CN104192022A - 一种电动汽车综合控制*** - Google Patents

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樊朝晖
范田郴
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Abstract

本发明公开了一种电动汽车综合控制***，包括一综合电驱控制器，综合电驱控制器上包含有综合电控单元、电池***电控单元、变速箱电控单元和数据采集分析单元，综合电控单元连接电机***，电池***电控单元连接动力电池***，变速箱电控单元和电机***分别与变速箱连接，变速箱连接动力驱动单元；电机***、动力电池***、变速箱和动力驱动单元分别与数据采集分析单元连接，向其发送实时数据信号。本发明兼顾了锂电池管理、变速箱管理和原车电机管理等，具有能源优化使用功能，提高了管控效率；本发明采用了单项超越变速箱解决了电机的大扭力与高转速之间的效率矛盾；还采用了具有物理保护功能的堆垛式锂电池***，大幅提高了电池寿命。

Description

一种电动汽车综合控制***
技术领域
本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车综合控制***。
 
背景技术
传统的电动汽车，其动力电池、马达和变速箱是分别有单独的控制器进行控制管理的。例如电驱控制器只负责控制马达，如果想提高马达的转速或速度，只需通过电驱控制器单纯地提高供电量即可。电池保护***控制器（BMS）只负责监控动力电池的运行状况。目前这种分管式的电动汽车控制***管控复杂，生产和材料成本很高，且***控制无法得到优化，不利于未来电动汽车的发展。
 
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明旨在提供一种电动汽车综合控制***,其兼顾了锂电池管理、变速箱管理和原车电机管理等于一体，具有能源优化使用功能，不仅提高了管控效率，还节约了成本。
为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种电动汽车综合控制***，包括一个综合电驱控制器，所述综合电驱控制器上包含有综合电控单元、电池***电控单元、变速箱电控单元以及数据采集分析单元，所述综合电控单元连接电机***，所述电池***电控单元连接动力电池***，所述变速箱电控单元和所述电机***分别与变速箱连接，所述变速箱连接动力驱动单元；所述电机***、所述动力电池***、所述变速箱和所述动力驱动单元分别与所述数据采集分析单元连接，向其发送实时数据信号。
进一步的，所述综合控制单元上还通过一直流电源模块（DC/DC）连接其他用电设备，所述电池***电控单元上还连接有为所述其他用电设备供电的辅助电池，所述综合控制单元可与汽车钥匙遥控连接，所述汽车钥匙通过遥控所述综合控制单元，控制所述其他用电设备的开启与关闭。
    优选的，所述变速箱为单项超越变速箱。采用单项超越变速箱解决了电机的大扭力、高转速之间的效率矛盾。实验证明，此项优化技术的运用，使同等容量锂电池提升汽车续航20%-30%。
优选的，所述动力电池***为具有物理保护功能的堆垛式锂电池***。该种电池***将锂电池简易化、标准化、器件化，具有极强的通配性，将锂电池***中的过充、过放、过热、过流、短路保护合而为一，形成独特的模块堆垛式的锂电池***。
进一步的，所述其他用电设备包括车灯、音响、仪表。
    进一步的，所述堆垛式锂电池***包括若干个并联在一起的锂电池单元和一电池管理子装置，每个所述的锂电池单元均由若干个带有锂电池物理保护***控制器的锂电池模块串联而成，每个所述的锂电池单元分别通过一对应的磁保持继电器与所述电池管理子装置的一端连接，所述电池管理子装置的另一端分别与所述电池***电控单元和所述数据采集分析单元连接。
    进一步的，所述的带有锂电池物理保护***控制器的锂电池模块还包括一模块外壳，所述模块外壳内部分为左腔室和右腔室，所述左腔室内设置有由若干个锂电池电芯串联而成的电池组，所述电池组与所述左腔室之间填充有隔温层，所述右腔室内设有一个锂电池物理保护***控制器；位于所述左腔室上方的所述模块外壳上设置有负极极柱，位于所述右腔室上方的所述模块外壳上设置有正极极柱，所述电池组的负极与所述负极极柱连接，所述电池组的正极与所述锂电池物理保护***控制器的输入端连接，所述锂电池物理保护***控制器的输出端与所述正极极柱连接，所述锂电池物理保护***控制器包括若干个电芯监测信号接收端，所述电芯监测信号接收端的个数比所述锂电池电芯多一个，所述的若干个电芯监测信号接收端依次连接在所述的每个锂电池电芯的正负极上，进行实时监测，所述模块外壳上设置有一个紧急手动恢复按钮，所述紧急手动恢复按钮与所述锂电池物理保护***控制器连接。
    优选的，每个所述的电池组由4个、8个或12个所述锂电池电芯串联而成。
    优选的，所述锂电池电芯的电压为12v、24v、36v或48v中的任意一种。
    进一步的，所述锂电池物理保护***控制器由开关组件、2个加热装置以及电芯监测与电热控制模块组成；所述开关组件包括一开关外壳，所述开关外壳内部设置有一铝导热板及一由动触端和静触端构成的保护开关，所述动触端与所述静触端的开闭由所述开关外壳内的温度决定；所述的2个加热装置的加热端与所述铝导热板紧密接触，所述电芯监测与电热控制模块上包括所述的若干个电芯监测信号接收端、2个加热信号输出端和2个可与所述电池管理子装置通信的通信接口，所述的2个加热信号输出端分别与所述的2个加热装置电连接，所述的若干个电芯监测信号接收端依次与所述的每个锂电池电芯的正负极电连接；所述保护开关的一端与所述正极极柱连接，另一端与所述电池组的正极连接。
优选的，所述动触端的材料为具有因受温度控制而发生形变功能的双金片或形状记忆合金。
本发明的工作原理如下：
动力电池***通过电池***电控单元和综合电控单元给电机***供电，电机***工作给变速箱提供动力，同时变速箱电控单元控制变速箱自动变档，变速箱通过变档给动力驱动单元提供动力，动力驱动单元、电机***、变速箱和动力电池***同时将实时信息反馈给数据采集分析单元，数据采集分析单元会根据收到的实时数据，用来监测或调整动力驱动单元、电机***、变速箱和动力电池***的运行状态。 
本发明的有益效果如下：
1、本发明将原先诸多分开进行管理的控制器集于一体，兼顾了锂电池管理、变速箱管理和原车电机管理等，具有能源优化使用功能，不仅提高了管控效率，还节约了成本。
2、本发明的变速箱采用了单项超越变速箱，应用单项超越原理，摒弃离合器及摩擦片，可实现全面智能电控，符合电劢车驱动结构。实验证明，此项优化技术的运用，解决了电机的大扭力与高转速之间的效率矛盾，可使同等容量锂电池提升汽车续航20%-30%。
3、本发明的堆垛式锂电池***中采用了锂电池物理保护***控制器，其基于双金片或形状记忆合金的物理保护，可以大幅提高锂电池安全性能，降低锂电池生产成本，真正意义上实现锂电池封装简化的关键元器件。
4、由于本发明的堆垛式锂电池***中的每个锂电池模块均基于物理保护设计，同时又采用独特的均衡触发原理，使得该种锂电池***具有简易化、标准化、器件化的特点，具有极强的通配性，将锂电池***中的过充、过放、过热、过流、短路保护合而为一，形成独特的模块化堆垛***，大幅提高了电池寿命。
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为本发明的整体结构拓扑图；
 图2为本发明一种实施例的结构拓扑图；
 图3为本发明另一种更实施例的结构拓扑图；
 图4为本发明的堆垛式锂电池***的结构示意图；
 图5为本发明的锂电池模块的结构示意图；
 图6为本发明的电路原理示意图；
 图7为本发明的保护开关在常温下的结构示意图；
 图8为本发明的保护开关在记忆温度下结构示意图。
 图中标号说明：1、综合电驱控制器；2、电机***；3、动力电池***；4、变速箱；5、动力驱动单元；6、电池管理子装置；7、锂电池模块；8、锂电池物理保护***控制器；9、负极极柱；10、正极极柱；11、模块外壳；12、锂电池电芯；13、隔温层；14、紧急手动恢复按钮；15、磁保持继电器；16、直流电源模块；17、其他用电设备；18、辅助电池；19、汽车钥匙；101、综合电控单元；102、电池***电控单元；103、变速箱电控单元；104、数据采集分析单元；301、堆垛式锂电池***；401、单项超越变速箱；81、开关组件；82、加热装置；83、电芯监测与电热控制模块；811、开关外壳；812、铝导热板；813、保护开关；8131、动触端；8132、静触端。
 
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。
参见图1所示，一种电动汽车综合控制***，包括一个综合电驱控制器1，所述综合电驱控制器1上包含有综合电控单元101、电池***电控单元102、变速箱电控单元103以及数据采集分析单元104，所述综合电控单元101通过电力线连接电机***2，所述电池***电控单元102通过控制线连接动力电池***3，所述变速箱电控单元103通过控制线与变速箱4连接，所述电机***2通过动力线连接所述变速箱4，所述变速箱4通过动力线连接动力驱动单元5；所述电机***2、所述动力电池***3、所述变速箱4和所述动力驱动单元5分别通过数据线与所述数据采集分析单元104连接，向其发送实时数据信号。
实施例1
参见图2所示，一种电动汽车综合控制***，包括一个综合电驱控制器1，所述综合电驱控制器1上包含有综合电控单元101、电池***电控单元102、变速箱电控单元103以及数据采集分析单元104，所述综合电控单元101通过电力线连接电机***2，所述电池***电控单元102通过控制线连接具有物理保护功能的堆垛式锂电池***301，所述变速箱电控单元103通过控制线与单项超越变速箱401连接，所述电机***2通过动力线连接所述单项超越变速箱401，所述单项超越变速箱401通过动力线连接动力驱动单元5；所述电机***2、所述堆垛式锂电池***301、所述单项超越变速箱401和所述动力驱动单元5分别通过数据线与所述数据采集分析单元104连接，向其发送实时数据信号。
进一步的，参见图4所示，所述堆垛式锂电池***301包括若干个并联在一起的锂电池单元和一电池管理子装置6，每个所述的锂电池单元均由若干个带有锂电池物理保护***控制器8的锂电池模块7串联而成，每个所述的锂电池单元分别通过一对应的磁保持继电器15与所述电池管理子装置6的一端连接，所述电池管理子装置6的另一端分别与所述电池***电控单元102和所述数据采集分析单元104连接。
    优选的，参见图5所示，所述的带有锂电池保护***控制器8的锂电池模块7还包括有一模块外壳11，所述模块外壳11内部分为左腔室和右腔室，所述左腔室内设置有由4个电压为24v的锂电池电芯12串联而成的电池组，所述电池组与所述左腔室之间填充有隔温层13，所述右腔室内设有一个所述的锂电池物理保护***控制器8；位于所述左腔室上方的所述模块外壳11上设置有负极极柱9，位于所述右腔室上方的所述模块外壳11上设置有正极极柱10，所述电池组的负极与所述负极极柱9连接，所述电池组的正极与所述锂电池物理保护***控制器8的输入端连接，所述锂电池物理保护***控制器8的输出端与所述正极极柱10连接，所述锂电池物理保护***控制器8包括5个电芯监测信号接收端831，所述的5个电芯监测信号接收端381依次连接在所述的4个锂电池电芯12的正负极上，进行实时监测，所述模块外壳11上设置有一个紧急手动恢复按钮14，所述紧急手动恢复按钮14与所述锂电池物理保护***控制器8连接。
进一步的，参见图6所示，所述锂电池物理保护***控制器8由开关组件81、2个加热装置82以及电芯监测与电热控制模块83组成；所述开关组件81包括一开关外壳811，所述开关外壳811内部设置有一铝导热板812及一由动触端8131和静触端8132构成的保护开关813。
参见图7、图8所示，所述动触端8131由双金片制成，所述动触端8131与所述静触端8132的开闭由所述开关外壳811内的温度决定；所述的2个加热装置82的加热端与所述铝导热板812紧密接触，所述电芯监测与电热控制模块83上包括所述的若干个电芯监测信号接收端831、2个加热信号输出端832和2个可与所述电池管理子装置6通信的通信接口833，所述的2个加热信号输出端832分别与所述的2个加热装置82电连接，所述的若干个电芯监测信号接收端831依次与所述的每个锂电池电芯12的正负极电连接；所述保护开关813的一端与所述正极极柱10连接，另一端与所述电池组的正极连接。
实施例2
参见图2所示，一种电动汽车综合控制***，包括一个综合电驱控制器1，所述综合电驱控制器1上包含有综合电控单元101、电池***电控单元102、变速箱电控单元103以及数据采集分析单元104，所述综合电控单元101通过电力线连接电机***2，所述电池***电控单元102通过控制线连接具有物理保护功能的堆垛式锂电池***301，所述变速箱电控单元103通过控制线与单项超越变速箱401连接，所述电机***2通过动力线连接所述单项超越变速箱401，所述单项超越变速箱401通过动力线连接动力驱动单元5；所述电机***2、所述堆垛式锂电池***301、所述单项超越变速箱401和所述动力驱动单元5分别通过数据线与所述数据采集分析单元104连接，向其发送实时数据信号。
进一步的，参见图4所示，所述堆垛式锂电池***301包括若干个并联在一起的锂电池单元和一电池管理子装置6，每个所述的锂电池单元均由若干个带有锂电池物理保护***控制器8的锂电池模块7串联而成，每个所述的锂电池单元分别通过一对应的磁保持继电器15与所述电池管理子装置6的一端连接，所述电池管理子装置6的另一端分别与所述电池***电控单元102和所述数据采集分析单元104连接。
优选的，参见图5所示，所述的带有锂电池保护***控制器8的锂电池模块7还包括有一模块外壳11，所述模块外壳11内部分为左腔室和右腔室，所述左腔室内设置有由8个电压为12v的锂电池电芯12串联而成的电池组，所述电池组与所述左腔室之间填充有隔温层13，所述右腔室内设有一个所述的锂电池物理保护***控制器8；位于所述左腔室上方的所述模块外壳11上设置有负极极柱9，位于所述右腔室上方的所述模块外壳11上设置有正极极柱10，所述电池组的负极与所述负极极柱9连接，所述电池组的正极与所述锂电池物理保护***控制器8的输入端连接，所述锂电池物理保护***控制器8的输出端与所述正极极柱10连接，所述锂电池物理保护***控制器8包括9个电芯监测信号接收端831，所述的9个电芯监测信号接收端381依次连接在所述的8个锂电池电芯12的正负极上，进行实时监测，所述模块外壳11上设置有一个紧急手动恢复按钮14，所述紧急手动恢复按钮14与所述锂电池物理保护***控制器8连接。
进一步的，参见图6所示，所述锂电池物理保护***控制器8由开关组件81、2个加热装置82以及电芯监测与电热控制模块83组成；所述开关组件81包括一开关外壳811，所述开关外壳811内部设置有一铝导热板812及一由动触端8131和静触端8132构成的保护开关813。
参见图7、图8所示，所述动触端8131由形状记忆合金制成，所述动触端8131与所述静触端8132的开闭由所述开关外壳811内的温度决定；所述的2个加热装置82的加热端与所述铝导热板812紧密接触，所述电芯监测与电热控制模块83上包括所述的若干个电芯监测信号接收端831、2个加热信号输出端832以及2个可与所述电池管理子装置6通信的通信接口833，所述的2个加热信号输出端832分别与所述的2个加热装置82电连接，所述的若干个电芯监测信号接收端831依次与所述的每个锂电池电芯12的正负极电连接；所述保护开关813的一端与所述正极极柱10连接，另一端与所述电池组的正极连接。
 
实施例3
参见图3所示，一种电动汽车综合控制***，包括一个综合电驱控制器1，所述综合电驱控制器1上包含有综合电控单元101、电池***电控单元102、变速箱电控单元103以及数据采集分析单元104，所述综合电控单元101通过电力线连接电机***2，所述电池***电控单元102通过控制线连接具有物理保护功能的堆垛式锂电池***301，所述变速箱电控单元103通过控制线与单项超越变速箱401连接，所述电机***2通过动力线连接所述单项超越变速箱401，所述单项超越变速箱401通过动力线连接动力驱动单元5；所述电机***2、所述堆垛式锂电池***301、所述单项超越变速箱401和所述动力驱动单元5分别通过数据线与所述数据采集分析单元104连接，向其发送实时数据信号。
进一步的，所述综合控制单元101上还通过一直流电源模块16（DC/DC）连接其他用电设备17，所述电池***电控单元102上还连接有为所述其他用电设备17供电的辅助电池18，所述综合控制单元101可与汽车钥匙19遥控连接，所述汽车钥匙19通过遥控所述综合控制单元101，控制所述其他用电设备17的开启与关闭。所述其他用电设备17包括车灯、音响、仪表灯。
进一步的，参见图4所示，所述堆垛式锂电池***301包括若干个并联在一起的锂电池单元和一电池管理子装置6，每个所述的锂电池单元均由若干个带有锂电池物理保护***控制器8的锂电池模块7串联而成，每个所述的锂电池单元分别通过一对应的磁保持继电器15与所述电池管理子装置6的一端连接，所述电池管理子装置6的另一端分别与所述电池***电控单元102和所述数据采集分析单元104连接。
优选的，参见图5所示，所述的带有锂电池保护***控制器8的锂电池模块7还包括有一模块外壳11，所述模块外壳11内部分为左腔室和右腔室，所述左腔室内设置有由8个电压为12v的锂电池电芯12串联而成的电池组，所述电池组与所述左腔室之间填充有隔温层13，所述右腔室内设有一个所述的锂电池物理保护***控制器8；位于所述左腔室上方的所述模块外壳11上设置有负极极柱9，位于所述右腔室上方的所述模块外壳11上设置有正极极柱10，所述电池组的负极与所述负极极柱9连接，所述电池组的正极与所述锂电池物理保护***控制器8的输入端连接，所述锂电池物理保护***控制器8的输出端与所述正极极柱10连接，所述锂电池物理保护***控制器8包括9个电芯监测信号接收端831，所述的9个电芯监测信号接收端381依次连接在所述的8个锂电池电芯12的正负极上，进行实时监测，所述模块外壳11上设置有一个紧急手动恢复按钮14，所述紧急手动恢复按钮14与所述锂电池物理保护***控制器8连接。
进一步的，参见图6所示，所述锂电池物理保护***控制器8由开关组件81、2个加热装置82以及电芯监测与电热控制模块83组成；所述开关组件81包括一开关外壳811，所述开关外壳811内部设置有一铝导热板812及一由动触端8131和静触端8132构成的保护开关813。
参见图7、图8所示，所述动触端8131由形状记忆合金制成，所述动触端8131与所述静触端8132的开闭由所述开关外壳811内的温度决定；所述的2个加热装置82的加热端与所述铝导热板812紧密接触，所述电芯监测与电热控制模块83上包括所述的若干个电芯监测信号接收端831、2个加热信号输出端832以及2个可与所述电池管理子装置6通信的通信接口833，所述的2个加热信号输出端832分别与所述的2个加热装置82电连接，所述的若干个电芯监测信号接收端831依次与所述的每个锂电池电芯12的正负极电连接；所述保护开关813的一端与所述正极极柱10连接，另一端与所述电池组的正极连接。
    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 (10)

1.一种电动汽车综合控制***，其特征在于：包括一个综合电驱控制器（1），所述综合电驱控制器（1）上包含有综合电控单元（101）、电池***电控单元（102）、变速箱电控单元（103）以及数据采集分析单元（104），所述综合电控单元（101）连接电机***（2），所述电池***电控单元（102）连接动力电池***（3），所述变速箱电控单元（103）和所述电机***（2）分别与变速箱（4）连接，所述变速箱（4）连接动力驱动单元（5）；所述电机***（2）、所述动力电池***（3）、所述变速箱（4）和所述动力驱动单元（5）分别与所述数据采集分析单元（104）连接，向其发送实时数据信号。
2.根据权利要求1所述的电动汽车综合控制***，其特征在于：所述综合控制单元（101）上还通过一直流电源模块（16）连接其他用电设备（17），所述电池***电控单元（102）上还连接有为所述其他用电设备（17）供电的辅助电池（18），所述综合控制单元（101）可与汽车钥匙（19）遥控连接，所述汽车钥匙（19）通过遥控所述综合控制单元（101），控制所述其他用电设备（17）的开启与关闭。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车综合控制***，其特征在于：所述变速箱（4）为单项超越变速箱（401）。
4.根据权利要求1或2所述的电动汽车综合控制***，其特征在于：所述动力电池***（3）为具有物理保护功能的堆垛式锂电池***（301）。
5.根据权利要求2所述的电动汽车综合控制***，其特征在于：所述其他用电设备（17）包括车灯、音响、仪表。
6.根据权利要求4所述的电动汽车综合控制***，其特征在于：所述堆垛式锂电池***（301）包括若干个并联在一起的锂电池单元和一电池管理子装置（6），每个所述的锂电池单元均由若干个带有锂电池物理保护***控制器（8）的锂电池模块（7）串联而成，每个所述的锂电池单元分别通过一对应的磁保持继电器（15）与所述电池管理子装置（6）的一端连接，所述电池管理子装置（6）的另一端分别与所述电池***电控单元（102）和所述数据采集分析单元（104）连接。
7.根据权利要求6所述的电动汽车综合控制***，其特征在于：所述的带有锂电池物理保护***控制器（8）的锂电池模块（7）还包括一模块外壳（11），所述模块外壳（11）内部分为左腔室和右腔室，所述左腔室内设置有由若干个锂电池电芯（12）串联而成的电池组，所述电池组与所述左腔室之间填充有隔温层（13），所述右腔室内设有一个锂电池物理保护***控制器（8），位于所述左腔室上方的所述模块外壳（11）上设置有负极极柱（9），位于所述右腔室上方的所述模块外壳（11）上设置有正极极柱（10），所述电池组的负极与所述负极极柱（9）连接，所述电池组的正极与所述锂电池物理保护***控制器（8）的输入端连接，所述锂电池物理保护***控制器（8）的输出端与所述正极极柱（10）连接，所述锂电池物理保护***控制器（8）包括若干个电芯监测信号接收端（831），所述电芯监测信号接收端（831）的个数比所述锂电池电芯（12）多一个，所述的若干个电芯监测信号接收端（381）依次连接在所述的每个锂电池电芯（12）的正负极上，进行实时监测，所述模块外壳（11）上设置有一个紧急手动恢复按钮（14），所述紧急手动恢复按钮（14）与所述锂电池物理保护***控制器（8）连接。
8.根据权利要求7所述的电动汽车综合控制***，其特征在于：每个所述的电池组由4个、8个或12个所述锂电池电芯（12）串联而成；所述锂电池电芯（12）的电压为12v、24v、36v或48v中的任意一种。
9.根据权利要求7所述的电动汽车综合控制***，其特征在于：所述锂电池物理保护***控制器（8）由开关组件（81）、2个加热装置（82）以及电芯监测与电热控制模块（83）组成；所述开关组件（81）包括一开关外壳（811），所述开关外壳（811）内部设置有一铝导热板（812）及一由动触端（8131）和静触端（8132）构成的保护开关（813），所述动触端（8131）与所述静触端（8132）的开闭由所述开关外壳（811）内的温度决定；所述的2个加热装置（82）的加热端与所述铝导热板（812）紧密接触，所述电芯监测与电热控制模块（83）上包括所述的若干个电芯监测信号接收端（831）、2个加热信号输出端（832）和2个可与所述电池管理子装置（6）通信的通信接口（833），所述的2个加热信号输出端（832）分别与所述的2个加热装置（82）电连接，所述的若干个电芯监测信号接收端（831）依次与所述的每个锂电池电芯（12）的正负极电连接；所述保护开关（813）的一端与所述正极极柱（10）连接，另一端与所述电池组的正极连接。
10.根据权利要求9所述的电动汽车综合控制***，其特征在于：所述动触端（8131）的材料为具有因受温度控制而发生形变功能的双金片或形状记忆合金。
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