CN101826642A - 一种电池主动均衡***中的机电选通装置 - Google Patents
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Abstract
一种电池主动均衡***中的机电选通装置，属于车用电池技术领域。该装置所述的机电选通装置由步进电机通过连轴器驱动水平丝杠，由导轨控制水平丝杠上水平滑块的旋转自由度使选通滑块实现沿导轨的平移；步进电机、垂直丝杠、垂直滑块、动触点安装在水平滑块本体上，随水平滑块一起沿导轨平移；通过水平和垂直控制滑块移动并使其上的动触点和排列在基座上的静触点紧密接触。本发明通过步进电机水平运动选择需要均衡的电池单体，实现动静触点的可靠接触与分离。该机电选通装置可以使得动态均衡***在汽车的振动环境下可靠地选通被均衡的电池单元，降低了选通装置的接触内阻，同时减小了选通装置的尺寸，是一种低成本的车用动力电池动态均衡选通装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种车用动力电池的均衡技术，尤其是一种可靠的车用动力电池管理***中的在线动态均衡装置，属于车用电池技术领域。
背景技术
实践表明单体电池寿命远长于电池组，这是由于串联电池组的使用处于不均衡状态，而蓄电池的不均衡状态会随着充放电循环不断加剧，受损最严重的电池单体寿命减损引起所在的电池组寿命减损，从而减损整个电池***的寿命。虽然电池组由同样规格的单体电池组成，但由于单体电池制造的工艺和使用过程中电池组内部环境的不均匀性等原因，随着使用时间的增加，单体电池之间的性能差异将逐渐拉大，若不采取措施将造成某些单体电池过充过放。而过充和过放不仅影响电池寿命，对于电池容量也是一个威胁，实际上一组蓄电池中的实际放出的容量是由实际容量最小的那块单体电池所决定的。因此采取均衡技术来补偿电池性能的差异从而提高使用寿命和保持电池容量是非常必要的。
目前已经有许多对BMS均衡技术的研究工作，都取得了一定的成果，但同时也存在很大的问题，主要原因是由于均衡电池单体的数量众多，现行的均衡电路难以实现集成，而主要采用分布式的均衡方式，即为每个电池单体设置均衡电路，这增加了电路设计的复杂程度，增大了电路的体积并使成本提高，难以实现产品化。
为了完成对均衡装置的集成，降低电路设计复杂程度，减小体积和成本，实现一种低成本车用动力电池动态均衡装置的目的，发明“车用动力电池动态均衡装置”采用的机电装置，通过如下的技术方案实现车用电池的低成本的动态均衡方案。
在该发明中，每个电池箱体配置一套本装置，装置包括双向DCDC变换器模块多路机电开关模块。其中的多路机电开关模块包括步进电机、滚珠丝杠、导轨、衔铁、线圈、触点以及连轴器、轴承、弹簧等。步进电机通过连轴器驱动丝杠，由导轨控制丝杠上滑块的旋转自由度使滑块实现沿导轨的平移，衔铁、线圈安装于滑块上，当滑块移动至目标位置时，线圈导通，吸合衔铁动作，当滑块移动时线圈不导通，衔铁由弹簧复位。触点分静触点和动触点，静触点连接每个电池单体的极柱，其个数为电池单体数加1，且沿导轨的方向均布，两个动触点接于衔铁上，当衔铁动作时，两个动触点可与两个相邻的静触点接合，动触点则与公共端相连，此时与两个相邻的静触点接通的电池极柱两端被接入公共端进行均衡。在电池组的动态均衡中，根据所测得最高电压的单体电池，用多路机电开关将该单体电池接入双向DCDC变换器对电池组进行充电，或者利用电池组对最低电压的单体电池进行充电，从而实现电池间的均衡。
在实践中发现，该发明中的多路机电开关中的动触点在车用振动环境下，容易发生磨损、导致接触电阻偏大等接触不良现象，从而影响电池均衡效果；而且当电池数量较多时，由于静触点数量增加，导致多路机电开关的长度增加，均衡***的总体尺寸较大。
发明内容
本发明是在发明“车用动力电池动态均衡装置”的基础上，为了解决上述多路机电选通开关的接触可靠性和尺寸较大的问题而提出的一种新型机电选通装置。
一种电池主动均衡***中的机电选通装置，机电选通装置由步进电机通过连轴器驱动水平丝杠，由导轨控制水平丝杠上水平滑块的旋转自由度使选通滑块实现沿导轨的平移；步进电机、垂直丝杠、垂直滑块、动触点安装在水平滑块本体上，随水平滑块一起沿导轨平移；通过水平和垂直控制滑块移动并使其上的动触点和排列在基座上的静触点紧密接触。
所述动触点位于垂直滑块上，当垂直丝杠在步进电机驱动下旋转时，垂直滑块两个动触点可与基座上的两个相邻的静触点接合或者脱离，动触点通过公共端与DCDC变换器相连。
所述静触点连接每个电池单体的极柱，静触点单排或者多排或者平行于导轨轴线按照电压依次递增或者递减的方式均匀排列。所述静触点和动触点为相互配合的插孔或插头，比如香蕉插孔或香蕉插头。静触点的排数与水平滑块上的步进电机-垂直丝杠-垂直滑块-动触点对组件的数量相对应，但只有其中一排的静触点和动触点处于接触状态。
本发明的有益效果是，通过新型机电选通装置，可以使得动态均衡***在汽车的振动环境下，可靠地选通被均衡的电池单元，降低了选通装置的接触内阻，同时减小了选通装置的尺寸，是一种低成本的车用动力电池动态均衡选通装置。
附图说明
图1是本发明在实施例中的***图。
图2是本发明在实施例中的机电选通装置的与电池连接示意图。
图3是本发明在实施例中的机电选通装置中的选通滑块的结构原理图。其中，左：未接通，不能均衡的状态，中：接通后，可以均衡的状态，右：未接通状态下的右视图。
图4是本发明在实施例中的机电选通装置不同配置示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
图1中电池箱体103配备了一套车用动力电池动态均衡装置，如图1中的虚线框所示，该装置包括双向DCDC变换器模块102和机电选通装置101。双向DCDC变换器102两侧分别连接电池箱体的输出极柱105和机电选通装置的公共端。其中的双向DCDC变换器102的工作原理已经在发明专利“车用动力电池动态均衡装置”介绍。
图2所示为图1中的机电选通装置101，它的结构描述如下：
步进电机201通过连轴器202驱动安装在轴承203上的水平丝杠204，可以驱动水平滑块206沿水平丝杠204的轴线方向左右移动，导轨208与水平丝杠204平行布置，可以防止水平滑块206旋转或者发生垂直于丝杠204轴线方向的位移。电池各个单片电压由导线连接到静触点阵列209上，静触点阵列209平行于丝杠204的轴线均匀布置在由非导电材料制成的基座205上，水平滑块的两个输出公共端207通过导线连接到双向DCDC变换器102。
水平滑块206的结构如图3所示，包括水平滑块本体301、步进电机302、垂直丝杠303、两个动触点304和垂直滑块305等。
步进电机302的输出轴和垂直丝杠303连接，可以控制垂直滑块305上下运动。两个导电的动触点304固定在非导电的垂直滑块305上，动触点304通过导线与公共输出端207相连。当垂直滑块305向下运动时，动触点304(插头)可以***固定在基座205上的静触点209(插孔)中，于是被均衡的电池对应的静触点209与动触点304接通。当垂直滑块向上运动时，动触点304也随之向上运动，与静触点209分离。动触点304和静触点209为典型的相互配合的接插件，典型实施例为动触点304采用香蕉插头，而静触点209采用与之配合的香蕉插孔，不仅具有***导向功能，而且具有接触面积大、接触应力大的优点，保证其接触电阻小；由于垂直丝杠滑块之间的自锁功能，可以保证在车用工况的振动条件下的可靠接触。
整个电机均衡选通装置工作原理如下：但有需要均衡时，控制器根据被均衡的电池单片，确定其在基座205上静触点209的位置，然后由步进电机201通过联轴器202驱动水平丝杠204旋转，从而推动水平滑块206水平移动到对应静触点209的正上方；接着由步进电机302驱动垂直丝杠303带动垂直滑块305向下运动，使得动触点304与静触点209接触；控制器这时驱动双向DCDC开始均衡电池。当均衡结束时，步进电机302驱动垂直丝杠303带动垂直滑块向上运动，使得动触点304与静触点209分离，由步进电机201驱动水平滑块206到下一个被均衡电池对应的位置，重复上述过程，可以实现下一片电池的均衡过程。
当电池数量较少时，可以只在基座205上排列一行静触点；但电池较多时，可以根据需要排列多行静触点，如图4所示，对应的水平滑块206上，也安装与行数对应的步进电机和垂直丝杠，以实现对单片电池进行选通操作。控制器需要控制其中只能有一个垂直滑块305和动触点304处于最低位置(允许均衡电池)，其它垂直滑块305和动触点304处于最高位置，确保其动触点304不与静触点209接触，以防止电池间短路。通过此举可以大大减小机电装置的长度，更好布置在电池箱中。
在电池组103的动态均衡中，根据所测得最高电压的单体电池104，用多路机电开关101将该单体电池104接入双向DCDC变换器102对电池组进行充电，或者利用电池组103对最低电压的单体电池104进行充电，从而实现电池间的均衡。
Claims (7)
1.一种电池主动均衡***中的机电选通装置，其特征在于，所述的机电选通装置由步进电机通过连轴器驱动水平丝杠，由导轨控制水平丝杠上水平滑块的旋转自由度使选通滑块实现沿导轨的平移；步进电机、垂直丝杠、垂直滑块、动触点安装在水平滑块本体上，随水平滑块一起沿导轨平移；通过水平和垂直控制滑块移动并使其上的动触点和排列在基座上的静触点紧密接触。
2.根据权利要求1所述一种电池主动均衡***中的机电选通装置，其特征在于，所述动触点位于垂直滑块上，当垂直丝杠在步进电机驱动下旋转时，垂直滑块两个动触点可与基座上的两个相邻的静触点接合或者脱离，动触点通过公共端与DCDC变换器相连。
3.根据权利要求1所述一种电池主动均衡***中的机电选通装置，其特征在于，所述静触点连接每个电池单体的极柱。
4.根据权利要求3所述一种电池主动均衡***中的机电选通装置，其特征在于，所述静触点单排或者多排或者平行于导轨轴线按照电压依次递增或者递减的方式均匀排列。
5.根据权利要求1所述一种电池主动均衡***中的机电选通装置，其特征在于，所述静触点和动触点为相互配合的插孔或插头。
6.根据权利要求1所述一种电池主动均衡***中的机电选通装置，其特征在于，所述插孔或插头为香蕉插孔或香蕉插头。
7.根据权利要求1所述一种电池主动均衡***中的机电选通装置，其特征在于，所述静触点的排数与水平滑块上的步进电机-垂直丝杠-垂直滑块-动触点对组件的数量相对应，但只有其中一排的静触点和动触点处于接触状态。
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