CN112003246A - 过流保护断路器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了过流保护断路器，包括电源装置、处理单元、电流检测单元、第一触点、第二触点以及分合闸组件。电流检测单元用于实时获取主回路的电流值并生成信号发送给处理单元，当处理单元判断该电流值达到预设保护电流值且持续时间达到预设保护时间时，处理单元控制分合闸组件截断第一触点和第二触点，从而断开主回路，从而起到对电池系统的保护作用；处理单元包括参数设定模块，该参数设定模块根据不同电池系统与负载情况修改该预设保护电流值和预设保护时间，从而使本发明的过流保护断路器满足不同电池系统的不同工况的需求，提高了本发明的过流保护断路器的通用性，解决了采用保险丝作为过流保护器件而存在的过流保护器件通用性低的问题。

Description

过流保护断路器

技术领域

本发明涉及到电池领域，特别是涉及到一种过流保护断路器。

背景技术

随着新能源领域电动汽车的蓬勃发展，电动汽车电池系统的安全性越来越被重视，防止电池包起火的措施越来越丰富。在传统的电池包中，一般的过流保护器件为保险丝，但保险丝的过流保护电流值是唯一的且无法更改，当通过该保险丝的电流达到该过流保护电流值时，保险丝熔断，断开回路，因此保险丝的通用性低，当电池系统的电芯规格或负载情况发生改变时，需要重新选用不同规格的保险丝来满足电池系统不同过流保护电流和时间的需求。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种过流保护断路器，以解决现有电池系统采用保险丝作为过流保护器件而使电池系统的过流保护器件通用性低的问题。

本发明的技术方案为：

一种过流保护断路器，用于电动车辆的电池系统中，包括电源装置、处理单元、电流检测单元、第一触点、第二触点以及用于导通或截断第一触点与第二触点的分合闸组件；第一触点、第二触点和电流检测单元依次设置在电池系统的主回路上；电源装置与处理单元、分合闸组件以及电池系统主回路电连接，用于从电池系统主回路获取电源并给处理单元和分合闸组件提供电源；处理单元与分合闸组件、电流检测单元电连接；当分合闸组件导通第一触点和第二触点时，电流检测单元检测电池系统主回路的电流值并生成信号发送给处理单元；处理单元在判断信号满足预设保护条件时控制分合闸组件截断第一触点和第二触点；预设保护条件为电流值达到预设保护电流值且持续时间达到预设保护时间；处理单元包括用于修订预设保护电流值和预设保护时间的参数设定模块。

进一步地，预设保护电流值从预设电流范围中取值；预设保护时间从预设时间范围中取值；预设保护电流值与预设保护时间一一对应。

进一步地，分合闸组件包括第一导电件；第一导电件上设有第三触点和第四触点；当第三触点与第一触点接通且第四触点与第二触点接通时，第一导电件导通第一触点和第二触点；当第三触点与第一触点分离且第四触点与第二触点分离时，第一导电件截断第一触点和第二触点。

进一步地，过流保护断路器还包括第五触点和第六触点；分合闸组件还包括第二导电件；第二导电件包括第七触点和第八触点；第一导电件和第二导电件固定连接；当第三触点与第一触点接通且第四触点与第二触点接通时，第七触点与第五触点接通且第八触点与第六触点接通；当第三触点与第一触点分离且第四触点与第二触点分离时，第七触点与第五触点分离且第八触点与第六触点分离；处理单元设有诊断模块和报警模块；诊断模块设有第一信号发出端和第一信号接收端，第一信号发出端与第五触点电连接；第一信号接收端与第六触点电连接；诊断模块与报警模块电连接。

进一步地，电流检测单元为分流器。

进一步地，报警模块包括故障输出端口和警报器；故障输出端口与电动车辆的控制模块通讯连接。

进一步地，处理单元设有第二信号发出端；分合闸组件还包括开关电路、电磁铁、锁止、衔铁和弹簧件；开关电路的一端与主回路电连接，另一端与电磁铁的一端电连接；开关电路设有第二信号接收端，第二信号接收端与第二信号发出端电连接；电磁铁的另一端与电源装置电连接；锁止设置在电磁铁旁；衔铁一端与弹簧件固定连接，另一端与第一导电件固定连接；锁止用于锁定衔铁使第一导电件导通第一触点和第二触点；弹簧件用于带动衔铁移动进而带动第一导电件截断第一触点和第二触点。

进一步地，开关电路为MOS管；MOS管的漏极与电源装置电连接，源极与主回路电连接，栅极为第二信号接收端，与第二信号发出端电连接。

进一步地，过流保护断路器还包括手动复位装置；手动复位装置与锁止连接，用于控制锁止锁定衔铁。

进一步地，电源装置设有看门狗电路；看门狗电路与处理单元电连接，用于监控处理单元是否出现异常并在处理单元发生异常时强行将处理单元进行复位。

本发明提供的过流保护断路器，包括电源装置、处理单元、电流检测单元、第一触点、第二触点以及用于导通或截断第一触点与第二触点的分合闸组件。第一触点和第二触点设置在电池系统的主回路上，当第一触点和第二触点之间被截断时，电池系统主回路被截断；第一触点和第二触点通过分合闸组件实现导通或截断；电流检测单元设置在电池系统主回路上，用于实时获取主回路的电流值并生成信号发送给处理单元，当处理单元判断该电流值达到预设保护电流值且持续时间达到预设保护时间时，处理单元控制分合闸组件截断第一触点和第二触点，从而断开主回路，从而起到对电池系统的保护作用；处理单元包括参数设定模块，该参数设定模块根据不同电池系统与负载情况修改该预设保护电流值和预设保护时间，从而使本发明的过流保护断路器满足不同电池系统的不同工况的需求，提高了本发明的过流保护断路器的通用性，解决了原有采用保险丝作为过流保护器件而存在的过流保护器件通用性低的问题。

附图说明

图1为本发明实施例一的过流保护断路器与电池系统的连接示意图；

图2为本发明实施例一的过流保护断路器的I-t曲线。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一：

参照图1，为本实施例的过流保护断路器与电池系统的连接示意图。其中，电池系统为供电电源48V的电池系统，K1为主回路开关，RL为电池系统的负载，即用电设备。

在电池系统出厂和安装到车辆上之前手动上锁已将第一触点4和第二触点5接通。当车辆控制K1闭合后，电池系统的负载RL将会工作。当整车出现紧急状况时，如车辆碰撞、负载短路或其它安全风险时，导致电池系统回路电流过大或其他原因需要主动断开电池系统主回路时，如果此时车辆控制模块(例如BMS)控制K1断开失效且没有紧急断路器的存在，则可能引发电池起火事件。因此本实施例设计了一种过流保护断路器用于对电池系统进行安全保护。

参照图1，本实施例的一种过流保护断路器，包括电源装置1、处理单元2、电流检测单元3、第一触点4、第二触点5以及用于导通或截断第一触点与第二触点的分合闸组件；第一触点4、第二触点5和电流检测单元3依次设置在电池系统的主回路上；电源装置1与处理单元2、分合闸组件以及电池系统主回路电连接，用于从电池系统主回路获取电源并给处理单元2和分合闸组件提供电源；处理单元2与分合闸组件、电流检测单元3电连接。

本实施例的一种过流保护断路器的控制原理如下：当分合闸组件导通第一触点4和第二触点5时，电流检测单元3检测电池系统主回路的电流值并生成信号发送给处理单元2，处理单元2在判断该信号满足预设保护条件时控制分合闸组件截断第一触点4和第二触点5。本实施例中的预设保护条件为主回路的电流值达到处理单元2内的预设保护电流值且持续时间达到预设保护时间；处理单元2包括用于修订预设保护电流值和预设保护时间的参数设定模块(未绘示)。

在本实施例中，电源装置1从电池系统主回路获得电源并对处理单元2和分合闸组件进行供电；第一触点4和第二触点5设置在电池系统的主回路上，当第一触点4和第二触点5之间被截断时，电池系统主回路被截断；第一触点4和第二触点5通过分合闸组件实现导通或截断；电流检测单元3设置在电池系统主回路上，用于实时获取主回路的电流值并生成信号发送给处理单元2，当处理单元2判断该电流值达到预设保护电流值且持续时间达到预设保护时间时，处理单元2控制分合闸组件截断第一触点4和第二触点5，断开主回路，从而起到对电池系统的保护作用；处理单元2包括参数设定模块，该参数设定模块根据不同电池系统与负载情况修改该预设保护电流值和预设保护时间，从而使本实施例的过流保护断路器满足不同电池系统的不同工况的需求，提高了本实施例的过流保护断路器的通用性，解决了原有采用保险丝作为过流保护器件而存在的过流保护器件通用性低的问题。

进一步地，本实施例的过流保护断路器相比保险丝，正常工作时的发热量很小，几乎不影响电池，且过流保护断路器正常情况下工作电流非常小，有利于减小电池的能量消耗。再者，该过流保护断路器能重复使用，减小车辆器件耗损成本。

参照图2，为本实施例过流保护断路器的I-t曲线。

在本实施例中，过流保护断路器的预设保护电流值与预设保护时间根据图2的I-t曲线进行设置，该预设保护电流值从预设电流范围中取值；所述预设保护时间从预设时间范围中取值；且每一个预设保护电流值均有一个对应的预设保护时间；其中预设电流范围为I-t曲线落在横坐标上的电流范围，预设时间范围在I-t曲线落在纵坐标上的时间范围。具体地，当电流检测单元3检测到电池系统主回路的电流值达到预设保护电流值时，即落在I-t曲线的预设电流范围内时，若电池系统主回路维持该电流大小达到处理单元2的预设保护电流值在I-t曲线上对应的预设保护时间，那么处理单元2控制截断第一触点4和第二触点5，断开主回路，从而起到对电池系统的保护作用。

进一步地，分合闸组件包括第一导电件61；第一导电件61上设有第三触点611和第四触点612；当第三触点611与第一触点4接通且第四触点612与第二触点5接通时，第一导电件61导通第一触点4和第二触点5；当第三触点611与第一触点4分离且第四触点612与第二触点5分离时，第一导电件61截断第一触点4和第二触点5。本实施例采用触点接触法实现主回路的导通与截断，相比使用保险丝，触点之间的接触面的面积比较大，因此可以降低接触电阻的大小，进而降低回路流通大电流时触点之间产生的热量，从而减小热量对电芯安全性产生的影响。

在本实施例中，过流保护断路器还包括第五触点7和第六触点8；分合闸组件还包括第二导电件62；第二导电件62包括第七触点621和第八触点622；第一导电件61和第二导电件62固定连接；当第三触点611与第一触点4接通且第四触点612与第二触点5接通时，第七触点621与第五触点7接通且第八触点622与第六触点8接通；当第三触点611与第一触点4分离且第四触点612与第二触点5分离时，第七触点621与第五触点7分离且第八触点与622第六触点8分离。在本实施例中，第一导电件61和第二导电件62是同步控制的，当第一导电件61导通第一触点4和第二触点5时，第二导电件62导通第五触点7和第六触点8。

处理单元2设有诊断模块(未绘示)；诊断模块设有第一信号发出端A2和第一信号接收端B2，第一信号发出端A2与第五触点7电连接；第一信号接收端B2与第六触点8电连接。诊断模块通过第一信号发出端A2发出诊断信号，如果第一信号接收端B2可以接收到该诊断信号，说明第五触点7和第六触点8是导通的，同时也说明了第一触点4和第二触点5是导通的。相反，如果第一信号接收端B2接收不到该诊断信号，说明第五触点7和第六触点8是截断的，同时也说明了第一触点4和第二触点5是截断的，48V电池系统主回路处于断开的状态。本实施例的过流保护断路器通过诊断模块来对第一触点4和第二触点5的连接状态进行诊断。当诊断模块检测到第一触点4和第二触点5的连接状态产生异常的时候，发送报警信号给到报警模块。报警模块接收到报警信号之后向用户或车辆人员发出提醒信号，提示用户或车辆人员采取相应措施，保证电池系统的安全。具体地，第一触点4和第二触点5的连接状态的异常情况包括：1)当电池系统在正常工作情况且主回路的电流信号未达到预设保护条件的情况下，诊断模块检测到第一触点4和第二触点5之间为截断的情况，主回路因未知原因发生断开使得电池系统无法正常工作；2)当电池系统主回路发生过流情况且处理单元2控制第一导电件61截断第一触点4和第二触点5之后，诊断模块检测到第一触点4和第二触点5异常导通，这时候的电池系统存在安全隐患。

在本实施例中，报警模块包括故障输出端口和警报器；故障输出端口与电动车辆的控制模块通讯连接。当处理单元2判断主回路电流值达到预设保护条件并控制第一导电件61截断第一触点4和第二触点5的同时，控制警报器发出报警音并通过故障输出端口向整车输出故障码。当诊断模块检测到第一触点4和第二触点5的连接状态产生异常的时候，报警模块也通过该故障输出端口向整车输出对应的故障码，提醒用户或车辆人员采取相应的安全措施。

进一步地，电流检测单元为分流器。采用分流器作为主回路的电流取样部件，其检测精度高、热稳定性好，使得本实施例的过流保护断路器能精确地对电芯过流进行保护且能防止在电池系统正常工作电流下断开，可以更准确地对电池系统实行断路保护。

进一步地，处理单元2设有第二信号发出端C2；分合闸组件还包括开关电路63、电磁铁64、锁止65、衔铁66和弹簧件67；开关电路63的一端与主回路电连接，另一端与电磁铁64的一端电连接；开关电路63设有第二信号接收端D2，第二信号接收端D2与第二信号发出端C2电连接；电磁铁64的另一端与电源装置1电连接；锁止65设置在电磁铁64旁；衔铁66一端与弹簧件67固定连接，另一端与第一导电件61固定连接；锁止65用于锁定衔铁66使第一导电件61导通第一触点4和第二触点5；弹簧件67用于带动衔铁66移动进而带动第一导电件61截断第一触点4和第二触点5。具体地，在锁止65对衔铁66进行锁定的过程中，锁止65推动衔铁66克服弹簧件67的拉力往背离弹簧件67的方向运动并带动第一导电件61靠近第一触点4和第二触点5，当第一导电件61的两个触点分别与第一触点4和第二触点5接触使主回路导通时，锁止65对衔铁66进行锁定使衔铁66保持固定不动，此时的弹簧件67处于拉伸状态。当锁止65对衔铁66解除锁定后，衔铁66在弹簧件67的拉力作用下向背离第一触点4和第二触点5的方向运动进而带动第一导电件61断开第一触点4和第二触点5从而断开电池系统的主回路。

在本实施例中，当处理单元2判断信号满足预设保护条件时，第二信号发出端C2发送控制信号至开关电路63的第二信号接收端D2，控制开关电路63导通，电磁铁64通电吸合锁止65；锁止65解锁衔铁66；衔铁66在弹簧件67的作用下带动第一导电件61移动，使第一导电件61的第三触点611和第四触点612分别与第一触点4和第二触点5断开，进而截断电池系统的主回路。在电池系统主回路断开时，处理单元2、开关电路63以及电磁铁均失电停止工作，锁止65即使没有被电磁铁64吸合住，也无法自动恢复对衔铁66的锁定。

本实施例通过设置锁止65对衔铁66进行锁定，保证第一触点4和第二触点5在电池系统正常工作时处于导通状态，防止第一触点4和第二触点5误断开而导致电池系统无法正常工作，给电池系统甚至车辆安全造成隐患。

进一步地，开关电路63为MOS管；MOS管的漏极与电源装置1电连接，源极与主回路电连接，栅极为第二信号接收端D2，与第二信号发出端C2电连接。当MOS管的栅极接收到处理单元2的第二信号发出端C2发出的控制信号后，MOS管的源极和漏极导通，电磁铁64通电吸合锁止65，进而最终断开电池系统的主回路。

在本实施例中，过流保护断路器还包括手动复位装置68；手动复位装置68与锁止65连接，用于控制锁止65锁定衔铁66。当用户或车辆人员对电池系统进行排查检修后需要重新导通主回路时，通过操作手动复位装置68使得锁止65重新锁定衔铁66，使第一导电件61重新导通第一触点4和第二触点5。相比使用电子开关作为复位器件，本实施例的过流保护断路器需要人为操作手动复位装置68才能重新导通电池系统的主回路，避免了电子开关的误操作可能，进一步保证电池系统的安全性。

进一步地，电源装置1设有看门狗电路(未绘示)；看门狗电路与处理单元2电连接，用于监控处理单元2是否出现异常并在处理单元2发生异常时强行将处理单元2进行复位。

本实施例的过流保护断路器工作过程如下：

当电池系统正常工作时，处理单元2对第五触点7和第六触点8进行检测从而对主回路进行诊断，同时处理单元2通过分流器实时获取主回路的电流值同时内部设有计时器从而确定电池系统工作时的I-t曲线。当电池系统工作过程中发生过流事件时，处理单元2通过分流器检测到当前主回路的电流值达到预设保护电流的同时开始计时，当时间达到当前电流值在曲线b上对应的预设保护时间时，处理单元2通过故障输出端口向整车发送相应故障码的同时控制MOS管闭合；MOS管闭合后，电磁铁64通电吸合锁止65，从而解锁锁止65，衔铁66在弹簧件67拉力的作用下使第一导电件61断开第一触点4和第二触点5，此时主回路断开，过流保护断路器停止工作，从而起到对电池系统的保护作用。当整车接收到过流保护断路器发送的故障码后，在控制策略的设定下进行相应的措施，当对整车进行检修后，通过操作手动复位装置68重新将锁止65上锁使主回路处于导通状态，使电池系统恢复正常工作，过流保护断路器获电并重新开始工作。

本实施例的过流保护断路器可以根据不同电池系统和负载情况对过流保护条件进行修订，从而使本实施例的过流保护断路器满足不同电池系统的不同工况的需求，提高了本实施例的过流保护断路器的通用性，解决了原有采用保险丝作为过流保护器件而存在的过流保护器件通用性低的问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种过流保护断路器，用于电动车辆的电池系统中，其特征在于，包括电源装置、处理单元、电流检测单元、第一触点、第二触点以及用于导通或截断所述第一触点与第二触点的分合闸组件；

所述第一触点、第二触点和电流检测单元依次设置在所述电池系统的主回路上；

所述电源装置与所述处理单元、分合闸组件以及所述电池系统主回路电连接，用于从所述电池系统主回路获取电源并给所述处理单元和分合闸组件提供电源；

所述处理单元与所述分合闸组件、所述电流检测单元电连接；

当所述分合闸组件导通所述第一触点和第二触点时，所述电流检测单元检测所述电池系统主回路的电流值并生成信号发送给所述处理单元；所述处理单元在判断所述信号满足预设保护条件时控制所述分合闸组件截断所述第一触点和第二触点；

所述预设保护条件为所述电流值达到预设保护电流值且持续时间达到预设保护时间；

所述处理单元包括用于修订所述预设保护电流值和预设保护时间的参数设定模块。

2.根据权利要求1所述的过流保护断路器，其特征在于，所述预设保护电流值从预设电流范围中取值；所述预设保护时间从预设时间范围中取值；所述预设保护电流值与预设保护时间一一对应。

3.根据权利要求1所述的过流保护断路器，其特征在于，所述分合闸组件包括第一导电件；所述第一导电件上设有第三触点和第四触点；当所述第三触点与所述第一触点接通且所述第四触点与所述第二触点接通时，所述第一导电件导通所述第一触点和第二触点；当所述第三触点与所述第一触点分离且所述第四触点与所述第二触点分离时，所述第一导电件截断所述第一触点和第二触点。

4.根据权利要求3所述的过流保护断路器，其特征在于，还包括第五触点和第六触点；所述分合闸组件还包括第二导电件；所述第二导电件包括第七触点和第八触点；所述第一导电件和第二导电件固定连接；

当所述第三触点与所述第一触点接通且所述第四触点与所述第二触点接通时，所述第七触点与所述第五触点接通且所述第八触点与所述第六触点接通；当所述第三触点与所述第一触点分离且所述第四触点与所述第二触点分离时，所述第七触点与所述第五触点分离且所述第八触点与所述第六触点分离；

所述处理单元设有诊断模块和报警模块；所述诊断模块设有第一信号发出端和第一信号接收端，所述第一信号发出端与所述第五触点电连接；所述第一信号接收端与所述第六触点电连接；所述诊断模块与报警模块电连接。

5.根据权利要求1所述的过流保护断路器，其特征在于，所述电流检测单元为分流器。

6.根据权利要求4所述的过流保护断路器，其特征在于，所述报警模块包括故障输出端口和警报器；所述故障输出端口与所述电动车辆的控制模块通讯连接。

7.根据权利要求3所述的过流保护断路器，其特征在于，所述处理单元设有第二信号发出端；所述分合闸组件还包括开关电路、电磁铁、锁止、衔铁和弹簧件；所述开关电路的一端与主回路电连接，另一端与所述电磁铁的一端电连接；所述开关电路设有第二信号接收端，所述第二信号接收端与所述第二信号发出端电连接；所述电磁铁的另一端与所述电源装置电连接；所述锁止设置在所述电磁铁旁；所述衔铁一端与所述弹簧件固定连接，另一端与所述第一导电件固定连接；所述锁止用于锁定所述衔铁使所述第一导电件导通所述第一触点和第二触点；所述弹簧件用于带动所述衔铁移动进而带动所述第一导电件截断所述第一触点和第二触点。

8.根据权利要求7所述的过流保护断路器，其特征在于，所述开关电路为MOS管；所述MOS管的漏极与所述电源装置电连接，源极与所述主回路电连接，栅极为所述第二信号接收端，与所述第二信号发出端电连接。

9.根据权利要求7所述的过流保护断路器，其特征在于，还包括手动复位装置；所述手动复位装置与所述锁止连接，用于控制所述锁止锁定所述衔铁。

10.根据权利要求1所述的过流保护断路器，其特征在于，所述电源装置设有看门狗电路；所述看门狗电路与所述处理单元电连接，用于监控所述处理单元是否出现异常并在所述处理单元发生异常时强行将所述处理单元进行复位。

Images