解列開關(guān)及可解列的動力電池組及解列開關(guān)的運行方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種解列開關(guān)及可解列的動力電池組及解列開關(guān)的運行方法，解列開關(guān)包括控制電路、電動馬達(dá)、機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)、電蓄能元件、電磁觸發(fā)線圈和開關(guān)機(jī)構(gòu)?？山饬械膭恿﹄姵亟M包括多個動力電池分組和解列開關(guān)，所述動力電池分組之間串聯(lián)至少一個解列開關(guān)。解列開關(guān)的運行方法，包括分?jǐn)嗖襟E和閉合步驟。本發(fā)明的解列開關(guān)可以將動力電池組解列為安全的電池分組，大大降低高壓動力電池組在緊急狀態(tài)下受損出現(xiàn)高壓漏電、短路、起火等危險的可能性，同時設(shè)計合理的解列開關(guān)可重復(fù)使用，降低系統(tǒng)制造和維護(hù)成本。
【專利說明】解列開關(guān)及可解列的動力電池組及解列開關(guān)的運行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種能源技術(shù)，尤其涉及一種解列開關(guān)及可解列的動力電池組以及解列開關(guān)的運行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新能源技術(shù)的發(fā)展，儲能技術(shù)在新能源應(yīng)用中的位置突顯。在電動汽車、儲能電站、通信電源、微型電網(wǎng)等領(lǐng)域，以動力電池為儲能介質(zhì)的儲能系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
[0003]然而，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，動力電池組的安全性卻難以保證，尤其是以電動汽車為代表的應(yīng)用，動力電池組在運動環(huán)境下使用，存在發(fā)生嚴(yán)重故障的不安全因素，如因車輛事故形成的穿刺、撞擊、跌落、浸水等情況，易引發(fā)漏電、起火等種種危險，進(jìn)而形成對動力電池組安全性的強(qiáng)烈需求；同樣，在儲能電站、微型電網(wǎng)等場合下，雖然使用環(huán)境相對穩(wěn)定，但也要求動力電池組具有相當(dāng)?shù)陌踩?。?dāng)今的保護(hù)機(jī)制一般僅限于具備基本的過欠壓保護(hù)、過流保護(hù)、過熱保護(hù)等功能，也就是對負(fù)載設(shè)備的保護(hù)，如圖1所示，當(dāng)出現(xiàn)過欠壓、過流、漏電、過熱、容量過低的情況下保護(hù)裝置通過接觸器切斷動力輸出回路，保護(hù)用電設(shè)備安全。但當(dāng)儲能系統(tǒng)工作在故障情況下時，雖然保護(hù)裝置通過接觸器將動力電池組輸出回路切斷，但動力電池組高壓依然存在，其本身的高電壓依然是嚴(yán)重的危險源，如電動汽車發(fā)生撞擊后，電池組被保護(hù)裝置切斷動力輸出，但電池組的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)此時可能已經(jīng)損壞或者存在浸水的情況，動力電池組動力線、單體接點等電氣連接可能與電池組的外殼結(jié)構(gòu)形成通路，存在高電壓漏電對人體造成觸電傷害的可能；而嚴(yán)重的低阻抗漏電回路(短路)有可能造成動力電池組或結(jié)構(gòu)元件過熱起火。出現(xiàn)嚴(yán)重安全事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是:提供一種可將動力電池組解列為多個低電壓的解列開關(guān)和可解列的動力電池組及解列開關(guān)的運行方法，使高壓動力電池組在危險情況下可以迅速解列為多個低電壓(如安全電壓以下)的電池分組，使動力電池組在嚴(yán)重故障情況下，大大降低發(fā)生高壓漏電、起火危險的可能，通過合理的保護(hù)策略，可實現(xiàn)電池組的適時解列，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，和保護(hù)及時性。解列是指將動力電池組分成相互獨立、互不聯(lián)系的各電池分組的一種技術(shù)手段。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種解列開關(guān)，包括控制電路、電動馬達(dá)、機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)、電蓄能元件、電磁觸發(fā)線圈和開關(guān)機(jī)構(gòu)，控制電路連接并控制電動馬達(dá)和電磁觸發(fā)線圈，電磁觸發(fā)線圈和電動馬達(dá)連接并控制蓄能控制機(jī)構(gòu)，蓄能控制機(jī)構(gòu)與開關(guān)機(jī)構(gòu)連接控制開關(guān)機(jī)構(gòu)的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。控制電路用于控制電動馬達(dá)對機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)做功使機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)蓄能，電磁觸發(fā)線圈觸發(fā)機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)，機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)為開關(guān)機(jī)構(gòu)提供動力。
[0006]所述機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)是機(jī)械彈性元件。[0007]所述電蓄能元件是電容型蓄能元件。
[0008]所述開關(guān)機(jī)構(gòu)具有浸水密封性。
[0009]所述控制電路包括通信接口和直接控制線接口，所述通信接口和直接控制線接口接收控制信號。
[0010]所述解列開關(guān)處于非解列狀態(tài)時，開關(guān)機(jī)構(gòu)處于閉合狀態(tài)。
[0011]本發(fā)明還提供一種可解列的動力電池組，包括多個動力電池分組和解列開關(guān)，所述動力電池分組之間串聯(lián)至少一個解列開關(guān)，所述解列開關(guān)包括控制電路、電動馬達(dá)、機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)、電蓄能元件、電磁觸發(fā)線圈和開關(guān)機(jī)構(gòu)，控制電路連接并控制電動馬達(dá)和電磁觸發(fā)線圈，電磁觸發(fā)線圈和電動馬達(dá)與開關(guān)機(jī)構(gòu)電連接控制開關(guān)機(jī)構(gòu)的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。
[0012]本發(fā)明還提供一種可解列的動力電池保護(hù)系統(tǒng)，包括多個動力電池分組、解列開關(guān)和保護(hù)裝置，所述動力電池分組之間串聯(lián)至少一個解列開關(guān)，所述解列開關(guān)包括控制電路、電動馬達(dá)、機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)、電蓄能元件、電磁觸發(fā)線圈和開關(guān)機(jī)構(gòu)，控制電路連接并控制電動馬達(dá)和電磁觸發(fā)線圈，電磁觸發(fā)線圈和電動馬達(dá)與開關(guān)機(jī)構(gòu)電連接控制開關(guān)機(jī)構(gòu)的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電，保護(hù)裝置與解列開關(guān)的控制電路連接，控制解列開關(guān)的開閉。
[0013]所述可解列的動力電池保護(hù)系統(tǒng)還包括接觸器，接觸器與各動力電池分組形成回路，保護(hù)裝置與接觸器電連接控制接觸器的開閉。
[0014]所述動力電池分組通過并聯(lián)或串聯(lián)方式連接。
[0015]本發(fā)明還提供一種解列開關(guān)的運行方法，包括分?jǐn)嗖襟E和閉合步驟，分?jǐn)嗖襟E為:
[0016]解列開關(guān)的控制電路接收到解列信號，控制電路通過電磁觸發(fā)線圈釋放機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)的機(jī)械能，機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)驅(qū)動開關(guān)機(jī)構(gòu)分?jǐn)?；閉合步驟為:
[0017]解列開關(guān)的控制電路接收閉合信號，控制電路控制電動馬達(dá)使機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)蓄能，機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)控制開關(guān)機(jī)構(gòu)閉合。
[0018]所述解列開關(guān)的控制電路接收閉合信號時，解列開關(guān)的電蓄能元件充電。
[0019]本發(fā)明的有益效果:
[0020]傳統(tǒng)動力電池組應(yīng)用保護(hù)機(jī)制是建立在動力電池組本身未受損的前提下，但在動力電池組應(yīng)用過程中，電池組的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)難以保證不受到損傷，所以本發(fā)明的解列開關(guān)可以將動力電池組解列為安全的電池分組，彌補(bǔ)了之前現(xiàn)有技術(shù)中高壓動力電池組所帶來的問題，大大降低高壓動力電池組在緊急狀態(tài)下受損出現(xiàn)高壓漏電、短路、起火等危險的可能性，同時設(shè)計合理的解列開關(guān)可重復(fù)使用，降低系統(tǒng)制造和維護(hù)成本。
[0021]本發(fā)明所提及的解列開關(guān)，具有分?jǐn)嘌杆?，可帶載分?jǐn)嘀绷麟娏鳎瑫r具備通信功能，在動力電池組本體受到重創(chuàng)和外部電源損壞的情況下，依靠解列開關(guān)內(nèi)部電儲能元件，可實現(xiàn)無外部能量供給狀態(tài)下，動力電池組解列；由于具備通信能力，本解列開關(guān)的閉合恢復(fù)過程需經(jīng)過狀態(tài)確認(rèn)，邏輯判斷等過程方可閉合，不會出現(xiàn)不受控閉合狀態(tài)。
[0022]本發(fā)明適用于電動汽車、微型電網(wǎng)、儲能電站等具有動力電池組的應(yīng)用，動力電池組的可解列拓?fù)淠軌蛴行Ы档蛧?yán)重故障所帶來的次生危害，提高了系統(tǒng)應(yīng)用的安全性，為保證動力電池組及設(shè)備安全、使用操作者的人身安全提供了行之有效的保護(hù)機(jī)制、方法?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0023]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的動力電池組結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的解列開關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3是本發(fā)明的解列開關(guān)的運行流程圖；
[0026]圖4是本發(fā)明的可解列的動力電池組的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖5是本發(fā)明的可解列的動力電池保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0029]針對動力電池組極端情況下的漏電、短路風(fēng)險，本發(fā)明提出一種用于動力電池組的解列開關(guān)，如圖2所示，包括控制電路、電動馬達(dá)、機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)、電蓄能元件、電磁觸發(fā)線圈和開關(guān)機(jī)構(gòu)，控制電路連接并控制電動馬達(dá)和電磁觸發(fā)線圈，電磁觸發(fā)線圈和電動馬達(dá)連接并控制蓄能控制機(jī)構(gòu)，蓄能控制機(jī)構(gòu)與開關(guān)機(jī)構(gòu)連接控制開關(guān)機(jī)構(gòu)的開閉，電蓄能元件。
[0030]與控制電路連接為控制電路供電。
[0031 ] I)控制電路部 分主要作用為:
[0032]?通過通信接口和直接控制線接口接收控制信號；
[0033]?利用電蓄能原件對電磁觸發(fā)線圈進(jìn)行觸發(fā)控制；
[0034]?控制電動馬達(dá)對機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)進(jìn)行蓄能；
[0035]?對開關(guān)狀態(tài)進(jìn)行通信上報。
[0036]2)電動馬達(dá)為直流電動機(jī)，受控于控制電路，可對機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)做功，達(dá)到蓄能目的。
[0037]3)機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)為機(jī)械彈性元件，可長期儲存一定的機(jī)械能，作為開關(guān)機(jī)構(gòu)快速分?jǐn)鄤恿﹄姵亟M的動力。
[0038]4)電蓄能元件是儲存少量電能的電容型元件，在外部供電失效的情況下，解列開關(guān)的電觸發(fā)能量由此提供。
[0039]5)電磁觸發(fā)線圈是觸發(fā)機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)的電執(zhí)行器件，可觸動機(jī)械部件實現(xiàn)開關(guān)分?jǐn)唷?br> [0040]開關(guān)機(jī)構(gòu)是解列開關(guān)的分?jǐn)鄨?zhí)行部件，具有快速分?jǐn)喔邏褐绷鞯哪芰?，同時開關(guān)機(jī)構(gòu)具備浸水密封性，可保證直流觸頭、引線不會因浸水而發(fā)生漏電。
[0041]解列開關(guān)的運行方法如下:解列開關(guān)正常工作時存在分?jǐn)唷㈤]合兩種穩(wěn)定狀態(tài)以及解列分?jǐn)噙^程和恢復(fù)閉合過程。如圖3所示:
[0042]解列開關(guān)處于閉合狀態(tài)時，開關(guān)本身不消耗能量，當(dāng)上層控制系統(tǒng)(如整車控制器、電池管理系統(tǒng)等)需要通信控制時，需要極低功耗用來維持控制電路的基本通信功能，此時電蓄能元件和機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)都處于蓄能待觸發(fā)狀態(tài)，可隨時受控，驅(qū)動開關(guān)分?jǐn)啵?br> [0043]解列開關(guān)控制電路可通過直接控制線或通信總線接收解列信號，之后解列開關(guān)進(jìn)入解列分?jǐn)噙^程，此時控制電路通過電磁觸發(fā)線圈釋放機(jī)械能，驅(qū)動開關(guān)機(jī)構(gòu)快速分?jǐn)啵饬虚_關(guān)進(jìn)入分?jǐn)酄顟B(tài)。[0044]解列開關(guān)進(jìn)入分?jǐn)酄顟B(tài)后無需任何能量維持即可保持分?jǐn)酄顟B(tài)，當(dāng)控制電路收到恢復(fù)閉合信號后，通過通信總線與控制端進(jìn)行通信，確認(rèn)系統(tǒng)狀態(tài)，經(jīng)過邏輯判斷后，解列開關(guān)進(jìn)入恢復(fù)閉合過程。
[0045]恢復(fù)閉合過程中，控制電路利用外部控制電源對驅(qū)動電動馬達(dá)，進(jìn)而帶動機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)進(jìn)行蓄能，開關(guān)機(jī)構(gòu)閉合，同時點蓄能元件充電，解列開關(guān)進(jìn)入閉合狀態(tài)，由于恢復(fù)過程相對緩慢，開關(guān)不能帶載閉合，需斷開電池組總開關(guān)后驅(qū)動解列開關(guān)閉合。
[0046]本發(fā)明還提供一種具有上述解列開關(guān)的動力電池組，如圖4所示，包括多個動力電池分組和解列開關(guān)，所述動力電池分組之間串聯(lián)至少一個解列開關(guān)，所述解列開關(guān)包括控制電路、電動馬達(dá)、機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)、電蓄能元件、電磁觸發(fā)線圈和開關(guān)機(jī)構(gòu)，控制電路連接并控制電動馬達(dá)和電磁觸發(fā)線圈，電磁觸發(fā)線圈和電動馬達(dá)與開關(guān)機(jī)構(gòu)電連接控制開關(guān)機(jī)構(gòu)的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。動力電池分組為安全電壓以下的電池組。
[0047]本發(fā)明還提供一種可解列的動力電池保護(hù)系統(tǒng)，如圖5所示，包括多個動力電池分組、解列開關(guān)和保護(hù)裝置，保護(hù)裝置與解列開關(guān)的控制電路連接，控制解列開關(guān)的開閉。動力電池保護(hù)系統(tǒng)還包括接觸器，接觸器與各動力電池分組形成回路，保護(hù)裝置與接觸器電連接控制接觸器的開閉。
[0048]其中:
[0049]保護(hù)裝置:是發(fā)出解列信號的裝置，可能為電池管理系統(tǒng)、控制器等控制保護(hù)設(shè)備，無特殊約定。
[0050]解列狀態(tài):解列開關(guān)動作后的狀態(tài)，每個分組單體數(shù)量、分組電壓沒有約定，視具體應(yīng)用確定。
[0051]當(dāng)發(fā)生危險緊急情況，動力電池組安全狀態(tài)不可控時，在解列控制信號的控制下，解列開關(guān)可在很短時間內(nèi)(幾十毫秒到幾百毫秒)完成動力電池組解列，高電壓的動力電池組被解列開關(guān)分成多個低電壓的分組，分組的電壓可以為12v (汽車系統(tǒng))、36v (安全電壓)或其他系統(tǒng)應(yīng)用中所能承受的安全電壓，此時可以將漏電和短路危險發(fā)生概率大大降低。在危險狀態(tài)確認(rèn)消除后，解列控制信號可控制解列開關(guān)恢復(fù)動力電池組電氣連接，向負(fù)載正常供電。圖5中保護(hù)裝置在過欠壓、過流、漏電、過熱等情況下通過接觸器切斷動力輸出回路，同時，保護(hù)裝置危險情況下可對動力電池組進(jìn)行解列，使動力電池組在危險狀態(tài)下形成的漏電、短路回路電壓等級降到可接受的安全電壓以下。
[0052]對比之前的動力電池組結(jié)構(gòu)，解列功能的引入，使動力電池組在自身機(jī)械結(jié)構(gòu)、電氣結(jié)構(gòu)受損的情況下，可以保證對外無高壓危險，大大降低漏電、短路狀態(tài)的危險性。
[0053]傳統(tǒng)動力電池組應(yīng)用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中保護(hù)機(jī)制是建立在動力電池組本身未受損的前提下，但在動力電池組應(yīng)用過程中，電池組的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)難以保證不受到損傷，所以本專利所闡述的可解列拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)彌補(bǔ)了之前假設(shè)所帶來的問題，大大降低動力電池組在緊急狀態(tài)下受損出現(xiàn)高壓漏電、短路、起火等危險的可能性，同時設(shè)計合理的解列開關(guān)可重復(fù)使用，降低系統(tǒng)制造和維護(hù)成本；
[0054]本發(fā)明適用于電動汽車、微型電網(wǎng)、儲能電站等具有動力電池組的應(yīng)用，動力電池組的可解列拓?fù)淠軌蛴行Ы档蛧?yán)重故障所帶來的次生危害，提高了系統(tǒng)應(yīng)用的安全性，為保證動力電池組及設(shè)備安全、使用操作者的人身安全提供了行之有效的保護(hù)機(jī)制、方法。[0055]1、可將高壓動力電池組解列為多個低電壓電池組的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；
[0056]2、可解列的電池組中各低壓電池組數(shù)量根據(jù)應(yīng)用場合可變，且單體數(shù)量可不相等;
[0057]3、解列開關(guān)可受外部控制信號對動力電池組進(jìn)行解列和恢復(fù)；
[0058]4、可解列的電池組中各低壓電池組中單體可存在并聯(lián)和串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種解列開關(guān)，其特征在于，包括控制電路、電動馬達(dá)、機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)、電蓄能元件、電磁觸發(fā)線圈和開關(guān)機(jī)構(gòu)，控制電路連接并控制電動馬達(dá)和電磁觸發(fā)線圈，電磁觸發(fā)線圈和電動馬達(dá)連接并控制蓄能控制機(jī)構(gòu)，蓄能控制機(jī)構(gòu)與開關(guān)機(jī)構(gòu)連接控制開關(guān)機(jī)構(gòu)的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解列開關(guān)，其特征在于，所述機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)是機(jī)械彈性元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解列開關(guān)，其特征在于，所述電蓄能元件是電容型蓄能元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解列開關(guān)，其特征在于，所述開關(guān)機(jī)構(gòu)具有浸水密封性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的解列開關(guān)，其特征在于，所述控制電路包括通信接口和直接控制線接口，所述通信接口和直接控制線接口接收控制信號。
6.一種可解列的動力電池組，其特征在于，包括多個動力電池分組和解列開關(guān)，所述動力電池分組之間串聯(lián)至少一個解列開關(guān)，所述解列開關(guān)包括控制電路、電動馬達(dá)、機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)、電蓄能元件、電磁觸發(fā)線圈和開關(guān)機(jī)構(gòu)，控制電路連接并控制電動馬達(dá)和電磁觸發(fā)線圈，電磁觸發(fā)線圈和電動馬達(dá)與開關(guān)機(jī)構(gòu)電連接控制開關(guān)機(jī)構(gòu)的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。
7.一種可解列的動力電池保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，包括多個動力電池分組、解列開關(guān)和保護(hù)裝置，所述動力電池分組之間串聯(lián)至少一個解列開關(guān)，所述解列開關(guān)包括控制電路、電動馬達(dá)、機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)、電蓄能元件、電磁觸發(fā)線圈和開關(guān)機(jī)構(gòu)，控制電路連接并控制電動馬達(dá)和電磁觸發(fā)線圈，電磁觸發(fā)線圈和電動馬達(dá)與開關(guān)機(jī)構(gòu)電連接控制開關(guān)機(jī)構(gòu)的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電，保護(hù)裝置與解列開關(guān)的控制電路連接，控制解列開關(guān)的開閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可解列的動力電池保護(hù)系統(tǒng)，其特征在于，所述可解列的動力電池保護(hù)系統(tǒng)還包括接觸器，接觸器與各動力電池分組形成回路，保護(hù)裝置與接觸器電連接控制接觸器的開閉。
9.一種解列開關(guān)的運行方法，其特征在于，包括分?jǐn)嗖襟E和閉合步驟，分?jǐn)嗖襟E為: 解列開關(guān)的控制電路接收到解列信號，控制電路通過電磁觸發(fā)線圈釋放機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)的機(jī)械能，機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)驅(qū)動開關(guān)機(jī)構(gòu)分?jǐn)?；閉合步驟為: 解列開關(guān)的控制電路接收閉合信號，控制電路控制電動馬達(dá)使機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)蓄能，機(jī)械蓄能機(jī)構(gòu)控制開關(guān)機(jī)構(gòu)閉合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的解列開關(guān)的運行方法，其特征在于，所述解列開關(guān)的控制電路接收閉合信號時，解列開關(guān)的電蓄能元件充電。
【文檔編號】H01H3/22GK103681038SQ201210345206
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月17日
【發(fā)明者】黃呂超, 王志凱 申請人:中電普瑞科技有限公司