CN205159213U - 一种电池均衡主动温度保护开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池均衡主动温度保护开关，包括连接在一起的上下罩壳，上罩壳的壳体上设有第一、第二连接点，上罩壳内设有记忆金属断路机构，下罩壳内设有若干均衡加热器，上下罩壳的内部通过一块横置的导热板隔开；记忆金属断路机构的形变部分贴附在导热板的上表面，记忆金属断路机构的两个触点的末端分别与第一、第二连接点连接；均衡加热器均匀地贴附在导热板的下表面，每个均衡加热器上均设有两根引线，并从下罩壳上引出。本实用新型的开关中包含记忆金属断路机构和高效发热传热器件，既作为物理继电器控制使用，又作为电池放电均衡器使用，实现了一个开关两种功能的同时应用，特别适合运用于大规模单体或者模块电池串并联的电池系统。

Description

一种电池均衡主动温度保护开关

技术领域

本实用新型涉及温度记忆开关领域，具体涉及一种电池均衡主动温度保护开关及其控制方法，该保护开关可作为超级电容、锂电池及其模块等领域的物理均衡保护器的关键零部件。

背景技术

温度记忆开关是一种十分成熟的热管理保护开关器件，在温度自动控制中常常被使用，能够以温度变化控制大的触点电流的导通和切断，从而起到自动控制和保护的作用，其特点是可靠性极高，充分发挥形状记忆金属的物理特性。现有温度记忆开关已经大规模用于一些常用的家用电器，如电热水器、电饭煲等，其研究的方向是被动温度保护，成本低廉。

然而温度记忆开关在能量体产品中如电池组、超级电容、电网等系统中作为通断控制器件，在全球尚无案例。由于电池组充电时会出现每支电芯电压不一致的情况，所以如果当其中某支电芯的电压已经充高而又没有及时断开继续充电时，它的电压将超过其所能承受的最高充电电压值，则该支电芯就会出现过充从而导致电池组失效甚至存在安全隐患，但如果断开的时间过长，则其余低电压的电芯就会因为没有充满电而影响电池组的使用。

要做到既安全充满电又不影响使用容量，并有效平衡电芯之间产生的电压一致性偏差，这就需要采用一种能量均衡法来达到各电芯的电压在充电完成后基本一致。如果直接使用现有传统电阻器配合控制电路来对电池进行放电均衡，则由于温度过热对于电池的影响很大，甚至涉及安全，所以其均衡能力受到极大的限制，无法有效应用于电池均衡中。

实用新型内容

为了解决传统能量体均衡管理无法应用在电池均衡中的技术问题，本实用新型提供了一种电池均衡主动温度保护开关及其控制方法，在对电池常规过充现象进行快速有效主动保护的同时，还能够充分采集均衡能量对温度记忆开关进行主动触发的均衡保护模式。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种电池均衡主动温度保护开关，包括连接在一起的上罩壳和下罩壳，所述上罩壳的两侧壳体上分别设置有第一连接点和第二连接点，所述上罩壳内设置有记忆金属断路机构，所述下罩壳内设置有若干均衡加热器，所述上罩壳和所述下罩壳的内部通过一块横置的导热板隔开；所述记忆金属断路机构的形变部分贴附在所述导热板的上表面，所述记忆金属断路机构的两个触点的末端分别与所述第一连接点和所述第二连接点相连接；若干个所述均衡加热器均匀地贴附在所述导热板的下表面，每个所述均衡加热器上均设置有两根用于与电池组电芯正负极连接的引线，所述引线均从所述下罩壳上引出。

进一步的，所述上罩壳与所述下罩壳的内部为一密闭空腔，所述密闭空腔为真空环境或非氧化气体环境。

进一步的，对所述记忆金属断路机构的两个触点进行镀银。

进一步的，所述上罩壳与所述下罩壳均采用隔热材料。

进一步的，所述均衡加热器为加热电阻、PTC或NTC。

进一步的，所述记忆金属断路机构由第一常闭触点、第一活动触点、绝缘顶杆和温度记忆金属片组成，所述温度记忆金属片贴附在所述导热板的上表面，所述第一常闭触点的末端与所述第一连接点固定连接，所述第一活动触点的末端通过弹簧与所述第二连接点活动链接，所述绝缘顶杆的上端与所述第一活动触点的中部相抵，其下端与所述温度记忆金属片的形变处相抵；当所述温度记忆金属片处于常态时，所述第一活动触点的前端与所述第一常闭触点的前端相接触，当所述温度记忆金属片发生形变后，所述第一活动触点的前端经所述绝缘顶杆的带动与所述第一常闭触点的前端分离。

进一步的，所述记忆金属断路机构由第二常闭触点、第二活动触点和导热块组成，所述导热块贴附在所述导热板的上表面，所述第二常闭触点的末端与所述第一连接点固定连接，所述第二活动触点的末端与所述第二连接点的末端与所述第二连接点固定链接，所述第二活动触点为温度记忆金属材质，所述第二活动触点的下部与所述导热块接触；当所述第二活动触点处于常态时，所述第二活动触点的前端与所述第二常闭触点的前端相接触，当所述第二活动触点发生形变后，所述第二活动触点的前端与所述第二常闭触点的前端分离。

本实用新型的控制方法包括以下步骤：

步骤1)将所述电池均衡主动温度保护开关连接在电池组的充电电路中；将所述第一连接点与充电器的一端连接，将所述充电器的另一端与所述电池组的一极连接，所述第二连接点与所述电池组的另一极连接；

步骤2)将每个所述均衡加热器的两根引线分别与所述电池组中对应电芯的正负极连接，并在其中的一根引线上串联一个继电器和管理芯片；

步骤3)设定所述电池均衡主动温度保护开关的变形温度值；设定所述管理芯片开启所述均衡加热器的启动电压值；

步骤4)在所述电池组进行充电时，所述管理芯片对所述电池组中的各支所述电芯的电压进行实时采集；

步骤5)当某一支或某几支所述电芯的电压升到启动电压值时，对应的那个所述管理芯片就会启动所属那个所述均衡加热器，对所述电池组进行均衡，所述均衡加热器产生的热量通过所述导热板散去；

步骤6)当某一支或某几支所述电芯的电压持续升高，从而导致所述导热板自身的温度也持续升高，当所述导热板的温度达到形变温度值时，所述电池均衡主动温度保护开关内的温度记忆金属立即发生形变，使得所述电池均衡主动温度保护开关内相接触的两个触点断开，所述电池组随即停止充电，此时所述均衡加热器继续对过充的所述电芯进行均衡；

步骤7)充电停止后，随着均衡继续进行，当每支所述电芯的电压均恢复到启动电压值以下时，所述管理芯片关闭所述均衡加热器，当所述导热板的温度降低到形变温度值以下后，所述电池均衡主动温度保护开关内的温度记忆金属形状复原，充电电路导通，所述电池组继续充电；上述步骤4-7周而复始，循环往复。

本实用新型属于储能体产品新型管理模式的关键器件，其标准已经达到工业级及以上，具备长寿命能力和大电流分断能力。本实用新型的机理是采用闭环设计，充分利用其本身的功耗来平衡多余的能量，这样就实现了温度记忆开关的一种智能应用技术。本实用新型在充分发挥特制记忆金属断路机构的高电压分断能力的同时，结合高效发热传热器件的高能耗输入，有效对电池、超级电容等储能体进行有效快速均衡，保障储能体的安全性和一致性，提升储能体的使用寿命以及工作效率。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:

1、本实用新型的保护开关区别于传统的温度记忆开关，其内部包含记忆金属断路机构和高效发热传热器件，既可作为物理继电器控制使用，又可作为电池放电均衡器使用，实现了一个开关两种功能的同时应用。

2、由于本实用新型的保护开关包含高效发热传热器件，既可快速对电池进行放电均衡，又可以通过导热板快速散热，特别适合运用于大规模单体或者模块电池串并联的电池系统。

3、本实用新型的保护开关的内部实现真空环境或非氧化气体环境，记忆金属断路机构的触点还进行了镀银处理，使得本实用新型的保护开关具有有效灭弧的能力，提升了本保护开关的高电压控制能力，常态耐压能力达到800V以上，可作为高压保护器件，以保障储能体持续能量输出。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型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实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型第一实施例接触时的结构示意图；

图2为本实用新型第一实施例断开时的结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例接触时的结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例接触时的结构示意图；

图5为本实用新型第一实施例与充电器、电池组的电路连接图；

图6为本实用新型第二实施例与充电器、电池组的电路连接图。

图中标号说明：1、上罩壳；2、下罩壳；3、第一连接点；4、第二连接点；5、均衡加热器；6、导热板；7、电芯；8、引线；9、第一常闭触点；10、第一活动触点；11、绝缘顶杆；12、温度记忆金属片；13、第二常闭触点；14、第二活动触点；15、导热块；16、充电器；17、继电器；18、管理芯片；19、弹簧。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

实施例1

参见图1、2所示，一种电池均衡主动温度保护开关，包括连接在一起的上罩壳1和下罩壳2，所述上罩壳1与所述下罩壳2均采用隔热材料，其内部为一密闭空腔，所述密闭空腔为真空环境或非氧化气体环境；所述上罩壳1的两侧壳体上分别设置有第一连接点3和第二连接点4，所述上罩壳1内设置有记忆金属断路机构，所述下罩壳2内设置有若干均衡加热器5(加热电阻、PTC或NTC)，所述上罩壳1和所述下罩壳2的内部通过一块横置的导热板6隔开；

所述记忆金属断路机构由第一常闭触点9、第一活动触点10、绝缘顶杆11和温度记忆金属片12组成，所述第一活动触点10和所述第一常闭触点9均进行镀银处理，所述温度记忆金属片12贴附在所述导热板6的上表面，所述第一常闭触点9的末端与所述第一连接点3固定连接，所述第一活动触点10的末端通过弹簧19与所述第二连接点4活动链接，所述绝缘顶杆11的上端与所述第一活动触点10的中部相抵，其下端与所述温度记忆金属片12的形变处相抵；若干个所述均衡加热器5均匀地贴附在所述导热板6的下表面，每个所述均衡加热器5上均设置有两根用于与电池组电芯7正负极连接的引线8，所述引线8均从所述下罩壳2上引出；

当所述温度记忆金属片12处于常态时，所述第一活动触点10的前端与所述第一常闭触点9的前端相接触，当所述温度记忆金属片12发生形变后，所述第一活动触点10的前端经所述绝缘顶杆11的带动与所述第一常闭触点9的前端分离。

参见图5所示，本实用新型该种实施例的控制方法包括以下步骤：

步骤1)将所述电池均衡主动温度保护开关连接在电池组的充电电路中；将所述第一连接点3与充电器16的一端连接，将所述充电器16的另一端与所述电池组的一极连接，所述第二连接点4与所述电池组的另一极连接；

步骤2)将每个所述均衡加热器5的两根引线8分别与所述电池组中对应电芯7的正负极连接，并在其中的一根引线8上串联一个继电器17和管理芯片18；

步骤3)设定所述电池均衡主动温度保护开关的变形温度值；设定所述管理芯片18开启所述均衡加热器5的启动电压值；

步骤4)在所述电池组进行充电时，所述管理芯片18对所述电池组中的各支所述电芯7的电压进行实时采集；

步骤5)当某一支或某几支所述电芯7的电压升到启动电压值时，对应的那个所述管理芯片18就会启动所属那个所述均衡加热器5，对所述电池组进行均衡，所述均衡加热器5产生的热量通过所述导热板6散去；

步骤6)当某一支或某几支所述电芯7的电压持续升高，从而导致所述导热板6自身的温度也持续升高，当所述导热板6的温度达到形变温度值时，所述温度记忆金属片12立即发生形变，使得所述绝缘顶杆11带动所述第一活动触点10抬起，所述第一活动触点10与所述第一常闭触点9断开，所述电池组随即停止充电，此时所述均衡加热器5继续对过充的所述电芯7进行均衡；

步骤7)充电停止后，随着均衡继续进行，当每支所述电芯7的电压均恢复到启动电压值以下时，所述管理芯片18关闭所述均衡加热器5，当所述导热板6的温度降低到形变温度值以下后，所述温度记忆金属片12形状复原，所述第一活动触点10与所述第一常闭触点9重新接触，充电电路导通，所述电池组继续充电；上述步骤4-7周而复始，循环往复。

实施例2

参见图3、4所示，一种电池均衡主动温度保护开关，包括连接在一起的上罩壳1和下罩壳2，所述上罩壳1与所述下罩壳2均采用隔热材料，其内部为一密闭空腔，所述密闭空腔为真空环境或非氧化气体环境；所述上罩壳1的两侧壳体上分别设置有第一连接点3和第二连接点4，所述上罩壳1内设置有记忆金属断路机构，所述下罩壳2内设置有若干均衡加热器5(加热电阻、PTC或NTC)，所述上罩壳1和所述下罩壳2的内部通过一块横置的导热板6隔开；

所述记忆金属断路机构由第二常闭触点13、第二活动触点14和导热块15组成，所述第二活动触点14和所述第二常闭触点13均进行镀银处理，所述导热块15贴附在所述导热板6的上表面，所述第二常闭触点13的末端与所述第一连接点3固定连接，所述第二活动触点14的末端与所述第二连接点的末端与所述第二连接点4固定链接，所述第二活动触点14为温度记忆金属材质，所述第二活动触点14的下部与所述导热块15接触；若干个所述均衡加热器5均匀地贴附在所述导热板6的下表面，每个所述均衡加热器5上均设置有两根用于与电池组电芯7正负极连接的引线8，所述引线8均从所述下罩壳2上引出；

当所述第二活动触点14处于常态时，所述第二活动触点14的前端与所述第二常闭触点13的前端相接触，当所述第二活动触点14发生形变后，所述第二活动触点14的前端与所述第二常闭触点13的前端分离。

参见图6所示，本实用新型该种实施例的的控制方法包括以下步骤：

步骤1)将所述电池均衡主动温度保护开关连接在电池组的充电电路中；将所述第一连接点3与充电器16的一端连接，将所述充电器16的另一端与所述电池组的一极连接，所述第二连接点4与所述电池组的另一极连接；

步骤2)将每个所述均衡加热器5的两根引线8分别与所述电池组中对应电芯7的正负极连接，并在其中的一根引线8上串联一个继电器17和管理芯片18；

步骤3)设定所述电池均衡主动温度保护开关的变形温度值；设定所述管理芯片18开启所述均衡加热器5的启动电压值；

步骤4)在所述电池组进行充电时，所述管理芯片18对所述电池组中的各支所述电芯7的电压进行实时采集；

步骤5)当某一支或某几支所述电芯7的电压升到启动电压值时，对应的那个所述管理芯片18就会启动所属那个所述均衡加热器5，对所述电池组进行均衡，所述均衡加热器5产生的热量通过所述导热板6散去；

步骤6)当某一支或某几支所述电芯7的电压持续升高，从而导致所述导热板6自身的温度也持续升高，当所述导热板6的温度达到形变温度值时，所述第二活动触点14立即发生形变，其前部向下弯曲，使得所述第二活动触点14与所述第二常闭触点13断开，所述电池组随即停止充电，此时所述均衡加热器5继续对过充的所述电芯7进行均衡；

步骤7)充电停止后，随着均衡继续进行，当每支所述电芯7的电压均恢复到启动电压值以下时，所述管理芯片18关闭所述均衡加热器5，当所述导热板6的温度降低到形变温度值以下后，所述第二活动触点14形状复原，所述第二活动触点14与所述第二常闭触点13重新接触，充电电路导通，所述电池组继续充电；上述步骤4-7周而复始，循环往复。

本实用新型属于储能体产品新型管理模式的关键器件，其标准已经达到工业级及以上，具备长寿命能力和大电流分断能力。本实用新型的机理是采用闭环设计，充分利用其本身的功耗来平衡多余的能量，这样就实现了温度记忆开关的一种智能应用技术。本实用新型在充分发挥特制记忆金属断路机构的高电压分断能力的同时，结合高效发热传热器件的高能耗输入，有效对电池、超级电容等储能体进行有效快速均衡，保障储能体的安全性和一致性，提升储能体的使用寿命以及工作效率。

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

Claims (7)

1.一种电池均衡主动温度保护开关，其特征在于：包括连接在一起的上罩壳(1)和下罩壳(2)，所述上罩壳(1)的两侧壳体上分别设置有第一连接点(3)和第二连接点(4)，所述上罩壳(1)内设置有记忆金属断路机构，所述下罩壳(2)内设置有若干均衡加热器(5)，所述上罩壳(1)和所述下罩壳(2)的内部通过一块横置的导热板(6)隔开；所述记忆金属断路机构的形变部分贴附在所述导热板(6)的上表面，所述记忆金属断路机构的两个触点的末端分别与所述第一连接点(3)和所述第二连接点(4)相连接；若干个所述均衡加热器(5)均匀地贴附在所述导热板(6)的下表面，每个所述均衡加热器(5)上均设置有两根用于与电池组电芯(7)正负极连接的引线(8)，所述引线(8)均从所述下罩壳(2)上引出。

2.根据权利要求1所述的电池均衡主动温度保护开关，其特征在于：所述上罩壳(1)与所述下罩壳(2)的内部为一密闭空腔，所述密闭空腔为真空环境或非氧化气体环境。

3.根据权利要求1所述的电池均衡主动温度保护开关，其特征在于：对所述记忆金属断路机构的两个触点进行镀银。

4.根据权利要求1所述的电池均衡主动温度保护开关，其特征在于：所述上罩壳(1)与所述下罩壳(2)均采用隔热材料。

5.根据权利要求1所述的电池均衡主动温度保护开关，其特征在于：所述均衡加热器(5)为加热电阻、PTC或NTC。

6.根据权利要求1所述的电池均衡主动温度保护开关，其特征在于：所述记忆金属断路机构由第一常闭触点(9)、第一活动触点(10)、绝缘顶杆(11)和温度记忆金属片(12)组成，所述温度记忆金属片(12)贴附在所述导热板(6)的上表面，所述第一常闭触点(9)的末端与所述第一连接点(3)固定连接，所述第一活动触点(10)的末端通过弹簧(19)与所述第二连接点(4)活动链接，所述绝缘顶杆(11)的上端与所述第一活动触点(10)的中部相抵，其下端与所述温度记忆金属片(12)的形变处相抵；当所述温度记忆金属片(12)处于常态时，所述第一活动触点(10)的前端与所述第一常闭触点(9)的前端相接触，当所述温度记忆金属片(12)发生形变后，所述第一活动触点(10)的前端经所述绝缘顶杆(11)的带动与所述第一常闭触点(9)的前端分离。

7.根据权利要求1所述的电池均衡主动温度保护开关，其特征在于：所述记忆金属断路机构由第二常闭触点(13)、第二活动触点(14)和导热块(15)组成，所述导热块(15)贴附在所述导热板(6)的上表面，所述第二常闭触点(13)的末端与所述第一连接点(3)固定连接，所述第二活动触点(14)的末端与所述第二连接点的末端与所述第二连接点(4)固定链接，所述第二活动触点(14)为温度记忆金属材质，所述第二活动触点(14)的下部与所述导热块(15)接触；当所述第二活动触点(14)处于常态时，所述第二活动触点(14)的前端与所述第二常闭触点(13)的前端相接触，当所述第二活动触点(14)发生形变后，所述第二活动触点(14)的前端与所述第二常闭触点(13)的前端分离。