一种基于阻断式PTC的电池保护装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于阻断式PTC的电池保护装置及其方法，该装置包括阻断式PTC、均衡单元和总电压监测单元；阻断式PTC串联在锂电池组的充放电主回路中，均衡单元内包括若干个受MOS开关控制的均衡电阻，每个均衡电阻分别跨接在对应电芯的两端，且均贴合在阻断式PTC的一侧；总电压监测单元分别与每个电芯连接和每个MOS开关连接。该方法为通过旁路均衡电阻发热对高压电芯进行均衡，以平衡一致性；同时充分利用均衡能量对阻断式PTC进行主动加热，使其内阻剧增，从而抑制充电电流，实现过充保护。本发明专利技术具有结构简单、安全可靠、成本低廉的特点，可有效解决锂电池在安全电压下的动态一致性和可靠性的问题，提升电池寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种基于阻断式PTC的电池保护装置及其方法
本专利技术属于锂电池保护
，具体涉及一种基于阻断式PTC的电池保护装置及其方法。
技术介绍
锂电池作为本世纪最重要的能源载体，是新能源技术不可或缺的产品。对于锂电池而言，由于技术的发展，其倍率能力及能量密度正在飞速地提高，而纵观当今所采用的锂电池安全管理方法，却并没有随之取得突破性地进步。锂电池的安全管理，已经成为了业界公认的世界性的难题。究其原因，就是锂电池的电芯技术及工艺特点决定了其每支电芯不可能做到完全一致，由此导致了锂电池理论和其应用的不可调和。由于锂电池是由若干电芯进行组合应用的，因此锂电池的一致性差异可以由多种原因引起，如材料一致性差异、内阻一致性差异、温度一致性差异或者工艺一致性差异等等，这也是传统锂电池循环寿命快速衰减的根本原因。迄今为止，锂电池一致性差异的解决方案较少，一般采用恒温加小电流均衡的方法，但由于能量均衡的方法均存在多余能量需要释放的问题，因此现有的解决方法中存在锂电池温度变化和电压变化的矛盾。此外，如今的锂电池的管理和保护依然离不开电子开关，虽然电子开关的灵敏度较高，但电子开关的控制技术十分复杂，成本又较高，这也是制约锂电池标准化推广的主要原因之一。由此可知，既要保证简洁耐用，又要保证安全可控，还要成本在可接受范围内，这三者之间显得矛盾重重。然而，目前市面上还没有一种能够三者同时兼顾，实现有效群管理的锂电池保护装置。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种基于阻断式PTC的电池保护装置及其方法，具有集简单、可靠、专业性于一体的特点，以解决锂电池在安全电压下的动态一致性和可靠性的问题。为达到上述技术目的及效果，本专利技术通过以下技术方案实现：本专利技术的一种基于阻断式PTC的电池保护装置，由阻断式PTC、均衡单元和总电压监测单元组成；所述阻断式PTC串联在锂电池组的充放电主回路中，所述均衡单元内包括若干个均衡电阻和若干个MOS开关，所述均衡电阻和所述MOS开关的数量均与所述锂电池组中串联电芯的个数相等，每个所述均衡电阻均贴合在所述阻断式PTC的一侧，且每个所述均衡电阻分别通过一个所述MOS开关跨接在对应的所述电芯的两端；所述总电压监测单元的监测信号引脚分别与每个所述电芯的两端连接，所述总电压监测单元的控制信号引脚分别与每个所述MOS开关连接。进一步的，所述阻断式PTC上贴覆有一块散热片。进一步的，所述锂电池组的充放电主回路中还串联有一个脱桥式磁保持继电器，并且所述脱桥式磁保持继电器与所述总电压监测单元的控制信号引脚连接。进一步的，所述脱桥式磁保持继电器采用本专利技术人在先申请的专利“一种采用微动开关的脱桥式磁保持继电器（专利号：201621398568.4）”；所述脱桥式磁保持继电器包括一个罩壳，所述罩壳内设置有第一衔铁、第二衔铁、双线圈电磁铁、工字型磁钢、第一磁铁、第二磁铁和双向微动开关；所述第一衔铁的下端露出于所述罩壳外，所述第一衔铁的上端设置有静触点；所述第二衔铁的下端露出于所述罩壳外，所述第二衔铁的上端设置有一块衔铁弹片；所述衔铁弹片的中部设置有动触点，所述动触点与所述静触点相对应，所述衔铁弹片的下端设置有一根与之垂直的连杆；所述连杆的中部铰接有一个磁钢固定座，所述工字型磁钢设置在所述磁钢固定座中，所述第一磁铁和所述第二磁铁分别位于所述工字型磁钢下方的左右两侧；所述双线圈电磁铁位于所述所述工字型磁钢的上方，所述双线圈电磁铁包括一根条形导体，所述条形导体的左右两端分别缠绕有第一励磁线圈和第二励磁线圈；所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈的一端分别从所述罩壳中引出，并均与所述控制电路连接，所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈的另一端分别与所述双向微动开关中的第一连接点和第二连接点连接；所述双向微动开关中还包括有第三连接点、金属弹片和拨杆，所述金属弹片的固定端连接在所述第三连接点上，所述金属弹片的活动端可在所述第一连接点和所述第二连接点之间来回摆动；所述第三连接点上连接有导线，并从所述罩壳中引出与所述控制电路连接；所述拨杆的固定端连接在所述金属弹片的中部，所述拨杆的活动端对准所述连杆的末端。进一步的，所述连杆和所述拨杆的材质为绝缘材料。进一步的，所述连杆的末端和所述拨杆的活动端之间设置有一块触发弹片。本专利技术的一种基于阻断式PTC的电池保护方法，包括以下步骤：1）将一个阻断式PTC和一个脱桥式磁保持继电器同时串联在锂电池组的充放电主回路中，并且预先设定所述阻断式PTC的居里点温度；2）在所述锂电池组的每一支电芯的旁路分别设置有一个均衡电阻，并且每个所述均衡电阻分别通过各自对应的MOS开关实现开始和停止加热；3）将所有所述均衡电阻均贴合在所述阻断式PTC的一个侧面，同时，将一块散热片贴覆在所述阻断式PTC的另一个侧面；4）将一个总电压监测单元的监测信号引脚分别连接在每一支所述电芯的正负极两端，用于实时监测所述锂电池在充放电过程中的电压值；同时，将所述总电压监测单元的控制信号引脚分别连接到所述脱桥式磁保持继电器和所有所述MOS开关，用于控制所述脱桥式磁保持继电器和所有所述MOS开关的开闭；5）利用所述总电压监测单元设定过放断开保护电压值、均衡开启电压值和过充断开保护电压值，其中，所述过放断开保护电压值＜所述均衡开启电压值＜所述过充断开保护电压值；6）当所述锂电池组刚开始充电时，所述脱桥式磁保持继电器处于闭合状态，每个所述MOS开关处于断开状态；随着充电的持续进行，所述锂电池的总电压随之升高；6.1）若所述总电压监测单元检测到某一支所述电芯的电压达到所述均衡开启电压值时，所述总电压监测单元随即触发该支所述电芯旁路中的所述MOS开关闭合，该旁路中的所述均衡电阻从该支所述电芯中获得均衡电流进行发热，对该支所述电芯进行均衡；6.2）若所述均衡电阻消耗的均衡电流无法抑制该支所述电芯电压的上升时，所述均衡电阻发出的均衡能量将不断地传递给所述阻断式PTC，当所述阻断式PTC的温度达到预设的居里点温度时，其内阻急剧增大，从而开始抑制充电电流，对所述锂电池组进行过充保护；6.3）当所述阻断式PTC的内阻剧增到充电电流低于均衡电流的情况时，充电电流得到全面抑制，达成三体动态平衡，此时高压的所述电芯继续放电均衡，低压的所述电芯继续补电，直到全部的所述电芯的电压均衡一致；6.4）若所述总电压监测单元检测到该支高压所述电芯的电压低于所述均衡开启电压值时，所述总电压监测单元随即触发该支所述电芯旁路中的所述MOS开关断开，该旁路中的所述均衡电阻因无法继续从该支所述电芯中获得均衡电流而停止发热，对该支高压所述电芯的均衡停止；6.5）由于所述均衡电阻停止发热，对所述阻断式PTC的主动加热也随即停止，在所述散热片的帮助下，所述阻断式PTC的温度逐渐降低至居里点温度以下，此时所述阻断式PTC的内阻迅速消失，所述锂电池恢复正常充电能力；6.6）若总电压监测单元检测到所述锂电池组的总电压高于n倍的过充保护断开电压值时，所述总电压监测单元随即给所述脱桥式磁保持继电器施加一个激励电流使其开关断开，所述锂电池组的充放电主回路断路，立刻停止充电，对所述锂电池组采取彻底过充保护；其中，n表示所述锂电池组中串联的所述电芯的支数；7）当所述锂电池组刚开始放电时，所述脱桥式磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于阻断式PTC的电池保护装置，其特征在于：由阻断式PTC（1）、均衡单元和总电压监测单元（3）组成；所述阻断式PTC（1）串联在锂电池组的充放电主回路中，所述均衡单元内包括若干个均衡电阻（4）和若干个MOS开关（5），所述均衡电阻（4）和所述MOS开关（5）的数量均与所述锂电池组中串联电芯（6）的个数相等，每个所述均衡电阻（4）均贴合在所述阻断式PTC（1）的一侧，且每个所述均衡电阻（4）分别通过一个所述MOS开关（5）跨接在对应的所述电芯（6）的两端；所述总电压监测单元（3）的监测信号引脚分别与每个所述电芯（6）的两端连接，所述总电压监测单元（3）的控制信号引脚分别与每个所述MOS开关（5）连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于阻断式PTC的电池保护装置，其特征在于：由阻断式PTC（1）、均衡单元和总电压监测单元（3）组成；所述阻断式PTC（1）串联在锂电池组的充放电主回路中，所述均衡单元内包括若干个均衡电阻（4）和若干个MOS开关（5），所述均衡电阻（4）和所述MOS开关（5）的数量均与所述锂电池组中串联电芯（6）的个数相等，每个所述均衡电阻（4）均贴合在所述阻断式PTC（1）的一侧，且每个所述均衡电阻（4）分别通过一个所述MOS开关（5）跨接在对应的所述电芯（6）的两端；所述总电压监测单元（3）的监测信号引脚分别与每个所述电芯（6）的两端连接，所述总电压监测单元（3）的控制信号引脚分别与每个所述MOS开关（5）连接。2.根据权利要求1所述的基于阻断式PTC的电池保护装置，其特征在于：所述阻断式PTC（1）上贴覆有一块散热片（7）。3.根据权利要求1所述的基于阻断式PTC的电池保护装置，其特征在于：还包括一个脱桥式磁保持继电器（2），所述脱桥式磁保持继电器（2）串联在所述锂电池组的充放电主回路中，并且与所述总电压监测单元（3）的控制信号引脚连接。4.根据权利要求3所述的基于阻断式PTC的电池保护装置，其特征在于：所述脱桥式磁保持继电器（2）包括一个罩壳（213），所述罩壳（213）内设置有第一衔铁（21）、第二衔铁（22）、双线圈电磁铁（23）、工字型磁钢（24）、第一磁铁（25）、第二磁铁（26）和双向微动开关（27）；所述第一衔铁（21）的下端露出于所述罩壳（213）外，所述第一衔铁（21）的上端设置有静触点（28）；所述第二衔铁（22）的下端露出于所述罩壳（213）外，所述第二衔铁（22）的上端设置有一块衔铁弹片（29）；所述衔铁弹片（29）的中部设置有动触点（210），所述动触点（210）与所述静触点（28）相对应，所述衔铁弹片（29）的下端设置有一根与之垂直的连杆（211）；所述连杆（211）的中部铰接有一个磁钢固定座（212），所述工字型磁钢（24）设置在所述磁钢固定座（212）中，所述第一磁铁（25）和所述第二磁铁（26）分别位于所述工字型磁钢（24）下方的左右两侧；所述双线圈电磁铁（23）位于所述所述工字型磁钢（24）的上方，所述双线圈电磁铁（23）包括一根条形导体，所述条形导体的左右两端分别缠绕有第一励磁线圈和第二励磁线圈；所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈的一端分别从所述罩壳（213）中引出，并均与所述控制电路（2）连接，所述第一励磁线圈和所述第二励磁线圈的另一端分别与所述双向微动开关（27）中的第一连接点（271）和第二连接点（272）连接；所述双向微动开关（27）中还包括有第三连接点（273）、金属弹片（274）和拨杆（275），所述金属弹片（274）的固定端连接在所述第三连接点（273）上，所述金属弹片（274）的活动端可在所述第一连接点（271）和所述第二连接点（272）之间来回摆动；所述第三连接点（273）上连接有导线，并从所述罩壳（213）中引出与所述控制电路（2）连接；所述拨杆（275）的固定端连接在所述金属弹片（274）的中部，所述拨杆（275）的活动端对准所述连杆（211）的末端。5.根据权利要求4所述的基于阻断式PTC的电池保护装置，其特征在于：所述连杆（211）和所述拨杆（275）的材质为绝缘材料。6.根据权利要求4所述的基于阻断式PTC的电池保护装置，其特征在于：所述连杆（211）的末端和所述拨杆（275）的活动端之间设置有一块触发弹片（214）。7.一种基于阻断式PTC的电池保护方法，其特征在于，包括以下步骤：将一个阻断式PTC（1）和一个脱桥式磁保持继电器（2）同时串联在锂电池组的充放电主回路中，并且预先设定所述阻断式PTC（1）的居里点温度；在所述锂电池组的每一支电芯（6）的旁路分别设置有一个均衡电阻（...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊朝晖，王占伟，戴鹏飞，孙敏南，
申请(专利权)人：樊朝晖，
类型：发明
国别省市：江苏,32