專(zhuān)利名稱(chēng)：電池充放電均衡與制動(dòng)能量回收的機(jī)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是電池充放電均衡與制動(dòng)能量回收的機(jī)電一體裝置。適用于各種二次電池應(yīng)用領(lǐng)域中的充放電電壓整組均衡與分段均衡，適用于電機(jī)制動(dòng)能量回收，適用于風(fēng)光儲(chǔ)能系統(tǒng)低壓儲(chǔ)能，適用于直流電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)控制與倍流控制。適用于有源二端元件或無(wú)源二端元件的電路連接轉(zhuǎn)換。
背景技術(shù)：
I.電池電壓均衡的必要性二次電池單體與單體之間就存在容量上的差異、內(nèi)阻的差異、組裝的差異、工程應(yīng)用環(huán)境的差異等，所有的差異集中表現(xiàn)在某一時(shí)刻的電壓上。
目前鋰離子電池單體100%D0D循環(huán)次數(shù)可突破2000次，若每天做一次100%D0D，經(jīng)過(guò)5年零6個(gè)月后，電池容量是初始容量的80%。即電池單體在這段時(shí)間應(yīng)該是無(wú)故障的，實(shí)際上12個(gè)單體電池串聯(lián)成組使用時(shí)600次后電池容量不足初始容量的70%左右。并聯(lián)成組使用時(shí)900次后電池容量是初始容量的85%左右。在所有的工程應(yīng)用中電池總是要將單體串聯(lián)起來(lái)使用，電池串聯(lián)成組使用時(shí)，不論是充電還是放電，都是以該組電池中的極高與極低單體電壓為準(zhǔn)，充電時(shí)單體電壓高于某個(gè)閾值，系統(tǒng)停止充電，電池組總的儲(chǔ)能量Σ E與單體儲(chǔ)存能量的關(guān)系是Σ Echarge=EwminX單體個(gè)數(shù)，放電時(shí)單體電壓低于某個(gè)閾值，系統(tǒng)停止放電電，電池組總的釋放能量Σ E與單體儲(chǔ)存能量的關(guān)系是Σ Edischarge=Ei^frfflinX單體個(gè)數(shù)。為了讓電池組能盡可能儲(chǔ)存與釋放更多的能量，為了讓電池得到更好的利用，我們必須對(duì)電池組進(jìn)行容量均衡。因?yàn)樗械牟町惣斜憩F(xiàn)在靜態(tài)電壓上。所以我們只要對(duì)電池組電壓均衡就可以了。2.傳統(tǒng)的電池均衡分析2. I.簡(jiǎn)單分流式電池均衡處理技術(shù)在電池均衡處理技術(shù)上，方式多種多樣，最常見(jiàn)的一種電池電壓均衡是分流式，在電池上并聯(lián)一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)與一個(gè)限流電阻網(wǎng)絡(luò)，對(duì)電池充電時(shí)，當(dāng)電池電壓升高達(dá)到某一個(gè)閾值，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)被觸發(fā)導(dǎo)通，讓充電電流旁路到電壓低的電池上，最后是電壓低的電池與電壓高的電池，電壓基本相等。這種均衡方式的優(yōu)點(diǎn)是，電路拓?fù)浜?jiǎn)單，充電均衡功能容易實(shí)現(xiàn)。該均衡技術(shù)缺點(diǎn)之一充電均衡是基本實(shí)現(xiàn)了，但是放電均衡根本就沒(méi)有考慮到，所以是單邊的均衡，對(duì)電池成組使用來(lái)說(shuō)幫助不大，該均衡技術(shù)缺點(diǎn)之二 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻最小也是毫歐(πιΩ )數(shù)量級(jí)，限流電阻的選配各制造商不一樣，最小的也有選用到3ohm，就簡(jiǎn)單的電損耗也是Q=I2R，所以方案的均衡電流不能做大，如果均衡電流越大，電能損耗就越嚴(yán)重，控制系統(tǒng)環(huán)境溫度升高，系統(tǒng)工作紊亂。如果均衡電流越小，
f = j I/ Jrfl ’電池要均衡相等的電量，所需要的時(shí)間就會(huì)很長(zhǎng)。該均衡技術(shù)缺點(diǎn)之
O
三對(duì)體育電池單體容量越來(lái)越大的情況，這種均衡是無(wú)法達(dá)到用戶(hù)的目的，更保障不了電池的一致性。該均衡技術(shù)缺點(diǎn)之四半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在使用的過(guò)程中優(yōu)點(diǎn)是很多，無(wú)觸點(diǎn)接觸，噪聲小，無(wú)電弧等，但是一旦失效，短路的情況總是遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于開(kāi)路的情況，如果半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)一旦發(fā)生短路電池單體就與旁路均衡電阻構(gòu)成自放電網(wǎng)絡(luò)，電池本身是被動(dòng)體，所以它就會(huì)把儲(chǔ)存的電量無(wú)保留的放掉。這就是均衡裝置的“自放電”。2.2.改進(jìn)的分流式電池均衡處理技術(shù)這種簡(jiǎn)單均衡處理技術(shù)的基礎(chǔ)上添加了 2個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)，其中一個(gè)半導(dǎo)體電子開(kāi)關(guān)串聯(lián)在電池回路中，另一個(gè)旁路在均衡電路上，這兩個(gè)半導(dǎo)體在電路中來(lái)完成放電均衡功能，這是該方案的優(yōu)點(diǎn)。最主要的缺點(diǎn)就是這2個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在工作時(shí)電流為主干路電流，損耗是非常大的，根本起不到節(jié)能的作用，所以目前，在小電流電池組中基本使用，但是對(duì)于大容量電池組來(lái)說(shuō)無(wú)任何實(shí)用價(jià)值，這種均衡技術(shù)同時(shí)存在簡(jiǎn)單分流均衡技術(shù)所有缺點(diǎn)，并且旁路在均衡電路上的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)如果失效，將對(duì)電池單體直接短路，對(duì)于整個(gè)電池管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于短路極其容易發(fā)生火災(zāi)，爆炸等災(zāi)難性事故。所以這種技術(shù)就更理想化了。 2.3.開(kāi)關(guān)電源充電均衡技術(shù)開(kāi)關(guān)電源充電均衡技術(shù)，利用低壓大電流開(kāi)關(guān)電源對(duì)電池單體充電與修復(fù)，工作原理是利用輸出與電池滿(mǎn)充電壓相等的開(kāi)關(guān)電源給單體電池一對(duì)一充電。這種均衡技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)電源的可控性高，智能化程度高，但缺點(diǎn)主要表現(xiàn)有2點(diǎn)其一，開(kāi)關(guān)電源的靈活性高，但是一致性就差，單體開(kāi)關(guān)電源的電壓極差小于IOmV的一個(gè)批次，比電池還難做至IJ，所以開(kāi)關(guān)電源的不一致性，在這一對(duì)一的充電時(shí)，就會(huì)直接傳給單體電池，單體電池經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)以后電池的一致性也是無(wú)法保證了 ；其二，低壓大電流開(kāi)關(guān)電源總是存在損耗的，如果鋰離子電池單體充電模塊效率為85%，400W的模塊損耗為60W，如果有100各單體工作I小時(shí)，那么總損耗就是60X100=6000W，這樣失去了節(jié)能的效果。(比電池組共用一個(gè)充電機(jī)的效率低的多。如果共用充電機(jī)的效率為95% (實(shí)際可以達(dá)到96%)，對(duì)于40kW的充電機(jī)，損耗為2000W，相比于6000W來(lái)說(shuō)節(jié)能為4000W。)所以該方案也不能用來(lái)對(duì)電池均衡處理。2. 4.電池重組技術(shù)該技術(shù)就是將電池中的電池重新修復(fù)校正后，重新組合的均衡技術(shù)，當(dāng)電池組工作一段時(shí)間后，電池單體的差異就逐漸表現(xiàn)出來(lái)，為了避免極差越來(lái)越大，這時(shí)對(duì)其中差異較大的單體進(jìn)行充放電，將所有的電池調(diào)成一致，然后再成組。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是直接重組與修復(fù)。該技術(shù)缺點(diǎn)之一是工程量大，修復(fù)時(shí)容量與電壓無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)定；該技術(shù)缺點(diǎn)之二是修的可持續(xù)性差，對(duì)于新電池來(lái)說(shuō)，可以在200次循環(huán)后，重組一次，對(duì)于電池后期，重組的次數(shù)會(huì)更加頻繁，所以該均衡技術(shù)已不能真正實(shí)現(xiàn)電池組的充放電均衡。從以上幾種電池組均衡方案來(lái)看，都存在相應(yīng)的缺點(diǎn)，都沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)電池組中單體電壓均衡，無(wú)法解決電池制造與應(yīng)用中的瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
I.本發(fā)明方案的建立I. I本發(fā)明裝置均衡后的電池組，電壓極差為0V。I. 2本發(fā)明必須適用于大電流電池組的均衡I. 3本發(fā)明必須具備充放電雙向均衡功能
I. 4本發(fā)明必須不論在均衡還是在工作過(guò)程中必須保障導(dǎo)通電阻小損耗小I. 5本發(fā)明在應(yīng)用時(shí)必須能讓電池組的三個(gè)狀態(tài)(工作狀態(tài)、擱置狀態(tài)、均衡狀態(tài))相互轉(zhuǎn)換。且在任意時(shí)刻，電池組只能保持在上述三個(gè)狀態(tài)中的ー個(gè)狀態(tài)，I. 6若電池組中，出現(xiàn)“0V”電池，本發(fā)明能將電池組轉(zhuǎn)為擱置狀態(tài)。I. 7本發(fā)明具備制動(dòng)能量回收功能I. 8本發(fā)明必須操作簡(jiǎn)單，可重復(fù)操作。 I. 9本發(fā)明能用于其他ニ端元件的電路連接轉(zhuǎn)換，改變電路的電壓、電流、電阻。I. 10本發(fā)明可以通過(guò)機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換也可以通過(guò)電磁力傳動(dòng)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。2.本發(fā)明采用模塊化組裝2. I本發(fā)明是ー種通過(guò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)電池電壓均衡與制動(dòng)能量回收的機(jī)電裝置，本發(fā)明分為機(jī)械軸傳動(dòng)與電磁鐵傳動(dòng)兩種開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。2. 2方案一機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式每個(gè)機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)的単元模塊中都有I個(gè)殼體、I個(gè)軸體，每個(gè)單元模塊的殼體上有ー對(duì)串聯(lián)總線(xiàn)觸片，一對(duì)并聯(lián)總線(xiàn)觸片，2組自恢復(fù)熔斷器，2個(gè)限位裝置。每個(gè)單元模塊的軸體上有ー對(duì)串聯(lián)動(dòng)觸片、一對(duì)并聯(lián)動(dòng)觸片，2個(gè)限位裝置。在機(jī)械軸傳動(dòng)的單元模塊中，殼體內(nèi)腔是圓筒形，軸體是圓柱形。且殼體內(nèi)腔與軸體存在間隙，殼體與軸體同軸同心；每對(duì)觸片的大小形狀相同，且中心對(duì)稱(chēng)分布；ー組自恢復(fù)熔斷器將I個(gè)串聯(lián)總線(xiàn)觸片與I并聯(lián)個(gè)總線(xiàn)觸片連接起來(lái)，然后澆鑄在殼體中，串聯(lián)總線(xiàn)觸片與并聯(lián)總線(xiàn)觸片均為柱體，且距離軸體最近的面為弧柱面，弧柱面凸出殼體內(nèi)腔，串聯(lián)總線(xiàn)觸片與并聯(lián)總線(xiàn)觸片的弧柱面在軸向上的投影均為等距螺旋線(xiàn)；在殼體內(nèi)腔串聯(lián)總線(xiàn)觸片與并聯(lián)總線(xiàn)觸片之間設(shè)置I個(gè)限位裝置。兩個(gè)串聯(lián)動(dòng)觸片為柱體，距離殼體最近的面為外表面，其外表面為弧柱面，串聯(lián)動(dòng)觸片的弧柱面凸出軸體的圓柱面，且該弧柱面在軸向上的投影為等距螺旋線(xiàn)；串聯(lián)動(dòng)觸片的柱體高度小于殼體高度；兩個(gè)串聯(lián)動(dòng)觸片先短路連接，然后固定在軸體中。兩個(gè)并聯(lián)動(dòng)觸片為柱體，距離殼體最近的面為外表面，其外表面為弧柱面，且該弧柱面在軸向上的投影為等距螺旋線(xiàn)；兩個(gè)并聯(lián)動(dòng)觸片的柱體高度等于軸體高度；在軸體的圓柱面上平行于軸線(xiàn)方向開(kāi)2個(gè)槽，這2個(gè)槽中心對(duì)稱(chēng)，然后將并聯(lián)動(dòng)觸片固定在軸體的槽上，并聯(lián)動(dòng)觸片的外表面凸出軸體的圓柱面。在軸體圓柱面上I個(gè)串聯(lián)動(dòng)觸片與I個(gè)并聯(lián)動(dòng)觸片之間設(shè)置I個(gè)限位裝置，且2個(gè)限位裝置中心對(duì)稱(chēng)分布。軸體與殼體的高度相等；每對(duì)觸片在軸向上投影的等距螺旋線(xiàn)的準(zhǔn)線(xiàn)是極點(diǎn)相同、旋轉(zhuǎn)方向相同、極徑相等、弧度相等的等距螺旋弧線(xiàn)。串、并聯(lián)總線(xiàn)觸片的準(zhǔn)線(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向相反，串、并聯(lián)動(dòng)觸片的準(zhǔn)線(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向相反。每對(duì)觸片的高度相等，每對(duì)觸片的準(zhǔn)線(xiàn)都是成中心対稱(chēng)的兩段等距螺旋弧線(xiàn)。2. 3方案ニ 電磁力傳動(dòng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式每個(gè)電磁力傳動(dòng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式的單元模塊中有2個(gè)電磁鐵，2個(gè)公共觸點(diǎn)，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，I個(gè)常閉觸點(diǎn)，每個(gè)公共觸點(diǎn)與ニ端元件或單體電池的一端相連，每個(gè)単元的常開(kāi)觸點(diǎn)與并聯(lián)總線(xiàn)之間連接ー個(gè)自恢復(fù)熔斷器。
以上兩種開(kāi)關(guān)方式必須是3個(gè)以上的單元模塊組合使用，控制2個(gè)以上的被控ニ端元件。電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式的単元模塊組合時(shí)，并聯(lián)總線(xiàn)由外部導(dǎo)線(xiàn)將各単元模塊相同位置上的常開(kāi)點(diǎn)并聯(lián)；機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式的単元模塊組合時(shí)，各組內(nèi)單元模塊對(duì)應(yīng)位置上的并聯(lián)動(dòng)觸片共用一個(gè)并聯(lián)動(dòng)觸片，共用并聯(lián)動(dòng)觸片的高度為組內(nèi)所有単元模塊軸體高度的代數(shù)和。3.本發(fā)明機(jī)械軸傳動(dòng)的工作原理3.1在殼體內(nèi)壁的50° 105°位置上安裝I串聯(lián)個(gè)總線(xiàn)觸片，在115° 130°位置上安裝I并聯(lián)個(gè)總線(xiàn)觸片，在殼體內(nèi)壁65° 70°與245° 250°兩處各安裝ー個(gè)有限位裝置，在殼體內(nèi)壁的230° 285°位置上安裝另ー個(gè)串聯(lián)總線(xiàn)觸片；在295° 310°位置上安裝另ー組并聯(lián)總線(xiàn)觸片，2個(gè)串聯(lián)動(dòng)觸片成中心對(duì)稱(chēng)，一個(gè)串聯(lián)觸片安裝在軸體柱面上50° 130°位置上，另ー個(gè)安裝在軸體柱面上230° 310°位置上，在軸體柱面上65° 70°與245° 250°兩處各安裝ー個(gè)有限位裝置，在軸體柱面的135° 150°位置上安裝I個(gè)并聯(lián)觸片，在軸體柱面的315° 330°位置上安裝另ー個(gè)并聯(lián)觸片。
3. 2擱置狀態(tài)軸體轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)動(dòng)觸片離開(kāi)總線(xiàn)觸片后，這時(shí)電池組都處于擱置狀態(tài),此時(shí)每個(gè)電池是ー個(gè)獨(dú)立的單體,系統(tǒng)不能對(duì)電池充電,也不能對(duì)電池放電。3. 3工作狀態(tài)是指電池組跟其他設(shè)備進(jìn)行能量交換的狀態(tài)，軸體轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)串聯(lián)動(dòng)觸片接近串聯(lián)總線(xiàn)觸片，直到軸體上或殼體上的限位裝置阻止軸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，串聯(lián)動(dòng)觸片與串聯(lián)總線(xiàn)觸片充分接觸，電池組進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)串聯(lián)觸片將電池組中所有電池串聯(lián)，電池組進(jìn)入工作狀態(tài)。3. 4均衡狀態(tài)是指電池組內(nèi)，電池與電池之間的能量交換狀態(tài)，軸體轉(zhuǎn)到帶動(dòng)串聯(lián)動(dòng)觸片離開(kāi)串聯(lián)總線(xiàn)觸片，帶動(dòng)并聯(lián)動(dòng)觸片接近并聯(lián)總線(xiàn)觸片，直到軸體上或殼體上的限位裝置阻止軸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，并聯(lián)動(dòng)觸片與總線(xiàn)觸片的并聯(lián)段充分接觸，將電池組內(nèi)所有電池并聯(lián)，電池組進(jìn)入均衡狀態(tài)。3. 5為了克服電路中二端元件的電氣性能過(guò)分懸殊，在并聯(lián)支路上串聯(lián)了自恢復(fù)熔斷器，若均衡時(shí)電流過(guò)大，自恢復(fù)熔斷器會(huì)自適應(yīng)增減阻杭，保障電路與電器安全。3. 6在機(jī)械軸傳動(dòng)方式中，機(jī)械軸轉(zhuǎn)動(dòng)可以使用步進(jìn)電機(jī)與BMS(電池管理系統(tǒng))配合完成，機(jī)械軸傳動(dòng)方式主要利用的是等距螺旋的旋轉(zhuǎn)特性，在觸片結(jié)合時(shí)，結(jié)合方向接近垂直結(jié)合，接觸壓カ接近為正壓力，當(dāng)相互結(jié)合的觸片有摩擦力發(fā)生時(shí)，相互結(jié)合的觸片已經(jīng)充分接觸，限位裝置已經(jīng)限位。當(dāng)兩個(gè)觸片的分離時(shí)，兩個(gè)觸片的運(yùn)動(dòng)方向也是垂直方向的，從觸片的結(jié)合與斷開(kāi)的角度上講是符合電氣連接規(guī)則的。在觸片的結(jié)合與斷開(kāi)的過(guò)程中，很少克服摩擦力做功，所以摩擦損耗，能輕松地將龐大電池組電路轉(zhuǎn)換成為了現(xiàn)實(shí)。因?yàn)樾递S傳動(dòng)的開(kāi)關(guān)為面接觸，接觸電阻壓縮到最小，損耗降到最低。這種方式適用于電氣參數(shù)較大的エ況。，在觸片的表面涂有石墨或?qū)щ姼啵鸬綕?rùn)滑、導(dǎo)電、防腐等作用。3. 7在單個(gè)模塊中，各組觸片之間的綜合摩擦系數(shù)小于0. 01，最大轉(zhuǎn)矩小于0. 005牛*米，若16個(gè)模塊為一組，則每組最大轉(zhuǎn)矩小于0. 08牛*米。4.本發(fā)明電磁鐵傳動(dòng)的工作原理4. I擱置狀態(tài)電磁鐵I與電磁鐵2為斷電狀態(tài)，公共觸點(diǎn)在自身彈カ的作用下保持靜平衡，將電池組中的電池?cái)嚅_(kāi),這時(shí)電池組中的所有電池處于擱置狀態(tài)。4. 2工作狀態(tài)電磁鐵I通電，電磁鐵2斷電，電磁鐵I通電后將2個(gè)公共觸點(diǎn)同時(shí)吸引到③常閉點(diǎn)，常閉點(diǎn)③將電池組中的所有電池串聯(lián)。這時(shí)電池組就進(jìn)入工作狀態(tài)。4. 3均衡狀態(tài)電磁鐵I斷電，電磁鐵2通電，電磁鐵2通電后將2個(gè)公共觸點(diǎn)同時(shí)吸引到⑥、⑦兩個(gè)常開(kāi)點(diǎn)上。常開(kāi)點(diǎn)通過(guò)外部導(dǎo)線(xiàn)將電池組內(nèi)的所有単體并聯(lián)，此時(shí)電池組就進(jìn)入電壓均衡狀態(tài)。4. 4本發(fā)明中的電磁鐵傳動(dòng)方式的電氣工作原理與械軸傳動(dòng)的開(kāi)關(guān)相同，主要適用于電流在100A以下的電氣回路。本發(fā)明從穩(wěn)定性、實(shí)用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性上講是目前半導(dǎo)體元件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。5.本發(fā)明的應(yīng)用5. I本發(fā)明適用于任何二次電池的串聯(lián)工程，在其中起到電池連接，電壓、能量均衡與延長(zhǎng)電池使用壽命的功能；用于再生能源變流儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，能降低電池組總體電壓，便 于任何等級(jí)電壓的儲(chǔ)能。5. 2在儲(chǔ)存制動(dòng)能量中本發(fā)明能起到降低電池組電壓，增強(qiáng)回收能力的功能。5. 3本發(fā)明主要通過(guò)單元模塊中開(kāi)關(guān)變換，從而改變電路中二端元件的連接方式?？蓱?yīng)用于除電池以外的其他有源或無(wú)源電路連接轉(zhuǎn)換。使整個(gè)電路的電氣參數(shù)成倍變化，從而達(dá)到需要的電氣性能。5. 4本發(fā)明必須是3個(gè)以上的單元模塊組合使用，控制2個(gè)以上的被控ニ端元件，其穩(wěn)定性、實(shí)用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性上講是目前半導(dǎo)體元件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。


圖I.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)內(nèi)部元件說(shuō)明①電磁鐵a②電磁鐵b③常閉觸點(diǎn)④公共觸點(diǎn)a⑤公共觸點(diǎn)b⑥常開(kāi)觸點(diǎn)a⑦常開(kāi)觸點(diǎn)b圖2.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)內(nèi)部元件說(shuō)明⑧殼體⑨軸體⑩串聯(lián)總線(xiàn)觸片a0串聯(lián)總線(xiàn)觸片b 自恢復(fù)熔斷器a 自恢復(fù)熔斷器b @并聯(lián)總線(xiàn)觸片a 井聯(lián)總線(xiàn)觸片b 接線(xiàn)端a安裝孔 接線(xiàn)端b安裝孔@殼體內(nèi)限位裝置a 殼體旋轉(zhuǎn)限位裝置b @串聯(lián)動(dòng)觸片a @串聯(lián)動(dòng)觸片b @并聯(lián)動(dòng)觸片a 井聯(lián)動(dòng)觸片b @軸體上旋轉(zhuǎn)限位裝置a @軸體上旋轉(zhuǎn)限位裝置b 単元模塊組合定位安裝孔圖3.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)ニ種狀態(tài)電路原通(a)工作狀態(tài)(b)均衡狀態(tài)(C)擱置狀態(tài)圖4.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)三種狀態(tài)截面(a)工作狀態(tài)(b)均衡狀態(tài)(C)擱置狀態(tài)圖5.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)三種狀態(tài)電路原理(a)工作狀態(tài)(b)均衡狀態(tài)(C)擱置狀態(tài)圖6.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)三種狀態(tài)截面(a)工作狀態(tài)(b)均衡狀態(tài)(C)擱置狀態(tài)圖7.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)軸體上串、并聯(lián)動(dòng)觸片準(zhǔn)線(xiàn)示意圖(a)串聯(lián)動(dòng)觸片準(zhǔn)線(xiàn)示意圖(b)并聯(lián)動(dòng)觸片準(zhǔn)線(xiàn)示意圖
圖8.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)殼體內(nèi)串、并聯(lián)總線(xiàn)觸片準(zhǔn)線(xiàn)示意圖(a)串聯(lián)總線(xiàn)觸片準(zhǔn)線(xiàn)示意圖(b)并聯(lián)總線(xiàn)觸片準(zhǔn)線(xiàn)示意9.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)軸體正截面圖與殼體正截面圖a)軸體正截面圖(b)殼體正截面10.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)串聯(lián)動(dòng)觸片正截面與立體圖(a)串聯(lián)動(dòng)觸片正截面圖(b)串聯(lián)動(dòng)觸立體11.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)并聯(lián)動(dòng)觸片正截面與立體圖(a)并聯(lián)動(dòng)觸片正截面圖(b)并聯(lián)動(dòng)觸片立體12.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)串聯(lián)總線(xiàn)觸片正截面與立體圖(a)串聯(lián)總線(xiàn)觸片正截面 圖(b)串聯(lián)總線(xiàn)觸片立體13.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)并聯(lián)總線(xiàn)觸片正截面與立體圖(a)并聯(lián)總線(xiàn)觸片正截面圖(b)并聯(lián)總線(xiàn)觸片立體14.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)軸體組裝立體與殼體組裝立體圖(a)軸體組裝立體圖(b)殼體組裝立體15.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)單元模塊立體16.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)構(gòu)成的電池電壓充放電均衡設(shè)備圖17.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)成組時(shí)共用并聯(lián)動(dòng)觸片長(zhǎng)度變化示意18.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式成組工作狀態(tài)應(yīng)用原理圖19.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式成組均衡狀態(tài)應(yīng)用原理圖20.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式成組擱置狀態(tài)應(yīng)用原理圖21.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式成組工作狀態(tài)應(yīng)用原理圖22.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式成組均衡狀態(tài)應(yīng)用原理圖23.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式成組擱置狀態(tài)應(yīng)用原理圖24.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式第I階段能量回收開(kāi)關(guān)閉合情況圖25.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式第2階段能量回收開(kāi)關(guān)閉合情況圖26.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式第3階段能量回收開(kāi)關(guān)閉合情況圖27.電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式第4階段能量回收開(kāi)關(guān)閉合情況圖28.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式第I階段能量回收開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)情況圖29.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式第2階段能量回收開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)情況圖30.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式第3階段能量回收開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)情況圖31.機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式第4階段能量回收開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)情況
具體實(shí)施例方式本發(fā)明以機(jī)械軸傳動(dòng)方式裝置做試驗(yàn)。5. 5機(jī)械軸傳動(dòng)方式裝置，總線(xiàn)觸片固定在殼體內(nèi)壁上，總線(xiàn)觸片由順時(shí)針等距螺旋觸片與反時(shí)針等距螺旋觸片兩部分組成；分別作為串聯(lián)動(dòng)觸片、并聯(lián)動(dòng)觸片，在順時(shí)針等距螺旋觸片與反時(shí)針等距螺旋觸片之間，有一個(gè)限位裝置，軸體轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)串聯(lián)動(dòng)觸片接近串聯(lián)總線(xiàn)觸片，直到軸體上或殼體上的限位裝置阻止軸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，串聯(lián)動(dòng)觸片與總線(xiàn)觸片充分接觸，電池組進(jìn)入工作狀態(tài)，此時(shí)串聯(lián)觸片將電池組串聯(lián)。當(dāng)軸體轉(zhuǎn)到帶動(dòng)串聯(lián)動(dòng)觸片離開(kāi)串聯(lián)總線(xiàn)觸片，帶動(dòng)并聯(lián)動(dòng)觸片接近并聯(lián)總線(xiàn)觸片，直到軸體上的限位裝置或殼體上的限位裝置阻止軸體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，并聯(lián)動(dòng)觸片與并聯(lián)總線(xiàn)觸片充分接觸，將電池組內(nèi)所有電池并聯(lián)，電池組進(jìn)入均衡狀態(tài)。本發(fā)明配合BMS與直流步進(jìn)電機(jī)共同完成轉(zhuǎn)軸的的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程。充電均衡試驗(yàn)電池組總額定容量為51. 2V100Ah (IOOAh磷酸亞鐵鋰電池16串，共16個(gè)單體)，處于試驗(yàn)?zāi)康?，電池?jīng)過(guò)化成分容后，I倍率串聯(lián)放電至該組電池中出現(xiàn)2. 5V電壓的電池，然后I倍率充電至該組電池中出現(xiàn)3. 65V電壓的電池，測(cè)得各単體的電壓與容量。


權(quán)利要求
1.電池充放電均衡與制動(dòng)能量回收的機(jī)電裝置，其特征在于，分為機(jī)械軸傳動(dòng)與電磁鐵傳動(dòng)兩種開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式； 方案一機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式 每個(gè)機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)的單元模塊中都有I個(gè)殼體、I個(gè)軸體，每個(gè)單元模塊的殼體上有一對(duì)串聯(lián)總線(xiàn)觸片，一對(duì)并聯(lián)總線(xiàn)觸片，2組自恢復(fù)熔斷器，2個(gè)限位裝置；每個(gè)單元模塊的軸體上有一對(duì)串聯(lián)動(dòng)觸片、一對(duì)并聯(lián)動(dòng)觸片，2個(gè)限位裝置； 在機(jī)械軸傳動(dòng)的單元模塊中，殼體內(nèi)腔是圓筒形，軸體是圓柱形；且殼體內(nèi)腔與軸體存在間隙，殼體與軸體同軸同心； 每對(duì)觸片的大小形狀相同，且中心對(duì)稱(chēng)分布； 一組自恢復(fù)熔斷器將I個(gè)串聯(lián)總線(xiàn)觸片與I并聯(lián)個(gè)總線(xiàn)觸片連接起來(lái)，然后澆鑄在殼體中，串聯(lián)總線(xiàn)觸片與并聯(lián)總線(xiàn)觸片均為柱體，且距離軸體最近的面為弧柱面，弧柱面凸出殼體內(nèi)腔，串聯(lián)總線(xiàn)觸片與并聯(lián)總線(xiàn)觸片的弧柱面在軸向上的投影均為等距螺旋線(xiàn)；在殼體內(nèi)腔串聯(lián)總線(xiàn)觸片與并聯(lián)總線(xiàn)觸片之間設(shè)置I個(gè)限位裝置； 兩個(gè)串聯(lián)動(dòng)觸片為柱體，距離殼體最近的面為外表面，其外表面為弧柱面，串聯(lián)動(dòng)觸片的弧柱面凸出軸體的圓柱面，且該弧柱面在軸向上的投影為等距螺旋線(xiàn)；串聯(lián)動(dòng)觸片的柱體高度小于殼體高度；兩個(gè)串聯(lián)動(dòng)觸片先短路連接，然后固定在軸體中； 兩個(gè)并聯(lián)動(dòng)觸片為柱體，距離殼體最近的面為外表面，其外表面為弧柱面，且該弧柱面在軸向上的投影為等距螺旋線(xiàn)；兩個(gè)并聯(lián)動(dòng)觸片的柱體高度等于軸體高度；在軸體的圓柱面上平行于軸線(xiàn)方向開(kāi)2個(gè)槽，這2個(gè)槽中心對(duì)稱(chēng)，然后將并聯(lián)動(dòng)觸片固定在軸體的槽上，并聯(lián)動(dòng)觸片的外表面凸出軸體的圓柱面； 在軸體圓柱面上I個(gè)串聯(lián)動(dòng)觸片與I個(gè)并聯(lián)動(dòng)觸片之間設(shè)置I個(gè)限位裝置，且2個(gè)限位裝置中心對(duì)稱(chēng)分布； 軸體與殼體的高度相等；每對(duì)觸片在軸向上投影的等距螺旋線(xiàn)的準(zhǔn)線(xiàn)是極點(diǎn)相同、旋轉(zhuǎn)方向相同、極徑相等、弧度相等的等距螺旋弧線(xiàn)；串、并聯(lián)總線(xiàn)觸片的準(zhǔn)線(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向相反，串、并聯(lián)動(dòng)觸片的準(zhǔn)線(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向相反；每對(duì)觸片的高度相等，每對(duì)觸片的準(zhǔn)線(xiàn)都是成中心對(duì)稱(chēng)的兩段等距螺旋弧線(xiàn)； 方案二 電磁力傳動(dòng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式 每個(gè)電磁力傳動(dòng)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式的單元模塊中有2個(gè)電磁鐵，2個(gè)公共觸點(diǎn)，2個(gè)常開(kāi)觸點(diǎn)，I個(gè)常閉觸點(diǎn)，每個(gè)公共觸點(diǎn)與二端元件或單體電池的一端相連，每個(gè)單元的常開(kāi)觸點(diǎn)與并聯(lián)總線(xiàn)之間連接一個(gè)自恢復(fù)熔斷器； 以上兩種開(kāi)關(guān)方式必須是3個(gè)以上的單元模塊組合使用，控制2個(gè)以上的被控二端元件；電磁鐵傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式的單元模塊組合時(shí)，并聯(lián)總線(xiàn)由外部導(dǎo)線(xiàn)將各單元模塊相同位置上的常開(kāi)點(diǎn)并聯(lián)；機(jī)械軸傳動(dòng)開(kāi)關(guān)方式的單元模塊組合時(shí)，各組內(nèi)單元模塊對(duì)應(yīng)位置上的并聯(lián)動(dòng)觸片共用一個(gè)并聯(lián)動(dòng)觸片，共用并聯(lián)動(dòng)觸片的高度為組內(nèi)所有單元模塊軸體高度的代數(shù)和。
全文摘要
本發(fā)明是電池充放電均衡與制動(dòng)能量回收的機(jī)電裝置。適用于各種二次電池應(yīng)用領(lǐng)域中的充放電電壓整組均衡與分段均衡，適用于電機(jī)制動(dòng)能量回收，用于再生能源變流儲(chǔ)能系統(tǒng)時(shí)，能降低電池組總體電壓，便于任何等級(jí)電壓的儲(chǔ)能，適用于直流電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)控制與倍流控制。適用于有源二端元件或無(wú)源二端元件的電路連接轉(zhuǎn)換。本發(fā)明分為機(jī)械軸傳動(dòng)與電磁鐵傳動(dòng)兩種開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。這兩種電氣工作原理相同，都是對(duì)對(duì)大規(guī)模成組的功率元件連接電路成組轉(zhuǎn)換。本發(fā)明從穩(wěn)定性、實(shí)用性、安全性、經(jīng)濟(jì)性上講是目前半導(dǎo)體元件無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明能在其使用的領(lǐng)域內(nèi)提高80％的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102780243SQ20121020067
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者宋佳齡, 宋慶, 李小健, 胡晨, 范承, 趙海雷 申請(qǐng)人:范承