CN103069529A - 用于将电池连接至电动或混合动力车辆的装置及包括所述连接装置的电池外壳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将电池（2）连接至电动或混合动力的机动车辆的连接装置（3），包括至少一个第一输入（3a）和输出（3b），所述第一输入（3a）能够连接至电池的端子，所述输出（3b）能够连接至车辆的电路的第一端子。装置（3）进一步包括断路器（8），所述断路器（8）串联安装在连接装置（3）的输入（3a）和输出（3b）之间。断路器（8）包括连接至控制端子的烟火点火器，通过施加至所述控制端子的电控制信号控制断路器（8）的触发。本发明还涉及一种电池外壳（1），所述电池外壳（1）包括电池（2）和连接装置（3）。

Description

用于将电池连接至电动或混合动力车辆的装置及包括所述连接装置的电池外壳

技术领域

本发明涉及需要使用电池的电动或混合动力类型的机动车辆的领域。特别地，本发明涉及机动车辆中的电池连接装置的领域。

背景技术

“电动车辆”意指联合国第100号条例的关于电池供电的电动车辆的标准所定义的车辆。

为了提供具有增加的行驶里程的车辆，需要大量储存电力。这导致相对庞大、相对笨重的电池的使用并且从电的角度来看可能存在风险。

从所周知，现实中使用“被动式”保险丝以在电气元件传输的电流高于由保险丝的特性决定的值时隔离电气元件。因此保险丝像切断开关一样操作。然而，保险丝仅对电流作出反应并且在电路其他故障的情况下不能够隔离电气元件。

其还可能提供用于隔离电气元件的受控开关。然而，这些受控开关并不总是快到足以保护可能与电气元件接触的人。此外，即使电故障没有完全解除，受控开关还是可以重新连接电气元件。

其他切断开关是已知的，例如那些在文献EP0639844、EP0688699、EP0791942、EP0936648、WO9731385中所描述的。这些切断开关在速度和/或对电弧的电阻方面是不能令人满意的。

还存在具有烟火元件的切断开关，如在文档EP0665566或FR2869450中所描述的。然而，这些装置是为特定的系统（例如，安全气囊系统）而设计的。

发明内容

本发明的目的是整体上增强采用电动或混合动力驱动的车辆的安全性，尤其是保护电路的元件。

具体而言，本发明的目的是使得对机动车辆的电池的隔离是可控的、快速的、可靠的和永久的，尤其在对车辆的电气元件有损坏的危急风险的情况下。换句话说，本发明的目的是在故障的情况下维护电路的元件。

相应地，根据一个实施方案，提出了一种用于将电池连接至电动或混合动力的机动车辆的连接装置，包括至少一个能够连接至电池的端子的输入和能够连接至车辆的电路的第一端子的输出。装置还包括串联安装在连接装置的输入和输出之间的电路的切断装置。切断装置包括连接至控制端子的烟火点火器，通过施加至所述控制端子的电控制信号来控制切断装置的电断开。

因此，本发明提出使用一种通过烟火填料来进行控制的类型的电路的切断装置，以隔离用于对电动车辆供电的电池。电路的断开是通过点燃烟火填料而直接获得的。为此，施加适当的控制信号（例如控制电压）至烟火填料的端子就足够了。优选地，为了保证极快的触发控制，通过电气组件产生控制信号。控制信号可由各个参数（例如，温度、电流或电压）的函数生成，并且有可能为这些参数的每一个定义触发阈值。此外，有可能获得切断装置的触发阈值的精确调节，而不同于“被动式”保险丝，对于“被动式”保险丝，保险丝上指示的最大电流与断开电路之前的实际最大电流之间可能存在差异。

切断装置可包括连接至连接装置的输入和输出的第一和第二电极，切断装置被设计成中断所述第一和第二电极之间的电连续性。电路的切断装置可包括接触构件，接触构件以可移动元件的形式在有必要在其之间建立或切断电连接的电极内滑动。在电接触的闭合位置，接触构件提供电极之间的桥接和好的电接触，并且在电路的断开位置，最初由接触构件占用的位置被隔离按钮占据。

众所周知，由于存在于被保护电路上的电感以及由于特别高的电流强度，在接触构件不再接触第一电极的时刻，在电极和接触构件之间将出现电弧。该电弧使得切断装置内的空气发生电离作用并且保证保持电连续性。但是，对于上述切断装置，推回接触构件的按钮本身由不导电并且抗电弧的材料制成。

连接装置还可包括能够将电控制信号传递至所述控制端子的控制单元。

控制单元可能够检测（尤其通过电压测量）由电池输出的过电流或过电压并且当检测到过电流或过电压时能够传递电控制信号。当电池温度高于确定阈值时，控制单元还可能能够传递电控制信号。具体而言，在电异常的情况下，控制单元能够检测该故障并且中断电池与车辆之间的电接触。因此，连接装置能够确保电池的端子，以及因而全部的车辆电路与汽车的底盘隔离。在相反的情况下，切断装置能够使得电池与车辆的故障电路隔离。

一般而言，控制单元可能能够接收电池的电压、电流和/或温度的值，并且当流经电池端子的电流的值低于确定阈值（不存在过电流）时、和/或当电压的值高于确定阈值（不存在欠电压）时、和/或当电压的值低于确定阈值（不存在过电压）时、和/或当电池的温度的值高于确定阈值时，能够连接电池端子和电路的第一端子或保持它们之间的连接。

控制单元可在车辆启动时和/或在车辆的运行期间以一定的时间间隔（例如1秒钟和1分钟）接收电池端子和基准电势之间的电压的测量值、和/或流经电池端子的电流的测量值、和/或电池的温度的测量值。

所述装置还可包括串联安装在连接装置的输入和切断装置之间的手动控制的断路器。

手动控制的断路器可包括插座，插座配置有隔开的电接触组件并且适合与配备有切断杆的可移除构件结合，使得在结合之后可移除构件的切断杆连接插座的电接触组件。插座可附着上连接装置上并且当手动控制的断路器的可移除构件与插座结合时，其可能是可接入的。插座的接触组件中的一个可电连接至连接装置的输入，并且插座的其他连接装置可连接至切断装置。

因此，由于电池可包含相当多的电荷，有可能简单地通过将可移除构件从插座分离来隔离电池，以便在电池外壳上进行操作（特别在安装或移除电池时），或在车辆的电气构件上的操作得到保护。

连接装置还可包括串联安装在切断装置和连接装置的输出之间的切断开关，切断开关的电断开通过施加至所述切断开关的电控制信号控制。

可替代地，连接装置可包括能够电连接至车辆的电气构件的若干输出，并且还可包括安装在切断装置和输出之间的继电装置。继电装置包括串联安装在切断装置和每个输出之间的切断开关和可选性的保险丝，切断开关的电断开通过施加至所述切断开关的电控制信号控制。

控制单元还可能能够传递施加至所述切断开关的电控制信号。

本发明还涉及用于电动或混合动力车辆的电池外壳，该电池外壳包括如上所述的电池和连接装置。

电池外壳可包括：

外罩，划定容纳室，

内部分隔物，在所述室中划定至少一个隔室，

至少一个蓄能器块，放置在所述隔室中并且包括用于容纳电力蓄能器组件的绝缘密封体，

电切断装置，安装在外罩内。

手动控制的断路器可安装在外罩的外侧。具体而言，手动控制的断路器的插座可附着在外罩上并且当手动控制的断路器的可移除构件与插座结合时，其在该外罩的外侧接入。

手动控制的断路器至少可部分地安装在外罩的外部空心凹槽中，该凹槽能够向下开口。

电池可包括在电气上串联安装的蓄能器块。

外罩可包括碟形支撑物和覆盖支撑物的盖子，插座安装在例如该支撑物的侧壁上。

附图说明

本发明将通过阅读采用非限制示例并通过附图示出的实施方案的详细描述而得以更好地理解，其中：

——图1示意性地表示具有连接装置的电池，

——图2为以在其中电路为闭合的位置表示的切断装置的大致轴向剖面图，

——图3显示切断装置的控制电路，

——图4表示部分打开的电池外壳的外部立体图，以及

——图5表示手动控制的断路器的立体图。

具体实施方式

图1示意性地显示电池外壳1的主要元件，电池外壳1包括电池2和连接装置3。电池2包括第一端子2a和第二端子2b以及若干蓄能器块（未示出）。例如，蓄能器块采取包含电力蓄能块组件的隔离密封体的形式并且串联安装在电池的第一端子2a和第二端子2b之间。例如，第一端子2a可以是电池的正极端子以及第二端子2b可以是电池的负极端子。

电池2经由连接装置3连接至机动车辆的一个或多个电路，例如，电推进电路、电减震器电路、电空调电路等等。具体而言，电池的负极端子2b可连接至电路共同的负极端子4，并且电池的正极端子2a可单独地连接至每个电路以便提供电力。正极端子2a和负极端子2b不同于车辆的底盘，车辆的底盘的电势为基准电势。因此，电池和电路与车辆的底盘电隔离。

电池的正极端子2a连接至连接装置3的第一输入3a。连接装置3还包括输出3b，该输出3b的每一个可为机动车辆的电路中的一个供电。连接装置3还可包括经由输入3a和输出3b之间的连接5依次串联安装的手动控制的断路器6、切断装置8以及继电装置9。

电池的负极端子2b连接至连接装置3的第二输入3c。连接装置3还包括第二输出3d，第二输出3d连接至由电池2供电的所有电路的共同的负极端子4。切断开关11（例如可受控开关）和切断装置12经由输入3c和输出3d之间的连接13依次串联安装。

连接装置2还包括控制单元14，控制单元14经由连接14a连接至切断装置8和切断装置12、继电装置9和切断开关11。连接14a可由电线制成并允许与控制单元14交换信号。具体而言，控制单元14将控制信号发送至切断装置8、切断装置12、继电装置9和切断开关11。

继电装置9包括输入9a和输出9b，该输入9a经由连接5连接至电路的切断装置8，该输出9b经由连接5连接至连接装置3的输出3b。与每个输出9b相关联的是切断开关，例如，其以串联安装在输入9a和所述输出9b之间的受控开关9c和保险丝9d的形式制成。每个开关9c通过控制单元14控制并且控制连接至相应的输出3b的电路的电力供应。保险丝9d用于当电路中流动的电流的强度高于由保险丝9d的物理性质所确定的阈值时，断开对所述电路供电的电接触。因此，通过控制单元对切断开关9c的控制使得选择通过电池2供电的车辆的各种构件成为可能，例如电空调电路、电推进电路等等。

通过控制单元14对切断装置8的控制中断电池2和连接装置3的输出3b之间的电接触。该控制可能是经由控制单元14检测到需要专业人员干预的严重且快速的故障的结果。因此，电池可仅通过至少部分地更换切断装置8而重新连接至输出3b，这仅可通过所述专业人员执行。

手动控制的断路器6用于手动地将电池从车辆断开，尤其当在车辆上操作或在安装/移除电池的步骤期间。

当控制单元14检测到异常（例如，过电流或过电压）时，控制单元14能够经由连接14a控制电池外壳的切断装置8和/或切断装置12。具体而言，恶劣的隔离或具有过电压的电池可导致所述电池或其他电气元件过热，或甚至导致所述电池损坏。对切断装置8或切断装置12的控制用于快速且可靠地断开电池2的电路并且要求在车辆上的专业人员的干预以改变切断装置。

替代地，连接装置可包括仅与电池的负极端子2b串联安装的切断装置，或可包括仅与正极端子2a串联安装的切断装置。

切断装置8是烟火装置较为有利，例如专利申请FR2869450中所描述的，可以从中参考进一步的细节。在图2中以剖面表示的这种切断装置8通常为圆柱形状。

第一套管形成第一电极121，并且第二套管形成第二电极122。这些电极优选由铜制成并且通常具有管状形状。它们经由以不导电材料制成的护套101连接。例如，护套101由围绕第一和第二电极121、122的各自外表面同时至少部分地重叠它们的若干层树脂浸渍的交叉的玻璃纤维织物构成。彼此面对的电极121和122中每一个的边缘分别在肩部121a,122a结束。电极121和122还通过环110放置并保持在位置上，环110安装在两个电极之间并且由不导电且抗电弧的材料制成。以这种方式，电极121和122通过环110集中并且彼此对齐。护套101和环110使电极121和122彼此机械连接，同时保持它们彼此电隔离。注意，作为变型，护套101和环110可单片成型。

电极121具有几乎超过其整个长度上的圆柱形的孔1210。电极121包括在与环110相对的一端处的肩部121b，肩部121b具有在内部的圆锥截面的表面。电极121包括部分121c，部分121c包括外部螺纹以便容纳例如电连接。

烟火点火器103被插入电极121内部并且通过设置为收紧的环133固定在电极121的端部，抵靠肩部121b的圆锥截面的表面。点火器103包括可从切断装置的外侧接入并且允许烟火点火器被连接的端子131。在与这些端子131相对的一侧上，烟火点火器103包括容纳爆炸填料的外壳132。例如，有可能使用那些设计用于触发车辆的充气垫（通常称作“安全气囊”）或安全带预紧器的操作的装置，就像烟火点火器103。

电极122具有大约超过其一半轴向长度的孔1220。孔1220包括具有与孔1210相同直径的两个圆柱形支撑表面。在这两个圆柱形支撑表面之间，提供有更大直径的圆柱形支撑表面。因此电极122形成其内部圆柱形壁被加工成直径稍大于上面描述的两个圆柱形支撑表面的直径的容器。电极122在与环110相对的端部处具有抽头区域122b。通过拧入电极122的端部来安装的塞子109封住所述容器。塞子109包括抽头孔190，抽头孔190可容纳电连接螺杆。电极121和122中的每一个还分别具有外部支撑表面1211和1221，外部支撑表面1211和1221用于将电导体连接至电极121和122中的每一个。

在阐述的示例中，切断装置包括推进活塞104，推进活塞104由整块的材料制成，该材料能承受由烟火填料的爆炸释放出的热量。活塞104包括朝向烟火点火器的一侧放置的裙部。以这种方式，小的内室143保持在活塞104和烟火点火器103之间。在爆炸的时候，所产生的压力将裙部的边沿推回至抵靠孔1210，这改善了密封并防止气体和燃烧粒子向图2的左侧传播。优选地，活塞104的裙部可承受一定的塑性型变以完善密封。某些塑料材料完全适合于制造活塞104，例如，可获自杜邦公司，名为“VESPEL SPI”的不熔化的聚酰亚胺。

按钮105毗邻活塞104安装。按钮105是实心的或空心的并不重要。按钮105优选由陶瓷或不导电并且能承受火焰和电弧的材料制造。

由导电材料制成的接触构件106毗邻按钮105、与活塞104相对安装。接触构件106优选由铜制造。接触构件106形成在这种情况下独立于电极121和122的部分。在所述示例中，接触构件106具有大体上形状为管状的部分，其包括两个外围挡边，以在接触构件106位于如图2所示的闭合电接触的位置时与电极121和122中的一个接触。

通过弹性效应按压突起的外表面，抵靠在如图2所示的电极的内表面上。接触构件106包括允许接触构件106的外部表面形变的开槽。图2显示接触构件106包括内部径向凹槽（每侧各一个凹槽），凹槽内安装有在接触构件上产生径向力的弹性挡圈160。其利用在电极和接触构件106之间的尽可能弱的接触强度而产生极好的电接触。

接触构件106能够在孔1210和1220的内部滑动，其形状和外部尺寸可通过所述孔的内部直径的弹性形变来调节。

最后，优选由高阻尼特性的弹性体制成的阻尼垫圈107和108被插入切断装置的端部。垫圈107和108被插在塞子109的前面，垫圈107和108支靠在塞子109上。

因此，在该有利的变型的实施方案中，第一套管1210包含插入在按钮105和烟火点火器103之间的推进活塞104；推进活塞104滑动地安装在所述第一套管210内，推进活塞能够通过点燃烟火填料而开始运动以推动按钮105。

套管1210和1220中的每一个形成孔，接触构件106、按钮105和推进活塞104都可在孔内部滑动。将接触构件106相对于电极121和122稍稍调紧，使得推进活塞104、按钮105和接触构件106自然地保持在安装时它们被迫所在的纵向位置。接触构件106、按钮105和活塞104在安装时彼此抵靠安装而与彼此紧密接触。

图3显示连接至电极的电气线路5，例如，电极由切断装置8的如图2所示的两个套管121和122构成。控制电路150连接至提供到烟火点火器103的连接的端子131。电路150接收低压电源152并且包括在低压电源152和烟火填料的控制元件之间的电流隔离DC/DC元件153。电路150可形成图1中的控制单元14的部分。

电路150包括第一控制通道154，第一控制通道154对线路5中的过大的强度作出反应。该第一通道154包括不断地测量线路5上的电流的电流传感器155。传感器155连接至比较器156，比较器156本身连接至逻辑“或”门157。逻辑门157的输出连接至功率晶体管158（例如，MOSFET类型的功率晶体管），当功率晶体管158从逻辑门157接收到适当的信号时，将控制电流注入至烟火点火器103的端子131。优选地，烟火元件通过3至5倍的它所设计的标称电流来有意地增压以加速填料的点火。优选地，功率晶体管158连接至电容器，电容器存储建立控制电流所必需的能量。

电流150还包括第二控制通道161，第二控制通道161对其他类型的缺陷（例如蓄电池元件堆的缺陷）作出反应。该第二通道161包括连接至逻辑门157的其他输入的光耦合器162。

应当注意，在切断装置8的运行期间，不能在端子131和电极121之间提供电流隔离，因此，控制电路150设置在与电极121相同的电势上。相似地，在切断后，简单地通过电影响，有可能使电极121和122获得或保持相同的可能较高的电势。由于DC/DC元件152和/或由于光耦合器162所提供的电流隔离，使得有效地保证对切断装置8的控制同时维持提供所述控制所需的低电压的上游电子组件的电流隔离成为可能。

因此，切断装置8能够非常快速地中断电流。在控制信号建立的开始和电路的切断结束之间经历的时间约为300至400微秒。

图4表示电池外壳201，电池外壳被设计成可移除式地安装在车辆的底盘的下方。外壳201包括大致为平行六面体形的（例如由金属制成的）外罩202，外罩202包括在其中安装有电池2的矩形的、碟形的支撑物203，盖子204安装在支撑物的外围边缘。

在支撑物203中设置有确定相邻的隔室206的分隔物205，在隔室206中的蓄能器块207包括包含形成可放置在其中的电池2的电力蓄能器组件的隔离密封体208。

在显示的示例中，分隔物205确定容纳全部十个蓄能器块207的两排五个隔室206，同时留有用于铺设连接线的内部间隔。

在该实施方案中，支撑物203具有宽度小于支撑物203的宽度的中央延伸部分209，确定在其中至少部分地放置有连接装置3的次级隔室210。因此，被放置在隔室210中的是切断装置8、电气或电子装置9以及电池2的控制单元14。因此，在该实施方案中，电池外壳201包含连接装置3。

电连接器217可通过次级隔室210的壁连接至连接装置3的输出，以实现电池2的电连接。

在毗邻延伸部分209的支撑物203的侧壁上，设置有低于支撑物203的向侧且向下开口的空心凹槽218（参见图5）。在该空心凹槽218中，安装有手动控制的断路器6，手动控制的断路器6包括附着在空心凹槽218的顶部的插座220和可移除构件221。因此，构件221可从外罩202的外侧接入至车辆的侧面和下方。

插座包括两个隔开的连接至电缆215的电接触针。相应地，电缆215包括两个部分215a和215b，部分215a连接至连接装置3的输入（即电池2的端子2a）和第一电接触针。部分215b连接至第二电接触针和切断装置8。

可移除构件221支承切断杆224,当构件221从下向上地连接至插座220，切断杆224能够将插座220的电接触针电连接在一起，使得电池2的输出连接至切断装置8并且之后连接至继电装置9。

当可移除构件221从上向下地从插座220分开时，插座220的电接触针是隔离的，以使得电池2的输出不再连接至切断装置8和继电装置9，从而被隔离。

外罩202配置有用于将其安装在车辆下方的装置，该装置可包括接耳225，接耳225抵靠支撑物203的侧壁安装并且合理的分布在其外围。

由于提供手动控制的断路器6，当需要在电池外壳201上进行操作时，尤其当在车辆上安装或移除电池时，或当通常需要在车辆的电路上操作时，有可能隔离电池。

在变型的实施方案中，还有可能在将电池2的负极端子连接至共同的负极端子的电缆上提供手动控制断路器。

正如已经描述的，手动控制的断路器6可从车辆下方接入。在变型的实施方案中，手动控制的断路器可从车辆的内接入，例如通过由开口形成的孔。

因此，通过这种电池外壳，有可能不仅检测电池的故障，当该故障可导致对车辆的电气材料的损害时还可能快速地将电池从车辆断开。

最后，电池外壳还使得有可能考虑在车辆上进行操作的人的安全，尤其通过手动控制的断路器使得有可能在任何维修或安装/移除操作之前断开电池的电路。

Claims (9)

1.一种用于将电池连接至电动或混合动力的机动车辆的连接装置（3），包括至少一个第一输入（3a）和输出（3b），所述第一输入（3a）能够连接至电池（2）的端子，所述输出（3b）能够连接至所述车辆的电路的第一端子，所述装置还包括电路的切断装置（8），所述切断装置（8）串联安装在所述连接装置的输入和输出之间，其特征在于所述切断装置包括连接至控制端子的烟火点火器，通过施加至所述控制端子的电控制信号控制所述切断装置（8）的电断开，并且其中所述连接装置还包括控制单元（14），所述控制单元（14）能够将所述电控制信号传递至所述控制端子。

2.根据权利要求1所述的连接装置，其中所述控制单元（14）尤其能够通过电压测量检测所述电池的端子，尤其是连接至所述连接装置的所述输入（3a）的所述电池的所述端子与所述车辆的底盘之间的过电流，并且当检测到过电流时能够传递所述电控制信号。

3.根据任意一项前述权利要求所述的连接装置，还包括手动控制的断路器（6），所述手动控制的断路器（6）串联安装在所述连接装置（3）的所述输入与所述切断装置（8）之间。

4.根据任意一项前述权利要求所述的连接装置，还包括切断开关（11），所述切断开关（11）串联安装在所述切断装置和所述连接装置的所述输出之间，通过施加至所述切断开关的电控制信号控制所述切断开关（11）的电断开。

5.根据权利要求1至3中的其中一项所述的连接装置，包括若干输出，所述输出能够电连接至所述车辆的电气构件，并且还包括继电装置（9），所述继电装置（9）安装在所述切断装置（8）和所述输出（3b）之间，用于将所述电池连接至所述车辆的各个电气构件，所述继电装置（9）包括切断开关和可选地串联安装在所述切断装置和所述输出中的每一个之间的保险丝，所述切断开关的电断开通过施加至所述切断开关的电控制信号控制。

6.根据权利要求4或5所述的连接装置，其中所述控制单元（14）还能够传递施加至所述切断开关的所述电控制信号。

7.一种用于电动或混合动力车辆的电池外壳（1），包括根据权利要求1至6的电池（2）和连接装置（3）。

8.根据前述权利要求所述的电池外壳（201），包括：

外罩（202），所述外罩（202）划定容纳室，

内部分隔物，所述内部分隔物在所述室中划定至少一个隔室，

至少一个蓄能器块（207），所述蓄能器块（207）放置在所述隔室中并且包括用于容纳电力蓄能器组件的绝缘密封体，

电切断装置，所述电切断装置安装在外罩内。

9.根据前述权利要求所述的电池外壳，其中所述手动控制的断路器（6）安装在所述外罩的外侧。

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