CN101087063A - 一种高压电池系统及其安全保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压电池系统，其电池管理及控制单元(2)中设控制电路(18)，控制电路(18)上分别设正极接触器(5)和负极接触器(6)，其触头分别串联在动力电路(17)的正负极线路上，在控制电路(18)或动力电路(17)中串接磁性开关(7)，在高压电池系统的外壳上设磁性材料(11)，磁性开关(7)由磁性材料(11)吸引闭合。本发明还提供了高压电池系统的安全保护方法，即在开盖保护状态，利用磁性开关(7)使动力电路(17)中断。本发明结构简单，使用可靠，很好地避免了车辆在行使或驻车维修过程中对车辆、人员造成的安全威胁。
Description
技术领域
本发明属于汽车构造的技术领域，涉及汽车的动力系统，更具体地说，本发明涉及混合动力汽车或电动汽车用的一种高压电池系统。本发明还涉及所述的这种高压电池系统的安全保护方法。
背景技术
目前，混合动力汽车和电动汽车上常采用化学电源，如镍氢电池、锂离子电池作为主动力源或辅助动力源。由于混合程度的不同，采用的电池系统电压等级也不同，常用的有144V、288V、336V等。这些系统都属于高压电池系统。为了保障整车的安全行驶，高压电池系统的安全保护就显得尤为重要。现在人们已经通过各种方法来考虑和防止车辆高压系统对乘员的安全隐患，如：高压系统与车辆底盘绝缘电阻检测、高压电路环路互锁、地绝缘检测、自动危险电压断开开关等保护措施，这些措施大大增加了车辆的安全性，但仍有需要完善改进之处。如：作为电动车重要零部件之一的动力电池，当其外壳打开或未安装到位时，此时对车辆、乘员及维修人员来说，是一种安全威胁极大的状态，决不允许高压动力电池部分对车辆高压系统部分有能量的输出。
在本领域中，现有专利技术包括：英国专利号为GB2204734的专利文献公开了A vehicle battery isolating switch(一种车辆电池的绝缘开关)的专利技术。该专利主要解决的问题是电池开关的绝缘问题，从提高绝缘性能的角度来避免使用时的安全隐患。美国专利号为US5850909A1的专利文献公开了一种Switchmechanism for service disconnect(维护时断开的开关机构)的专利技术；美国专利号为US5864106A1的专利文献公开了一种Battery disconnect switch for electricvehicle(电动汽车的电池切断开关)的专利技术。上述两个专利构思是在电池维护或其它情况下需要切断电源，主要是从开关的机械结构上考虑加以改进，实现维修时的安全保护。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种高压电池系统，其目的是在高压电池外壳打开或未安装到位时实现安全保护，即实现高压电池的开盖保护。
为了实现上述目的，本发明在总体结构上采取的技术方案为：所提供的这种高压电池系统，包括动力电池、电池管理及控制单元、逆变器，动力电池的正负端通过动力电路与逆变器连接，电池管理及控制单元中设控制电路，控制电路上分别设正极接触器和负极接触器，其触头分别串联在动力电路的正负极线路上，在控制电路或动力电路中串接磁性开关，在所述的高压电池系统的外壳上设磁性材料，磁性开关由磁性材料吸引闭合。
磁性开关结构的技术方案：所述的磁性开关设保护壳，保护壳内设固定触片和活动触片，所述的控制电路在保护壳内设两个不连通的接线端，所述的固定触片为导电材料并与控制电路上的一个接线端连接，所述的活动触片一端为固定端并与控制电路上的另一个接线端连接，所述的活动触片的另一端为活动端，在自然状态下与固定触片分离，在磁性材料的磁力吸引作用下，活动触片的活动端与固定触片接触。
在磁性开关中，所述的活动触片为两层复合结构，其中一层为活动触片基层，其材料为高韧性强度的弹性材料，另一层为活动触片导电层并与固定触片接触，两层结构之间由高强度粘接材料粘接，活动触片的活动端通过活动触片导电层与固定触片接触。
本发明的预充电电路的技术方案：所述的动力电路设有预充电接触器和预充电电阻且串联，串联后跨接在正极接触器开关或者负极接触器的两端，所述的电池管理及控制单元设预充电接触器回路，所述的预充电接触器和预充电电阻且串联在该回路中。
本发明在动力电路上直接采用磁性开关进行保护的技术方案为下列两方案择一：
所述的磁性开关串接在动力电路的正极线路上或负级线路上；
或者所述的磁性开关为两个，分别串接在动力电路的正极线路上和负级线路上。
为为实现与上述技术方案相同的目的，在本发明中，还提供了与其相应的高压电池系统采用的安全保护方法，该方法通过控制电路对动力电路进行保护，其技术方案如下：
所述的磁性开关串接在控制电路上，所述的安全保护方法是实现动力电路的通断两种状态，即开盖保护状态和正常通电状态，该方法是利用控制电路上的接触器的通断电及相应的动力电路上的接触器的触头开关的离合来实现动力电路的通断。
所述的两种状态分别为：
开盖保护状态：当高压电池系统外壳打开或未安装到位时，也即高压电池系统外壳上的磁性材料与活动触片之间距离未达到一定距离之内，处在磁性材料的磁力不能使活动触片动作的距离，活动触片无法使控制电路接通，控制电路上的接触器无法闭合，动力电路上的相应触头为断开状态，即高压动力电池部分与车辆高压系统部分的动力电路断开；
正常通电状态：当高压电池系统外壳安装到位时，高压电池系统外壳上的磁性材料与活动触片之间距离达到一定距离之内，磁性材料的磁力吸合活动触片，活动触片使控制电路接通，控制电路上的接触器闭合，动力电路上的相应触头为闭合状态，即高压动力电池部分与车辆高压系统部分的动力电路连通。
更进一步地，本发明采用一个接触器，其技术方案为：使控制电路上的正极接触器和负极接触器中的一个短路，所述的磁性开关的数量为一个，与未短路的接触器串联，所述的两种状态为：
开盖保护状态：控制电路上的正极接触器或负极接触器无法闭合，动力电路上的相应触头为断开状态；
正常通电状态：控制电路上的正极接触器或负极接触器闭合，动力电路上的相应触头为闭合状态。
或者本发明采用两个接触器，其技术方案为：所述的磁性开关的数量为两个，分别与正极接触器和负极接触器串联，所述的两种状态为：
开盖保护状态：控制电路上的正极接触器和负极接触器均无法闭合，动力电路上的相应触头为断开状态；
正常通电状态：控制电路上的正极接触器和负极接触器均闭合，动力电路上的相应触头为闭合状态。
本发明所采用的上述技术方案，使用磁性开关实现对高压电池的开盖保护，还采用正极接触器、负极接触器和预充电接触器，只有接触器动作才能保证两系统间的安全通断。磁性开关可以串联接入正、负接触器控制回路，实现对正、负接触器控制回路的控制，也即实现了对整车中高压系统通断的控制。此发明结构简单，使用可靠，很好地避免了车辆在行使或驻车维修过程中对车辆、人员造成的安全威胁。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的电路结构示意图；
图2为本发明中的磁性开关的的结构示意图；
图3为本发明中的活动触片的结构示意图。
图中标记为：1、动力电池，2、电池管理及控制单元，3、预充电接触器，4、预充电电阻，5、正极接触器，6、负极接触器，7、磁性开关，8、保护壳，9、固定触片，10、活动触片，11、磁性材料，12、活动触片基层，13、活动触片导电层，14、逆变器，15、动力电机，16、三相交流电路，17动力电路，18、控制电路，19、预充电电路。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及使用中的安全保护方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1、图2和图3所表达的本发明的结构，本发明为一种高压电池系统，包括动力电池1、电池管理及控制单元2、逆变器14，动力电池1的正负端通过动力电路17与逆变器14连接，逆变器14将动力电池1产生的高压直流电转变为交流电并通过三相交流电路16向车辆高压系统的用电设备、特别是汽车的驱动电机即图1中的动力电机15供电。
为了实现在高压电池外壳打开或未安装到位时获得安全保护的目的，也即实现高压电池的开盖保护目的，本发明采取的技术方案为：所提供的这种高压电池系统，电池管理及控制单元2中设控制电路18，控制电路18上分别设正极接触器5和负极接触器6，其触头分别串联在动力电路17的正负极线路上。在控制电路18或动力电路17中串接磁性开关7，在所述的高压电池系统的外壳上设磁性材料11，磁性开关7由磁性材料11吸引闭合。
磁性材料11集成固定在动力电池1的外壳上，在控制电路18或动力电路17中采用磁性开关11，或者再与其串联接触器，利用接触器上的触头开关，对动力电路17的通断进行控制，其结构简单，使用可靠，很好地避免了车辆在行使或驻车维修过程中对车辆、人员造成的安全威胁。
以上所述的磁性开关7的具体结构为：
所述的磁性开关7设保护壳8，保护壳8保证触片不会因意外的操作而破坏。保护壳8内设固定触片9和活动触片10，所述的控制电路18在保护壳8内设两个不连通的接线端，所述的固定触片9为导电材料并与控制电路18上的一个接线端连接，所述的活动触片10一端为固定端并与控制电路18上的另一个接线端连接，所述的活动触片10的另一端为活动端，在自然状态下与固定触片9分离，在磁性材料11的磁力吸引作用下，活动触片10的活动端与固定触片9接触。一旦与磁性材料11的距离增大，活动触片10依靠自身的弹力，又会使控制电路18断开。
以上所述的的活动触片10的具体结构为：
如图3所示，为保证活动触片10的可靠性，活动触片10由两部分组成：用于改善触片韧性强度的活动触片基层12和导电性能极好的活动触片导电层13，其具体结构为：所述的活动触片10为两层复合结构，其中一层为活动触片基层12，其材料为高韧性强度的弹性材料，另一层为活动触片导电层13并与固定触片9接触，两层结构之间由高强度粘接材料粘接，紧密贴合在一起，保证不会脱落；活动触片10的活动端通过活动触片导电层13与固定触片9接触。这样即保证了活动触片的导电性能，又增强了其韧性可靠性，大大增加了磁性开关的寿命。
本发明中的预充电的电路的具体结构为：
所述的动力电路17设有预充电接触器3和预充电电阻4且串联，串联后跨接在正极接触器5开关或者负极接触器6的两端，所述的电池管理及控制单元2设预充电电路19，所述的预充电接触器3和预充电电阻4且串联在该回路中。本发明的这种结构的用途是在电池拆卸后电路中断后仍可对动力电池1进行充电。
本发明中，实现安全保护的各实施例为：
实施例一：
采用一个磁性开关11，所述的磁性开关7串接在动力电路17的正极线路上或负级线路上。利用磁性开关11的作用，直接使动力电路17实现通断，实现开盖时的安全保护。要求磁性开关7能受较大电负荷。在这种情况下，不需要使用接触器，，使得结构更为简化，动作的可靠性更高。
实施例二；
方法及要求与实施例一相同，但是，所述的磁性开关7为两个，分别串接在动力电路17的正极线路上和负级线路上。这样，只要有一个起作用即可，当然，正常情况下，两个磁性开关11共同起作用，多了一重保护，安全性更高。
实施例三：
所述的磁性开关7串接在控制电路18上，所述的安全保护方法是实现动力电路17的通断两种状态，即开盖保护状态和正常通电状态。该方法是利用控制电路18上的接触器的通断电及相应的动力电路17上的接触器的触头开关的离合来实现动力电路17的通断。
所述的两种状态为：
开盖保护状态：当高压电池系统外壳打开或未安装到位时，也即高压电池系统外壳上的磁性材料11与活动触片10之间距离未达到一定距离之内，处在磁性材料11的磁力不能使活动触片10动作的距离，活动触片10无法使控制电路18接通，控制电路18上的接触器无法闭合，动力电路17上的相应触头为断开状态，即高压动力电池部分与车辆高压系统部分的动力电路17断开；
正常通电状态：当高压电池系统外壳安装到位时，高压电池系统外壳上的磁性材料11与活动触片10之间距离达到一定距离之内，磁性材料11的磁力吸合活动触片10，活动触片10使控制电路18接通，控制电路18上的接触器5闭合，动力电路17上的相应触头为闭合状态，即高压动力电池部分与车辆高压系统部分的动力电路17连通。
这样只有高压电池系统外壳可靠安装到位后接触器才可能安全闭合，实现高压动力电池部分与车辆高压系统部分通电。这样防止了带电操作，以确保了人身安全。
实施例四：
与实施例三的方法相同，但是只采用一个接触器。使控制电路18上的正极接触器5和负极接触器6中的一个短路，所述的磁性开关7的数量为一个，与未短路的接触器串联，所述的两种状态为：
开盖保护状态：控制电路18上的正极接触器5或负极接触器6无法闭合，动力电路17上的相应触头为断开状态；
正常通电状态：控制电路18上的正极接触器5或负极接触器6闭合，动力电路17上的相应触头为闭合状态。
实施例五：
与实施例三的方法相同，但是采用了两个接触器，一个为正极接触器5，。所以，所述的磁性开关7的数量为两个，分别与正极接触器5和负极接触器6串联，这样，只要有一个起作用即可，当然，正常情况下，两个接触器共同起作用，多了一重保护，安全性更高。
所述的两种状态为：
开盖保护状态：控制电路18上的正极接触器5和负极接触器6均无法闭合，动力电路17上的相应触头为断开状态；
正常通电状态：控制电路18上的正极接触器5和负极接触器6均闭合，动力电路17上的相应触头为闭合状态。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它相关技术领域的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1、一种高压电池系统，包括动力电池(1)、电池管理及控制单元(2)、逆变器(14)，动力电池(1)的正负端通过动力电路(17)与逆变器(14)连接，其特征在于：电池管理及控制单元(2)中设控制电路(18)，控制电路(18)上分别设正极接触器(5)和负极接触器(6)，其触头分别串联在动力电路(17)的正负极线路上，在控制电路(18)或动力电路(17)中串接磁性开关(7)，在所述的高压电池系统的外壳上设磁性材料(11)，磁性开关(7)由磁性材料(11)吸引闭合。
2、按照权利要求1所述的高压电池系统，其特征在于：所述的磁性开关(7)设保护壳(8)，保护壳(8)内设固定触片(9)和活动触片(10)，所述的控制电路(18)在保护壳(8)内设两个不连通的接线端，所述的固定触片(9)为导电材料并与控制电路(18)上的一个接线端连接，所述的活动触片(10)一端为固定端并与控制电路(18)上的另一个接线端连接，所述的活动触片(10)的另一端为活动端，在自然状态下与固定触片(9)分离，在磁性材料(11)的磁力吸引作用下，活动触片(10)的活动端与固定触片(9)接触。
3、按照权利要求2所述的高压电池系统，其特征在于：所述的活动触片(10)为两层复合结构，其中一层为活动触片基层(12)，其材料为高韧性强度的弹性材料，另一层为活动触片导电层(13)并与固定触片(9)接触，两层结构之间由高强度粘接材料粘接，活动触片(10)的活动端通过活动触片导电层(13)与固定触片(9)接触。
4、按照权利要求1所述的高压电池系统，其特征在于：所述的动力电路(17)设有预充电接触器(3)和预充电电阻(4)且串联，串联后跨接在正极接触器(5)开关或者负极接触器(6)的两端，所述的电池管理及控制单元(2)设预充电电路(19)，所述的预充电接触器(3)和预充电电阻(4)且串联在该回路中。
5、按照权利要求1至4中所述的任一种高压电池系统，其特征在于：所述的磁性开关(7)串接在动力电路(17)的正极线路上或负级线路上。
6、按照权利要求1至4中所述的任一种高压电池系统，其特征在于：所述的磁性开关(7)为两个，分别串接在动力电路(17)的正极线路上和负级线路上。
7、按照权利要求2至4中所述的任一种高压电池系统采用的安全保护方法，其特征在于：所述的磁性开关(7)串接在控制电路(18)上，所述的安全保护方法是实现动力电路(17)的通断两种状态，即开盖保护状态和正常通电状态，该方法是利用控制电路(18)上的接触器的通断电及相应的动力电路(17)上的接触器的触头开关的离合来实现动力电路(17)的通断。
8、按照权利要求7所述的高压电池系统采用的安全保护方法，其特征在于：所述的两种状态的控制方式为：
开盖保护状态：当高压电池系统外壳打开或未安装到位时，也即高压电池系统外壳上的磁性材料(11)与活动触片(10)之间距离未达到一定距离之内，处在磁性材料(11)的磁力不能使活动触片(10)动作的距离，活动触片(10)无法使控制电路(18)接通，控制电路(18)上的接触器无法闭合，动力电路(17)上的相应触头为断开状态，即高压动力电池部分与车辆高压系统部分的动力电路(17)断开；
正常通电状态：当高压电池系统外壳安装到位时，高压电池系统外壳上的磁性材料(11)与活动触片(10)之间距离达到一定距离之内，磁性材料(11)的磁力吸合活动触片(10)，活动触片(10)使控制电路(18)接通，控制电路(18)上的接触器(5)闭合，动力电路(17)上的相应触头为闭合状态，即高压动力电池部分与车辆高压系统部分的动力电路(17)连通。
9、按照权利要求8所述的高压电池系统采用的安全保护方法，其特征在于：使控制电路(18)上的正极接触器(5)和负极接触器(6)中的一个短路，所述的磁性开关(7)的数量为一个，与未短路的接触器串联，所述的两种状态为：
开盖保护状态：控制电路(18)上的正极接触器(5)或负极接触器(6)无法闭合，动力电路(17)上的相应触头为断开状态；
正常通电状态：控制电路(18)上的正极接触器(5)或负极接触器(6)闭合，动力电路(17)上的相应触头为闭合状态。
10、按照权利要求8所述的高压电池系统采用的安全保护方法，其特征在于：所述的磁性开关(7)的数量为两个，分别与正极接触器(5)和负极接触器(6)串联，所述的两种状态为：
开盖保护状态：控制电路(18)上的正极接触器(5)和负极接触器(6)均无法闭合，动力电路(17)上的相应触头为断开状态；
正常通电状态：控制电路(18)上的正极接触器(5)和负极接触器(6)均闭合，动力电路(17)上的相应触头为闭合状态。
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