CN110299574A - 电池过充保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池过充保护装置，包括保护单元和与目标电池壳体连接的过充检测单元；所述保护单元包括位于两相邻目标电池壳体之间的导电体和位于所述目标电池壳体上可与导电体接触电连接的移动导电触点，所述同一目标电池壳体两对侧分置有移动导电触点且两移动导电触点电连接；所述过充检测单元包括位移传感器及与所述位移传感器电连接的控制器；所述位移传感器用以检测贴合于所述目标电池壳体表面的滑动冷板由于目标电池过充膨胀而产生的位移。本发明的电池过充保护装置，在电池被过充时可通过保护单元来提高电池的稳定性和安全性，即当整个电池包或单个电池模块因过充出现膨胀现象时，能够通过短路的方式阻止过充。

Description

电池过充保护装置
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种电池过充保护装置。
背景技术
环境恶化和资源匮乏已经成为人类社会所面临的严峻问题，这些问题已然 威胁到整个汽车产业的发展，基于这些情况，电动汽车应运而生。如今电动汽 车使用范围越来越广，然而电动汽车大规模的推广应用依然十分困难，其中动 力电池就是关键制约因素之一。通常，电动汽车所使用的高压电池组由多个电 池模块组合而成，且常被层叠排列以提供更大密度，由此可为电动汽车提供高 功率。
然而，目前应用于电动汽车的动力电池组还不够安全，具体而言，当电池被充电时，电解液在电池内部发生化学反应，随着电池电压的不断升高使得电解液因过热而被更迅速分解，结果产生易燃气体，从而使得电池自身不断膨胀，增加了电池起火和爆炸的风险。因此，设计合理的电池过充保护装置对电池组以及电动汽车的安全使用具有重要意义。现有的防止电池组过充技术多采用直接阻断电池组电源的方式，不能做到当某个单体电池出现问题时，将其单独隔离不影响到其它单体电池。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供电池过充保护装置，能够实现对单个目标电池进行短路保护，并且不会影响其余电池的正常充电，且在单个目标电池发生过充时可以进行实时监测。
本发明的电池过充保护装置，包括保护单元和与目标电池壳体连接的过充检测单元；
所述过充保护装置包括固定的位于相邻目标电池之间的导电体和随电池过充膨胀向侧面变形被带动的移动导电触点，所述移动导电触点与导电体相对应且具有设定的间距；所述目标电池的充电线路通过导电体接入；位于同一目标电池的壳体两侧的移动导电触点之间电连接；
所述过充检测单元包括位移传感器及与所述位移传感器电连接的控制器；所述位移传感器用以检测贴合于所述目标电池壳体表面的滑动冷板由于目标电池过充膨胀而产生的位移。
进一步，所述移动导电触点设置于所述滑动冷板表面，所述滑动冷板贴合于所述目标电池壳体表面可相对所述目标电池移动。
进一步，所述目标电池及导电体相间排列安装于底板上，所述目标电池的正负极分别与两侧相邻的两个导电体电连接。
进一步，所述导电体具有两个固定导电触点，所述固定导电触点与所述移动导电触点位于同一水平线上。
进一步，所述底板上对称设置一对滑槽，与所述滑动冷板连接的滚珠卡设于该滑槽内，所述滑动冷板与所述滚珠同步位移；所述滚珠通过弹簧连接至固定于滑槽内的固定块。
进一步，所述滚珠内设置有位移传感器，可监测所述滑动冷板的位移，所述位移传感器信号连接于控制器，所述控制器信号连接于行车电脑。
进一步，所述控制器中根据电池温升与膨胀位移的拟合函数关系预设有位移传感器的阈值m1、m2；当监测到位移量超过m1时，控制器向车主发送提示信息；当监测到位移量超过m2时，控制器向车主发出报警信号。
进一步，所述导电体包括绝缘的支撑杆和被支撑的导电元件。
进一步，所述滑动冷板为绝缘材料，且可对所述目标电池进行有效散热。
本发明的有益效果是：本发明的电池过充保护装置，在电池被过充时可通过保护单元来提高电池的稳定性和安全性，即当整个电池包或单个电池模块因过充出现膨胀现象时，能够通过短路的方式阻止过充，避免危险发生，过充检测单元对各个目标电池进行实时监测和信息输出，方便使用者对电池充电情况的了解及对故障电池的维修定位；同时，与电池模块紧密相贴的滑动冷板可为电池提供有效散热。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为图1的立体图；
图3为本发明的滚珠放大图；
图4为第二种实施方式的结构示意图；
图5为图4的立体图；
图6为第三种实施方式的结构示意图；
图7为图6的立体图。
具体实施方式
图1为本发明的整体结构示意图，图2为图1的立体图，图3为本发明的滚珠放大图，图4为第二种实施方式的结构示意图，图5为图4的立体图，图 6为第三种实施方式的结构示意图，图7为图6的立体图；本发明的电池过充保护装置，包括保护单元和与目标电池1壳体连接的过充检测单元；
所述过充保护装置包括固定的位于相邻目标电池1之间的导电体4和随电池过充膨胀向侧面变形被带动的移动导电触点6，所述移动导电触点6与导电体4 相对应且具有设定的间距；所述目标电池1的充电线路通过导电体4接入；位于同一目标电池1的壳体两侧的移动导电触点6之间电连接；
所述过充检测单元包括位移传感器及与所述位移传感器电连接的控制器；所述位移传感器用以检测贴合于所述目标电池1壳体表面的滑动冷板2由于目标电池1过充膨胀而产生的位移。
本实施例中，所述移动导电触点6设置于所述滑动冷板2表面，所述滑动冷板2贴合于所述目标电池1壳体表面可相对所述目标电池1移动。
本实施例中，所述目标电池1及导电体4相间排列安装于底板3上，所述目标电池1的正负极分别与两侧相邻的两个导电体4电连接。
本实施例中，所述导电体4具有两个固定导电触点5，所述固定导电触点5 与所述移动导电触点6位于同一水平线上。
本实施例中，所述底板3上对称设置一对滑槽31，与所述滑动冷板2连接的滚珠32卡设于该滑槽31内，所述滑动冷板2与所述滚珠32同步位移；所述滚珠32 通过弹簧连接至固定于滑槽31内的固定块33。
本实施例中，所述滚珠32内设置有位移传感器，可监测所述滑动冷板2的位移，所述位移传感器信号连接于控制器，所述控制器信号连接于行车电脑。
本实施例中，所述控制器中根据电池1温升与膨胀位移的拟合函数关系预设有位移传感器的阈值m1、m2；当监测到位移量超过m1时，控制器向车主发送提示信息；当监测到位移量超过m2时，控制器向车主发出报警信号。
本实施例中，所述导电体4包括绝缘的支撑杆和被支撑的导电元件。
本实施例中，所述滑动冷板2为绝缘材料，且可对所述目标电池1进行有效散热。
本发明的电池过充保护装置包括多个依次排列的目标电池1以及设置于目标电池1两侧的滑动冷板2，滑动冷板2和目标电池1紧密贴合，与滑动冷板2连接的滚珠上设置有微型位移传感器，目标电池1固定安装在底板3上，底板3上开设有两道相互对称的滑槽31，滑槽31内卡设有滚珠32、固定块33以及连接两者的弹簧，弹簧可提供均匀弹性力，滚珠32位于滑动冷板2的正下方，两者配合联接，滑动冷板2随滚珠32同步位移，这里需提及的是，当目标电池1未膨胀时，弹簧处于自由状态，当目标电池1发生膨胀时，滚珠32随滑动冷板2同步位移，弹簧被压缩，当目标电池1从膨胀恢复到正常状态时，滑动冷板2随滚珠32在弹簧回复力作用下回归到初始位置(即电池未膨胀时的位置)，导电体4固定安装在底板3上，导电体4与目标电池1相间排列且位于相距最近的两个目标电池1的正中间位置，导电体4的数量比目标电池1的数量多一个，首尾均为导电体4，导电体 4的支撑杆和滑动冷板2均为绝缘材料，导电体4的支撑杆上固定支撑有导电元件，所述导电元件包括两端的固定导电触点5，且导电元件为高导电率材料，整体电阻可忽略不计，除两端固定导电触点5以外的表面覆盖有绝缘层。
在电池处于充电状态时，当出现过充膨胀现象而使得移动导电触点6发生位移时，与之同步位移的位移传感器可实时监测产生的位移量，并记录为m。随着电池内部温度和压力的上升，使得电池不断膨胀，当监测到位移量m超过预设阈值m1时，控制器开始实时读取移动导电触点6的位移量m，并将最大位移量信号传递至控制器，控制器识别处理后最终传递至行车电脑，并通过行车电脑向车主发送提示信息；当监测到位移量m超过预设阈值m2时，控制器将最大位移量信号通过控制器传递至行车电脑，并通过行车电脑向车主发出报警信号。如果此时电池仍然在充电，则随着位移量的增大，直至移动导电触点与固定导电触点接触连电，该区域对应的目标电池1被短路，同时，通过行车电脑显示被短路目标电池1的编号，以方便在后续维修工作中定位故障电池，提高检测维修的速度及准确性。
第二种实施方式如图4和图5所示，包括多个横向层叠排列的目标电池1，各目标电池1排列成彼此相对状态，设置于目标电池1下方的底板3，目标电池1固定安装在底板3上，固定安装在底板3上的多个导电体4，其中，导电体4位于相距最近的两个目标电池1的正中间位置，导电体4包括支撑杆及被支撑的导电元件，导电元件两端的固定导电触点5与移动导电触点6处于同一水平高度，移动导电触点6固定于弹性模块9的外壁面，弹性模块9与目标电池1之间填充有石墨烯10，弹性模块9位于目标电池1外壁的中心位置，且弹性模块9上设置有位移传感器，固定支架11一端连接弹性模块9，另一端固定于底板3，且固定支架11为中空结构，充电线7可埋设于固定支架11和底板3中，从而将两侧移动导电触点6 连通，弹性模块9及固定支架11均为绝缘材料。弹性模块9，其固定有移动导电触点6的壁面为弹性材料，其它各面均为硬质材料，且弹性模块9为空腔结构，内部设置有弹性气囊，弹性气囊内充有定量的氮气，弹性模块9与弹性气囊均具有良好的导热性能，弹性气囊与弹性模块9的各内壁面均固定相切，随着弹性气囊与固定有移动导电触点6的壁面的同步膨胀，移动导电触点6发生位移。区别于上述第一种实施方式所采用的冷板液冷散热，本实施方式采用风冷散热，原因在于，在目标电池1和弹性模块9之间夹设冷板会极大降低两者间的热传递，不利于弹性气囊的热膨胀。
给电池包进行充电，当电池出现过热而又未发生膨胀时，目标电池1可将热传递至弹性模块9，弹性模块9内部的弹性气囊受热膨胀，从而推动移动导电触点6位移。与上述第一种实施方式的控制策略相似，控制器中根据目标电池1与弹性模块9的传热系数和弹性气囊的膨胀位移之间的拟合函数关系预设有位移传感器的阈值m1、m2。当监测到位移量m超过预设阈值m1时，控制器开始实时读取移动导电触点6的位移量m，并将最大位移量信号传递至控制器，控制器识别处理后最终传递至行车电脑，并通过行车电脑向车主发送提示信息；当监测到位移量m超过预设阈值m2时，控制器将最大位移量信号通过控制器传递至行车电脑，并通过行车电脑向车主发出报警信号。如果此时电池仍然在充电，则随着位移量的增大，直至移动导电触点与固定导电触点接触连电，该区域对应的目标电池1被短路，同时，通过行车电脑显示被短路目标电池1的编号，以方便在后续维修工作中定位故障电池，提高检测维修的速度及准确性。
第三种实施方式如图6和图7所示，此实施方式与上述第二种实施方式相似，在同样采用风冷散热的情况下，将上述第二种实施方式中的弹性模块9、弹性气囊及移动导电触点6等效替换成金属片，其中，固定于目标电池1两侧的金属片 12由两类金属合成，整个金属片中部为高热膨胀性金属镉、铝或其它材料，周边为热膨胀性差的金属，且中部相对于周边平面有所突出，这样可以保证金属片中部有规则地向固定导电触点5所在方向膨胀。此实施方式中，给电池包进行充电，当电池出现过热而又未发生膨胀时，目标电池1可将热传递至金属片12，金属片12受热膨胀，其中部尤其显著地向着固定导电触点5位移。在金属片膨胀位移时，同样有如上文所述的控制策略在发挥作用，这里不再详述。这里需提及的与前两种实施方式有所不同的是，当金属片中部膨胀到与固定导电触点接触连电时，相应电池模块被短路，同时，与两侧金属片12相连通的微型LED指示灯13亮起，这样可方便在后续更换电池时更快定位故障电池。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种电池组过充保护装置，其特征在于：包括过充保护装置和过充检测单元；
所述过充保护装置包括固定的位于相邻目标电池之间的导电体和随电池过充膨胀向侧面变形被带动的移动导电触点，所述移动导电触点与导电体相对应且具有设定的间距；所述目标电池的充电线路通过导电体接入；位于同一目标电池的壳体两侧的移动导电触点之间电连接；
所述过充检测单元包括位移传感器及与所述位移传感器电连接的控制器；所述位移传感器用以检测贴合于所述目标电池壳体表面的滑动冷板由于目标电池过充膨胀而产生的位移。
2.根据权利要求1所述的电池过充保护装置，其特征在于：所述移动导电触点设置于所述滑动冷板表面，所述滑动冷板贴合于所述目标电池壳体表面可相对所述目标电池移动。
3.根据权利要求1所述的电池过充保护装置，其特征在于：所述目标电池及导电体相间排列安装于底板上，所述目标电池的正负极分别与两侧相邻的两个导电体电连接。
4.根据权利要求3所述的电池过充保护装置，其特征在于：所述导电体具有两个固定导电触点，所述固定导电触点与所述移动导电触点位于同一水平线上。
5.根据权利要求3所述的电池过充保护装置，其特征在于：所述底板上对称设置一对滑槽，与所述滑动冷板连接的滚珠卡设于该滑槽内，所述滑动冷板与所述滚珠同步位移；所述滚珠通过弹簧连接至固定于滑槽内的固定块。
6.根据权利要求5所述的电池过充保护装置，其特征在于：所述滚珠内设置有位移传感器，可监测所述滑动冷板的位移，所述位移传感器信号连接于控制器，所述控制器信号连接于行车电脑。
7.根据权利要求6所述的电池过充保护装置，其特征在于：所述控制器中根据电池温升与膨胀位移的拟合函数关系预设有位移传感器的阈值m1、m2；当监测到位移量超过m1时，控制器向车主发送提示信息；当监测到位移量超过m2时，控制器向车主发出报警信号。
8.根据权利要求1所述的电池过充保护装置，其特征在于：所述导电体包括绝缘的支撑杆和被支撑的导电元件。
9.根据权利要求1所述的电池过充保护装置，其特征在于：所述滑动冷板为绝缘材料，且可对所述目标电池进行有效散热。
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