓷加热器（30）以及所述监测和电热控制电路（20）。

10.根据权利要求9所述的锂离子电池保护器，其特征在于：所述断路保护开关（10）、所述底座（50）、所述陶瓷加热器（30）及所述监测和电热控制电路（20）放置于外壳（1）内。