CN107394289A - 一种电池保护开关用的接触系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电池保护开关用的接触系统，主要由外壳、引出端、弹簧触指、插针、绝缘套、推杆和压簧组成；外壳为柱状的中空腔体；3个引出端由前至后排列套设于外壳的前侧内腔中；每个引出端中部的通孔内嵌设有至少1个弹簧触指，弹簧触指的外圆与引出端相接触；压簧套设于外壳的后侧内腔中；插针、绝缘套和推杆组成外壳内腔中可轴向活动的导电轴；当压簧处于大压力压缩状态时，插针恰好位于第二引出端和第一引出端处，第二引出端和第一引出端通过插针实现导通；压簧处于小压力压缩状态时，插针恰好位于第一引出端和第三引出端处，第一引出端和第三引出端通过插针实现导通。本发明能够在相同的引出端尺寸下实现尽可能多的接触点。

Description

一种电池保护开关用的接触系统
技术领域
本发明涉及开关技术领域，具体涉及一种电池保护开关用的接触系统。
背景技术
随着卫星上用电设备的增多，对卫星电池能量密度、长寿命及高可靠提出了更严格的要求。由于锂离子电池具有重量小、能量密度高、使用寿命长的优点，因此越来越多的新型号卫星拟采用锂离子电池组作为发射期间和轨道地影期的电源。目前，卫星用锂离子电池组由多个电池单体串、并联组成，虽然各电池单体经过严格的筛选和匹配，但随着使用时间的延长和充放电周期的增加，存在个别电池单体出现性能下降从而与整组电池不匹配的可能性。考虑到其使用工况特点，基本不存在对卫星用锂离子电池组进行维修或替换的可能性，为提高和保证锂离子电池组的可靠性，避免由于个别电池单体出现性能故障从而影响到整个电池组供电，需要为电池单体配备保护开关。
图1为这类电池保护开关的工作原理示意图，其中(a)为触发前，(b)为触发动作过程，(c)为触发后。每个电池配接一个保护开关，当各串联电池特性均正常时，保护开关处于正常工作位置常闭点(T1引出端与T2引出端)接通(触发前)，电池回路电流流过常闭点；当检测到某一电池需要切除时，给出保护开关触发指令，开关触发动作，首先是常开点(T1引出端与T3引出端)先闭合(触发动作过程)，将故障电池短路，然后常闭点再断开，将故障电池切除(触发后)，保护开关的动作过程为先通后断，从而可以保证外部供电回路不因保护开关切换受到影响。
上述电池保护开关从结构功能上分为接触系统和释放装置两部份。对接触系统的要求是接触电阻小、切换阻力小。然而，目前这类电池保护开关的接触系统，引出端与导电轴之间的连接方式一般采用线簧式或者表带式结构，由于受引出端尺寸限制接触点较少，需要设计较大的接触点压力才能获得较小的接触电阻，但接触点压力过大，则导电轴切换时的阻力就过大，影响开关的切换可靠性。
发明内容
本发明所要解决的是现有电池保护开关接触系统的接触电阻小与切换阻力小之间的矛盾，提供一种电池保护开关用的接触系统，其能够在相同的引出端尺寸下实现尽可能多的接触点。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种电池保护开关用的接触系统，主要由外壳、3个引出端、3个以上的弹簧触指、3个绝缘垫圈、插针、绝缘套、推杆和压簧组成；外壳为柱状的中空腔体；3个引出端即第二引出端、第一引出端和第三引出端由前至后排列套设于外壳的前侧内腔中；每个引出端的中部设有一个轴向贯通的通孔，该通孔的内侧嵌设有至少1个弹簧触指，弹簧触指的轴线与通孔的轴线的重合，弹簧触指的外圆与引出端相接触；每个引出端的侧边上设有一个引出部，该引出部由外壳内腔伸出至外壳之外；第三引出端和第一引出端之间通过一绝缘垫圈隔开；第一引出端和第二引出端通过另一绝缘垫圈隔开；压簧套设于外壳的后侧内腔中，压簧的前端通过一绝缘垫圈与第三引出端相抵；插针为柱状体，并贯穿设置在引出端的通孔中，插针的外侧壁与弹簧触指的内圆相接触；推杆为T字形，推杆的横向部与压簧的后端相抵，推杆的纵向部穿过压簧连接在插针的后端；绝缘套包覆在推杆纵向部前段的外侧；插针、绝缘套和推杆组成外壳内腔中可轴向活动的导电轴；当压簧处于大压力压缩状态时，插针恰好位于第二引出端和第一引出端处，第二引出端和第一引出端通过插针实现导通；压簧处于小压力压缩状态时，插针恰好位于第一引出端和第三引出端处，第一引出端和第三引出端通过插针实现导通。
上述方案中，每个引出端内均设有1～5条弹簧触指。
上述方案中，插针的轴向长度，大于1个引出端的轴向长度和1个绝缘垫圈的轴向长度之和，而小于2个引出端的轴向长度和2个绝缘垫圈的轴向长度之和。
上述方案中，绝缘套的轴向长度大于1个引出端的轴向长度。
上述方案中，插针为圆柱形，绝缘套为圆环形。
上述方案中，插针的外直径与绝缘套的外直径相等。
与现有技术相比，本发明的优点为：
1、弹簧触指的环数多，为多点接触，接触电阻小；
2、弹簧触指实现插针与引出端之间的柔性连接，在振动环境中也可确保插针与引出端之间的连接可靠；
3、弹簧触指变形力小，与插针之间的接触点压力小，可有效防止接触点粘接，同时有利于减小插针与引出端之间的插拔阻力，使开关切换动作更可靠。
附图说明
图1为电池保护开关的工作原理示意图，其中(a)为触发前，(b)为触发动作过程，(c)为触发后。
图2为一种电池保护开关用的接触系统示意图(切换前)。
图3为一种电池保护开关用的接触系统示意图(切换过程)。
图4为一种电池保护开关用的接触系统示意图(切换后)。
图5为弹簧触指的示意图，其中(a)侧视图，(b)为A-A图。
图中标号为：1、第二引出端；2、第一引出端；3、第三引出端；4、外壳；5、绝缘套；6、推杆；7、压簧；8、插针；9、绝缘垫圈；10、弹簧触指。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，实例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“中”、“左”“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向仅是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。
一种电池保护开关用的接触系统，如图2-4所示，主要由外壳4、3个引出端、3个以上的弹簧触指10、3个绝缘垫圈9、插针8、绝缘套5、推杆6和压簧7组成。
外壳4为整个接触系统的结构支撑，其为柱状的中空腔体。外壳4的横截面，其外轮廓可为圆形、正方形或长方形，其内轮廓为圆孔。外壳4内腔被分隔为2个独立的腔体，其中位于前段的前腔体用于安放3个引出端，而位于后段的后腔体用于安放压簧7。外壳4为非金属耐辐照材料制成。
引出端的作用是连接外部的导电装置。每个引出端的中部设有一个轴向贯通的通孔，该通孔的内侧加工有成型槽，弹簧触指10安装在引出端的成型槽即通孔内，弹簧触指10的轴线与通孔的轴线的重合，且弹簧触指10的外圆与引出端相接触。图5为弹簧触指的示意图，其中(a)侧视图，(b)为A-A图。弹簧触指10为弹性丝材料制成，其材料可为铍青铜丝、钴铍铜丝或锆青铜丝。在本实施例中，弹簧触指10为铍青铜丝，丝径为Φ0.2mm、环数为73环、其外径为Φ11.2mm、内径为Φ8mm、宽度为1.8mm。将弹簧触指10装入引出端的内槽后，有一定压缩量，此时内径为Φ7.7mm。每个引出端内设有1～5条弹簧触指10。在本发明优选实施例中，每个引出端安装3条弹簧触指10。此外，每个引出端的侧边上设有一个引出部。安装好弹簧触指10的引出端与外壳4进行装配，其中第一引出端2在中间、第二引出端1在前侧、第三引出端3在后侧。第三引出端3和第一引出端2之间通过一绝缘垫圈9隔开。第一引出端2和第二引出端1通过另一绝缘垫圈9隔开。绝缘垫圈9为非金属耐辐照材料制成。3个引出端的引出部由外壳4的内腔伸出至外壳4之外，用以连接外部的导电装置。引出端为无氧铜材料制成。
压簧7的作用是提供导电轴的回弹力。压簧7套设于外壳4的后侧内腔中，压簧7的前端通过一绝缘垫圈9与第三引出端3相抵。压簧7由弹性材料制成，其材料可为铍青铜、钴铍铜或锆青铜。
插针8、绝缘套5和推杆6组成外壳4内腔中可轴向活动的导电轴。插针8为柱状体，并贯穿设置在引出端的通孔中，插针8的外侧壁与弹簧触指10的内圆相接触。插针8为无氧铜材料制成。推杆6为T字形，推杆6的横向部与压簧7的后端相抵，推杆6的纵向部穿过压簧7连接在插针8的后端。绝缘套5包覆在推杆6纵向部前段的外侧。当然也可以将推杆6纵向部前段视为插针8的一部分，此时绝缘套5也可以视为包覆在绝缘套5的后段外侧。插针8为圆柱形，绝缘套5为圆环形。插针8的外直径与绝缘套5的外直径相等，插针8和绝缘套5在轴向方向上形成等粗的柱状体，这样使得插针8和绝缘套5能够更好地与引出端的弹簧触指10接触，从而实现可靠的导通和绝缘。在本发明优选实施例中，插针8的直径为Φ8mm，将插针8插入安装有弹簧触指10的引出端后，单条触指的插拔阻力＜3.3N，9条触指的插拔阻力＜29.7N。在开关触发前，压簧7的压力＞143N，是导电轴切换阻力的4.8倍以上，同时，2个引出端之间的电阻可达到＜0.1mΩ。
插针8插入安装有弹簧触指10的引出端内，弹簧触指10实现插针8与引出端之间的多点接触连接，用以连通2个相邻的引出端，实现引出端两两之间的可靠连通，以及开关切换过程中三个引出端之间的先通后断功能。为了保证2个引出端的可靠导通，在轴向长度方向上，插针8的轴向长度与2个引出端的轴向长度相当。具体来说，在绝缘垫圈9的厚度忽略不计的理想状态下，插针8的轴向长度等于2个引出端的轴向长度，绝缘套5的轴向长度一般来说可以等于1个引出端的轴向长度。当然在实际情况下，绝缘垫圈9还是存在一定厚度的，此时插针8的轴向长度，需要大于1个引出端的轴向长度和1个绝缘垫圈9的轴向长度之和，而小于2个引出端的轴向长度和2个绝缘垫圈9的轴向长度之和即可。绝缘套5的轴向长度大于1个引出端的轴向长度。
如图2所示，为接触系统处于切换前工作状态。压簧7处于大压力压缩状态，此时插针8将第一引出端2与第二引出端1连通。
如图3所示，为接触系统处于切换过程状态。推杆6在压簧7作用下受到向右的推力，带动插针8向右移动，过程中插针8先将第一引出端2与第三引出端3连通，此时三个引出端都是连通的，然后第一引出端2与第二引出端1分断，实现先通后断功能。
如图4所示，为接触系统处于切换后工作状态。压簧7处于小压力压缩状态，此时插针8将第一引出端2与第三引出端3连通。
需要说明的是，尽管以上本发明所述的实施例是说明性的，但这并非是对本发明的限制，因此本发明并不局限于上述具体实施方式中。在不脱离本发明原理的情况下，凡是本领域技术人员在本发明的启示下获得的其它实施方式，均视为在本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种电池保护开关用的接触系统，其特征在于：由外壳(4)、3个引出端、3个以上的弹簧触指(10)、3个绝缘垫圈(9)、插针(8)、绝缘套(5)、推杆(6)和压簧(7)组成；
外壳(4)为柱状的中空腔体；3个引出端即第二引出端(1)、第一引出端(2)和第三引出端(3)由前至后排列套设于外壳(4)的前侧内腔中；每个引出端的中部设有一个轴向贯通的通孔，该通孔的内侧嵌设有至少1个弹簧触指(10)，弹簧触指(10)的轴线与通孔的轴线的重合，弹簧触指(10)的外圆与引出端相接触；每个引出端的侧边上设有一个引出部，该引出部由外壳(4)内腔伸出至外壳(4)之外；第三引出端(3)和第一引出端(2)之间通过一绝缘垫圈(9)隔开；第一引出端(2)和第二引出端(1)通过另一绝缘垫圈(9)隔开；压簧(7)套设于外壳(4)的后侧内腔中，压簧(7)的前端通过一绝缘垫圈(9)与第三引出端(3)相抵；
插针(8)为柱状体，并贯穿设置在引出端的通孔中，插针(8)的外侧壁与弹簧触指(10)的内圆相接触；推杆(6)为T字形，推杆(6)的横向部与压簧(7)的后端相抵，推杆(6)的纵向部穿过压簧(7)连接在插针(8)的后端；绝缘套(5)包覆在推杆(6)纵向部前段的外侧；插针(8)、绝缘套(5)和推杆(6)组成外壳(4)内腔中可轴向活动的导电轴；当压簧(7)处于大压力压缩状态时，插针(8)恰好位于第二引出端(1)和第一引出端(2)处，第二引出端(1)和第一引出端(2)通过插针(8)实现导通；压簧(7)处于小压力压缩状态时，插针(8)恰好位于第一引出端(2)和第三引出端(3)处，第一引出端(2)和第三引出端(3)通过插针(8)实现导通。
2.根据权利要求1所述的一种电池保护开关用的接触系统，其特征在于：每个引出端内均设有1～5条弹簧触指(10)。
3.根据权利要求1所述的一种电池保护开关用的接触系统，其特征在于：插针(8)的轴向长度，大于1个引出端的轴向长度和1个绝缘垫圈(9)的轴向长度之和，而小于2个引出端的轴向长度和2个绝缘垫圈(9)的轴向长度之和。
4.根据权利要求1所述的一种电池保护开关用的接触系统，其特征在于：绝缘套(5)的轴向长度大于1个引出端的轴向长度。
5.根据权利要求1所述的一种电池保护开关用的接触系统，其特征在于：插针(8)为圆柱形，绝缘套(5)为圆环形。
6.根据权利要求5所述的一种电池保护开关用的接触系统，其特征在于：插针(8)的外直径与绝缘套(5)的外直径相等。
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