专利名称：一种用于电池主动均衡的开关系统的制作方法
技术领域：
本发明属于电池均衡技术领域，具体涉及一种用于电池主动均衡的开关系统。
背景技术：
随着技术的进步与发展，电动汽车等新能源技术得到了飞速的发展，电池作为重要储能单元得到了广泛的运用。然而，由于电池在制造、初始容量、环境温 度等方面的影响，电池之间存在差异，从而使串联成组的电池组在实际应用中造成某些电池单体过充电和过放电等现象，影响电池的使用特性和寿命，甚至有爆炸的危险。单DC/DC变换器电池均衡系统相对于多DC/DC变换器均衡系统具有很大的成本优势，由于其采用单DC/DC变换器，其转换效率也能较易达到较高水平；同时，单DC/DC变换器电池均衡系统相对于利用电池间压差的自动均衡系统具有易提高均衡功率，可采用高级控制策略进行控制并取得较好均衡效果等优点；因而，单DC/DC变换器电池均衡系统具有较好的发展前景。所谓单DC/DC变换器电池均衡系统是指电池均衡系统中只有I个DC/DC变换器，该系统中的均衡过程都通过该DC/DC变换器实现。然而，基于单DC/DC变换器电池均衡系统需将电池组中待均衡的电池单体选出并与该DC/DC变换器连通以进行均衡操作，该选出过程由开关系统实现。现有的开关系统一般使用Mosfet等功率开关元器件实现，然而，针对电动汽车等领域所需的大量电池单体串联的情况，这种开关系统存在所需功率元器件要求高、数量大、控制信号量多、控制复杂，并存在易发生短路危险等缺点。因此，在如电动汽车等需要大量电池单体串联的应用场合，能充分克服上述缺点的电池均衡用开关系统是十分必要的。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于电池主动均衡的开关系统，该系统机构简单、成本低廉、控制量少且控制简单、不易发生短路危险，安全可靠。为达到上述目的，本发明采取的技术方案为一种用于电池主动均衡的开关系统，包括初级触点4，初级触点4呈环状均匀分布于圆形基座3上，并分别与电池组I中电池单体两端相连，基座3中心固定有驱动装置5及其转轴6，指针7的一端固定于转轴6之上，并由驱动装置5驱动绕转轴6旋转，次级触点8固定于接触预紧装置9上并能在接触预紧装置9的作用下实现初级触点4与次级触点8的牢靠接触，接触预紧装置9固定于指针7之上并能随指针7转动，次级触点8分别与DC/DC变换器10的输入正极和输入负极相连，基座3、初级触点4、驱动装置5、转轴6、指针7、次级触点8和接触预紧装置9构成开关系统2，DC/DC变换器10的输出极与电池组I主回路的正负极相连，或与另一个开关系统2相连；所述的初级触点4以转轴6为中心分两圈均匀分布于基座3上，两圈初级触点4的个数相等，其中外圈分别标号FCO-FCn-Ι，其中η为电池单体数目，内圈分别标号FCl-FCn ；所述的次级触点8有两个触点SCl和SC2，SCl与SC2间距离与初级触点4形成的两同心圆的半径差相等，并保证指针7转到一定角度能使次级触点8分别与对应的两个初级触点4对齐；所述的电池组I由η节电池单体Bl-Bn组成，同时电池单体电压引出端分别标号CO-Cn,电池单体Bk所对应的两端标号分别为Ck-I和Ck，电压引出端CO-Cn分别与初级触点4的FCO-FCn连接，即Ck与FCk连接，其中KkSn;所 述的接触预紧装置9为弹簧预紧装置，使次级触点8 一直存在预紧力作用于初级触点4和基座3上。所述的驱动装置5为直流电机或交流电机。所述的开关系统2采用次级触点呈圆周方向分布，两初级触点改为沿圆周方向分布，原为沿径向分布，而初级触点4以转轴6为中心呈单圈均匀分布于基座3上，初级触点4间的距离需保持一致，BMS控制系统11在控制驱动装置5使指针7转动时，需保证指针7到达位置后初级触点4的FCO和FCl与次级触点8的SCl和SC2分别对齐。所述的开关系统2采用矩形基座直线驱动型，初级触点4分两列均匀分布于基座3上，指针7呈横向并在驱动装置5的驱动下上下移动，指针7上的次级触点8之间的距离与排列于基座3上的两列初级触点4的列间距相同，BMS控制系统11控制驱动装置5使指针7上下运动，保证指针7到达位置后初级触点4的FCO和FCl与次级触点8的SCl和SC2分别对齐。所述的开关系统2采用矩形基座轴驱动型，驱动装置5为平面两轴驱动，能同时驱动使横向和纵向运动，初级触点4分a行b列均匀分布于基座3上，指针7呈横向并在驱动装置5的驱动下上下左右移动，指针7上的次级触点8之间的距离与排列于基座3上的初级触点4的列间距相同，初级触点4根据行和列的值进行标号，同时保证电池组I中同一电池单体的两端引出线位于同行相邻的位置，BMS控制系统11在控制驱动装置5使指针7上下左右运动，并同样保证指针7到达位置后初级触点4的FC(1，I)和FC(1，2)与次级触点8的SCl和SC2分别对齐。所述的开关系统2采用初级触点圆柱基座侧面圆周布置，初级触点4位于圆柱形基座3的侧面，BMS控制系统11在控制驱动装置5使指针7旋转，保证初级触点4的FCO和FCl与次级触点8的SCl和SC2分别对齐，而接触预紧装置9的运动方向为横向，使次级触点8能与位于基座3侧面的初级触点4牢靠接触，次级触点8与初级触点4成开路时指针7旋转，而在指针7到达制定位置并保持后，BMS控制系统11控制触点接触预紧装置9横向运动使次级触点8与初级触点4成通路。本发明的工作原理为当电池组I中有单体需要均衡时，BMS控制系统11给所述开关系统2的驱动装置5发送旋转指令，指针7旋转于需均衡电池单体所对应的初级触点4，然后在接触预紧装置9的作用下使初级触点4与次级触点8接触导通，从而选出对应电池单体，使其与DC/DC变换器10输入极连通，然后BMS控制系统11控制DC/DC变换器10工作，向该电池单体充电或放电；重复以上动作，达到电池均衡的目的。本发明的优点为机构简单、成本低廉、控制量少且控制简单、不易发生短路危险，安全可靠。
图I是本发明的结构示意图。图2是本发明的俯视图。图3是本发明在开路状态下的前视图。图4是本发明在通路状态下的前视图。图5是本发明的一种实施例——次级触点呈圆周方向分布的开关系统示意图。图6是本发明的一种实施例一矩形基座直线驱动型开关系统示意图。图7是本发明的一种实施例一矩形基座两轴驱动型开关系统示意图。图8是本发明的一种实施例初级触点圆柱基座侧面圆周布置型开关系统俯视图。图9是本发明的一种实施例——初级触点圆柱基座侧面圆周布置型开关系统在开路状态下的前视图。图10是本发明的一种实施例-初级触点圆柱基座侧面圆周布置型开关系统在
通路状态下的前视图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围不限于此。参见图1，图I给出了本发明示例的电池主动均衡用开关系统的总体结构图。其中电池组I由BI, B2, ···, Bn等η节电池单体组成；该η节电池单体的η+1个电压引出端CO-Cn分别与分布于基座3上的初级触点4对应标号FCO-FCn连接，初级触点4以基座3中心为圆心分两圈均匀分布，其中外圈有η个初级触点4对应标号FCO-FCn-Ι，内圈有η个初级触点4对应标号FCl-FCn，其中外圈的FCk-I与内圈的FCk——对应，其中I彡k彡η ;指针7的一端位于基座3中心，由驱动装置5通过转轴6驱动，并绕此转轴6旋转，本实施例中驱动装置5为电机；次级触点8固定于接触预紧装置9的衔铁上并能在接触预紧装置9的作用下，随衔铁上下运动实现初级触点4与次级触点8的牢靠接触与分离，本实施例中接触预紧装置9为电磁铁，接触预紧装置9固定于指针7之上并能随指针7转动；次级触点8分别与DC/DC变换器10的输入正极和输入负极相连，基座3、初级触点4、驱动装置5、转轴
6、指针7、次级触点8和接触预紧装置9构成开关系统2，DC/DC变换器10的输出极与电池组I主回路的正负极相连实现电池单体与电池组I之间的均衡；或与另一个开关系统2相连实现电池单体与电池单体之间的均衡；或与超级电容、其他电池等储能元件相连实现能量存储并与电池组I中其他电池单体实现能量交换。参见图2、图3、图4和图1，图2、图3、图4给出了本发明的结构的俯视图及其在不同状态下的前视图。假设本图示例电池组I中电池单体BI根据BMS控制策略要求需要进行均衡。因而，在BMS系统的决策下，BMS控制系统11向驱动装置5发送驱动指令，并使指针7旋转到如图2俯视图所示位置，即初级触点4的FCO和FCl与次级触点8的SCl和 SC2分别对齐；此时，BMS控制系统11通过控制驱动装置5使指针保持所示位置，如图3所示；同时，BMS控制系统11控制位于指针7上的触点预紧装置9动作，次级触点8随衔铁向下运动，并与初级触点4中的FCO和FCl分别牢靠接触，如图4所示；BMS控制系统11通过测试确定初级触点4与次级触点8牢靠接触后驱动DC/DC变换器10工作，根据电池组I中电池单体BI的容量确定DC/DC变换器10向其充电或放电。
参见图5，图5给出了本发明的一种实施例——次级触点呈圆周方向分布的开关系统。如图5所示，该实施例中，两初级触点改为沿圆周方向分布，原为沿径向分布，而初级触点4以转轴6为中心呈单圈均匀分布于基座3上。通过该实施例，初级触点4的个数能减少将近一半，设原型中需要2η个，则该实施例中需要η+1个，其中η为电池单体个数，但初级触点4间的距离需保持一致。假设整个均衡系统的连接与图I所示一致，并假设本图示例电池组I中电池单体BI根据BMS控制策略要求需要进行均衡。该实施例的操作过程与原型一致，只是BMS控制系统11在控制驱动装置5使指针7转动时，需考虑指针7最终的位置不同，但同样需保证指针7到达位置后初级触点4的FCO和FCl与次级触点8的SCl和SC2分别对齐。
参见图6，图6给出了本发明的一种实施例一矩形基座直线驱动型开关系统。在此实施例中，驱动装置5为直线型驱动，如直线电机、齿轮齿条传动系统等；针对此驱动方式，相应地，初级触点4分两列均匀分布于基座3上，指针7呈横向并在驱动装置5的驱动下上下移动；指针7上的次级触点8之间的距离与排列于基座3上的两列初级触点4的列间距相同。同样假设本图示例电池组I中电池单体BI根据BMS控制策略要求需要进行均衡。该变型的操作过程与原型一致，只是BMS控制系统11在控制驱动装置5使指针7上下运动，并同样保证指针7到达位置后初级触点4的FCO和FCl与次级触点8的SCl和SC2分别对齐。参见图7，图7给出了本发明的一种实施例一矩形基座两轴驱动型开关系统。在此实施例中，驱动装置5为平面两轴驱动，能同时驱动使横向和纵向运动；针对此驱动方式，相应地，初级触点4分a行b列均匀分布于基座3上，指针7呈横向并在驱动装置5的驱动下上下左右移动；指针7上的次级触点8之间的距离与排列于基座3上的初级触点4的列间距相同。与原型不同的是，在本实施例中，初级触点4根据行和列的值进行标号，同时保证电池组I中同一电池单体的两端引出线位于同行相邻的位置，如电池单体Bk的两端Ck-I和Ck(l彡k彡η)分别与初级触点FC(i，j)和FC(i, j+1) (I彡i彡a，I彡j彡b_l)。同样假设本图示例电池组I中电池单体BI根据BMS控制策略要求需要进行均衡，并假设CO与Cl分别与FC(1，1)和FC(1，2)相连。该变型的操作过程与原型一致，只是BMS控制系统11在控制驱动装置5使指针7上下左右运动，并同样保证指针7到达位置后初级触点4的FC(I，I)和FC(1，2)与次级触点8的SCl和SC2分别对齐。参见图8、图9和图10，图8、图9和图10给出了本发明的一种实施例——初级触点圆柱基座侧面圆周布置型开关系统。在此实施例中，初级触点4位于圆柱形基座3的侧面，如图6所示，该实施例的操作过程与原型一致，只是BMS控制系统11在控制驱动装置5使指针7旋转，保证初级触点4的FCO和FCl与次级触点8的SCl和SC2分别对齐，而接触预紧装置9的运动方向为横向，使次级触点8能与位于基座3侧面的初级触点4牢靠接触，如图8所示。次级触点8与初级触点4成开路时指针7旋转,如图9所示。而在指针7到达制定位置并保持后，BMS控制系统11控制触点接触预紧装置9横向运动使次级触点8与初级触点4成通路,如图10所示。
权利要求
1.一种用于电池主动均衡的开关系统，包括初级触点(4)，其特征在于初级触点(4)呈环状均匀分布于圆形基座(3)上，并分别与电池组(I)中电池单体两端相连，基座(3)中心固定有驱动装置(5)及其转轴(6)，指针(7)的一端固定于转轴(6)之上，并由驱动装置(5)驱动绕转轴(6)旋转，次级触点(8)固定于接触预紧装置(9)上并能在接触预紧装置(9)的作用下实现初级触点(4)与次级触点(8)的牢靠接触，接触预紧装置(9)固定于指针(7)之上并能随指针(7)转动，次级触点(8)分别与DC/DC变换器(10)的输入正极和输入负极相连，基座(3)、初级触点(4)、驱动装置(5)、转轴(6)、指针(7)、次级触点(8)和接触预紧装置(9)构成开关系统(2)，DC/DC变换器(10)的输出极与电池组⑴主回路的正负极相连，或与另一个开关系统(2)相连； 所述的初级触点(4)以转轴(6)为中心分两圈均匀分布于基座(3)上，两圈初级触点(4)的个数相等，其中外圈分别标号FCO-FCn-1，η为电池单体数目，内圈分别标号FCl-FCn ； 所述的次级触点(8)有两个触点SCl和SC2，SC1与SC2间距离与初级触点(4)形成的两同心圆的半径差相等，并保证指针(7)转到一定角度能使次级触点(8)分别与对应的两个初级触点⑷对齐； 所述的电池组⑴由η节电池单体Bl-Bn组成，同时电池单体电压引出端分别标号CO-Cn,电池单体Bk所对应的两端标号分别为Ck-I和Ck，电压引出端CO-Cn分别与初级触点(4)的FCO-FCn连接，即Ck与FCk连接(其中I彡k彡η)； 所述的接触预紧装置(9)为弹簧预紧装置，使次级触点(8) —直存在预紧力作用于初级触点⑷和基座⑶上。
2.根据权利要求I所述的一种用于电池主动均衡的开关系统，其特征在于所述的驱动装置(5)为直流电机或交流电机。
3.根据权利要求I所述的一种用于电池主动均衡的开关系统，其特征在于所述的开关系统(2)采用次级触点呈圆周方向分布，两初级触点改为沿圆周方向分布，原为沿径向分布，而初级触点(4)以转轴(6)为中心呈单圈均匀分布于基座(3)上，初级触点(4)间的距离需保持一致，BMS控制系统(11)在控制驱动装置(5)使指针(7)转动时，需保证指针(7)到达位置后初级触点⑷的FCO和FCl与次级触点⑶的SCl和SC2分别对齐。
4.根据权利要求I所述的一种用于电池主动均衡的开关系统，其特征在于所述的开关系统(2)采用矩形基座直线驱动型，初级触点(4)分两列均匀分布于基座(3)上，指针(7)呈横向并在驱动装置(5)的驱动下上下移动，指针(7)上的次级触点(8)之间的距离与排列于基座⑶上的两列初级触点⑷的列间距相同，BMS控制系统(11)在控制驱动装置(5)使指针(7)上下运动，保证指针(7)到达位置后初级触点⑷的FCO和FCl与次级触点⑶的SCl和SC2分别对齐。
5.根据权利要求I所述的一种用于电池主动均衡的开关系统，其特征在于所述的开关系统(2)采用矩形基座轴驱动型，驱动装置(5)为平面两轴驱动，能同时驱动使横向和纵向运动，初级触点(4)分a行b列均匀分布于基座(3)上，指针(7)呈横向并在驱动装置(5)的驱动下上下左右移动，指针(7)上的次级触点(8)之间的距离与排列于基座(3)上的初级触点(4)的列间距相同，初级触点(4)根据行和列的值进行标号，同时保证电池组(I)中同一电池单体的两端引出线位于同行相邻的位置，BMS控制系统(11)在控制驱动装置(5)使指针(7)上下左右运动，并同样保证指针(7)到达位置后初级触点(4)的FC(1，1)和FC(1，2)与次级触点⑶的SCl和SC2分别对齐。
6.根据权利要求I所述的一种用于电池主动均衡的开关系统，其特征在于所述的开关系统(2)采用初级触点圆柱基座侧面圆周布置，初级触点(4)位于圆柱形基座(3)的侧面，BMS控制系统(11)在控制驱动装置(5)使指针(7)旋转，保证初级触点⑷的FCO和FCl与次级触点(8)的SCl和SC2分别对齐，而接触预紧装置(9)的运动方向为横向，使次级触点⑶能与位于基座⑶侧面的初级触点⑷牢靠接触，次级触点⑶与初级触点(4)成开路时指针(7)旋转，而在指针(7)到达制定位直并保持后，BMS控制系统(11)控制触点接触预紧装置(9)横向运动使次级触点(8)与初级触点(4)成通路。
全文摘要
一种用于电池主动均衡的开关系统，包括初级触点，初级触点分布于基座上，并与电池组中电池单体两端相连，基座固定有驱动装置及其转轴，指针固定于转轴之上，次级触点固定于接触预紧装置上并能够实现初级触点与次级触点的接触，接触预紧装置固定于指针之上，次级触点与DC/DC变换器相连，基座、初级触点、驱动装置、转轴、指针、次级触点和接触预紧装置构成开关系统，DC/DC变换器与电池组主回路相连，或与另一个开关系统相连，BMS控制系统通过驱动装置使指针旋转于需均衡电池单体所对应的初级触点，接触预紧装置使初级触点与次级触点接触导通，选出对应电池单体与DC/DC输入极连通，向该电池单体充电或放电，达到电池均衡，具有机构简单、成本低廉等优点。
文档编号H02J7/00GK102624049SQ201210066088
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者徐俊, 曹秉刚, 李思奇, 米春亭, 邹忠月 申请人:徐俊, 曹秉刚