CN115836374A - 与预充电系统集成的继电器开关设备 - Google Patents

Abstract

提供一种继电器开关设备，包括：继电器外壳；第一上固定端子和第二上固定端子，其通过继电器外壳的内部和外部并排布置；第一下固定端子，其电连接到第一上固定端子并在第一上固定端子下方布置为与第一上固定端子相隔预定距离，以及第二下固定端子，其电连接到第二上固定端子并在第二上固定端子下方布置为与第二上固定端子相隔预定距离；以及电路模式切换模块，其被设置为通过移动预定距离来选择性地接触第一和第二上固定端子或者第一和第二下固定端子。

Description

与预充电系统集成的继电器开关设备

技术领域

本公开涉及一种用于控制电池组与负载之间的电连接的继电器开关设备。

本申请要求于2020年10月27日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2020-0140709的优先权，通过引用将其公开内容合并于此。

背景技术

大容量电池组安装在电动车辆(EV)、混合动力车辆(HV)、电力储存系统(ESS)等上。

电池组通过继电器电路单元连接到负载。负载是指从电池组接收电力的设备，诸如电动机或逆变器。

如图1所示，继电器电路单元包括高电位主继电器10和低电位主继电器20，高电位主继电器10安装在将电池组B的正极端子连接到负载L的正极端子的线路上，低电位主继电器20安装在将电池组B的负极端子连接到负载L的负极端子的线路上。

当电池组B电连接到负载L时，电池组B的大电压突然施加于负载L，因此浪涌电流在一开始流向负载L。浪涌电流可能通过对继电器电路单元或负载L中包括的电路施加电击而导致不可逆的损坏。

因此，传统的继电器电路单元包括RC电路，RC电路包括并联连接到高电位主继电器10的预充电电阻器40、电容器50和预充电继电器30。

当电池组B和负载L旨在彼此电连接时，低电位主继电器20和预充电继电器30首先接通。然后，因为从电池组B输出的电流通过RC电路流向负载L，所以电流的大小逐渐增加。

当预充电继电器30接通并且电流的大小增加到不影响负载L的程度时，高电位主继电器10随后接通，然后预充电继电器20断开，从而完成电池组B与负载L之间的电连接。

在本领域中，如上所述，用于控制电池组与负载之间的电连接的组件统称为电池断连单元(battery disconnect unit：BDU)。BDU(参考图2)包括高电位主继电器10、低电位主继电器20、预充电继电器30、预充电电阻器40等，还包括用于将它们电连接的导线或汇流条60以及用于容纳上述组件的外壳70。

近年来，BDU被配置为执行比传统技术中更多的功能。例如，BDU被设计为甚至完成负责传统电动车辆的配电功能。为此，与传统的BDU相比，最近的BDU在外壳内配备了更多的汇流条、继电器和其他相关组件。因此，这种BDU的价格变得更高，其尺寸变得更大。通常，BDU安装在电池组内部，因此这种大BDU在减小电池组的尺寸和增加能量密度方面成为负面因素。

因此，正在寻求一种通过将有可能嵌入BDU中的多个组件集成为一个组件来缩小BDU尺寸的方法。

发明内容

技术问题

本公开旨在解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供一种能够用作传统高电位主继电器、传统预充电继电器和传统预充电电阻器的继电器开关设备，从而有助于电池断连单元(BDU)的小型化和电池组能量密度的增加。

本公开中要解决的技术问题不限于以上所述，并且本领域技术人员根据以下本公开的描述可以清楚地理解未提及的其他问题。

技术解决方案

在本公开的一方面，提供一种继电器开关设备，包括：继电器外壳；第一上固定端子和第二上固定端子，其通过继电器外壳的内部和外部并排布置；第一下固定端子，其电连接到第一上固定端子并在第一上固定端子下方布置为与第一上固定端子相隔预定距离，以及第二下固定端子，其电连接到第二上固定端子并在第二上固定端子下方布置为与第二上固定端子相隔预定距离；以及电路模式切换模块，其被设置为通过移动预定距离来选择性地接触第一和第二上固定端子或者第一和第二下固定端子，其中，当电路模式切换模块接触第一和第二上固定端子时，第一上固定端子和第二上固定端子中的电压基本上彼此相同，并且当电路模式切换模块接触第一和第二下固定端子时，在第一上固定端子与第二上固定端子之间产生电压差。

所述电路模式切换模块可以包括：移动轴，其被设置为在继电器外壳内升高和降低；接触板，其由导电材料形成，安装在移动轴上，并且被设置为在移动轴上升到预定位置时接触第一和第二上固定端子；以及电阻构件，其安装在移动轴上，定位在接触板下方，并接触第一和第二下固定端子，从而在移动轴下降到预定位置时能够电连接到第一和第二下固定端子，电阻构件在绝缘外壳内包括电阻器。

电阻构件可以包括：第一端子，其从电阻构件的、面向第一下固定端子的部分向下突出；以及第二端子，其从电阻构件的、面向第二下固定端子的部分向下突出。

电阻构件可以是被配置为吸收继电器外壳内的热量的热电设备。

热电设备可以被布置为使得吸热侧面向继电器外壳的下部方向。

继电器开关设备可以进一步包括驱动模块，驱动模块在继电器外壳内被定位在第一和第二下固定端子下方，并包括用于产生能够移动所述移动轴的电磁力的线圈部分。

线圈部分可以被设置为圆柱形，具有中心为空的中心通道，并且移动轴可以被布置为沿着中心通道延伸。

根据本公开另一个实施例的继电器开关设备的电路模式切换模块可以包括：移动轴，其被设置为在继电器外壳内升高和降低；接触板，其连接到移动轴并且被设置为根据移动轴的升高/降低操作选择性地接触第一和第二上固定端子或者第一和第二下固定端子；第一导线，其将第一上固定端子连接到第一下固定端子，以及第二导线，其将第二上固定端子连接到第二下固定端子；以及电阻器，其被设置在第一导线和第二导线中的至少一个上。

在本公开的另一方面，提供一种包括上述继电器开关设备的电池断连单元。

在本公开的另一方面，提供一种包括上述电池断连单元的电池组。

有益效果

根据本公开的一方面，可以提供一种能够用作传统高电位主继电器、传统预充电继电器和传统预充电电阻器的继电器开关设备。

换言之，在控制电池组与负载之间的电连接时，本公开的继电器开关设备可以在不使用现有预充电继电器和现有预充电电阻器的情况下实现预充电电路。

本领域普通技术人员根据以下描述将能够理解，根据本公开的各种实施例可以解决以上未提及的若干技术问题。

附图说明

图1是置于电池组与负载之间的继电器电路单元的电路图。

图2示意性地示出传统电池断连单元(BDU)的结构的一部分。

图3示意性示出根据本公开实施例的继电器开关设备的结构。

图4是图3的电路模式切换模块的立体图。

图5示出在预充电继电器电路模式下继电器开关设备的操作状态。

图6是图5的预充电继电器电路模式下的电路图。

图7示出在主继电器电路模式下继电器开关设备的操作状态。

图8是图7的主继电器电路模式下的电路图。

图9示意性地示出根据本公开另一实施例的继电器开关设备的结构。

具体实施方式

下面参照附图更全面地描述本公开，在附图中示出本公开的示例性实施例。在说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应解释为限于一般意义或词典意义，而是应当基于发明人能够适当定义术语的概念以最佳方式描述他/她本人申请的原则，解释为具有符合本公开技术方案的含义和概念。

因此，本说明书中描述的实施例和附图中所示的配置仅为本公开的实施例，并不代表本公开的所有技术方面，因此应当理解，在提交本公开时，可以替代所述配置的各种等效物和修改示例都是可能的。

下面将描述的继电器开关设备安装在大电流传输线路中，用于将电池组的电力传输给电动车辆(EV)或混合动力车辆(HV)，并用于控制电池组与车辆负载之间的电连接。然而，本公开范围不受此目的限制。例如，可将根据本公开的继电器开关设备安装在将外部充电器连接到电池组的充电电流线路中。

图3是示意性示出根据本公开实施例的继电器开关设备的结构的示意图，图4是图3的电路模式切换模块的立体图。

参考图3和图4，根据本公开实施例的继电器开关设备包括继电器外壳100、第一上固定端子210、第二上固定端子220、第一下固定端子310、第二下固定端子320、电路模式切换模块400和驱动模块500。

继电器外壳100可以称为注塑结构，用于在基本上为矩形的盒子形内部空间中容纳和保护以下将描述的组件。例如，继电器外壳100可以包括使用塑料树脂注塑成型的下盖和上盖，可以配置为在下盖上容纳以下将描述的组件并组装上盖，并且可以设置为通过使用螺栓等固定于电池断连单元(BDU)外壳(未示出)。

继电器外壳100可以根据需要制造成各种形状。窗口可以设置在继电器外壳100中，或者可以由透明丙烯酸材料制成，从而能够通过视觉方式检查继电器外壳100的操作状态。

继电器开关设备通过第一上固定端子210和第二上固定端子220连接到外部电流传输线路。例如，在继电器外壳100外部，第一上固定端子210可以连接到延伸至电池组的线路，并且第二上固定端子220可以连接到延伸至电动车辆的负载的线路。线路可以通过使用汇流条、导线等来实现。

第一上固定端子210和第二上固定端子220可以跨越继电器外壳100的内部和外部，在水平方向(±X轴方向)上相互之间以预定距离并排布置。

如图3所示，第一上固定端子210和第二上固定端子220可以按照相同的形状成对设置，并且可以固定安装在继电器外壳100的上端部分。第一上固定端子210和第二上固定端子220强制嵌入形成于继电器外壳100上端部分的两个孔中，使得第一上固定端子210和第二上固定端子220的相应部分在继电器外壳100的内部，并且其其余部分暴露于继电器外壳100的外部。

因此，例如，当以下将描述的接触板420接触彼此物理分离的第一上固定端子210和第二上固定端子220时，电流可以在电流传输线路中流动。

第一下固定端子310可以设置为在垂直向下方向上与第一上固定端子210相隔预定距离，第二下固定端子320可以设置为在垂直向下方向上与第二上固定端子220相隔预定距离。

第一下固定端子310和第二下固定端子320可以按照相同的形状——即，按照金属板形状——成对设置，并且可以彼此相隔并固定安装在继电器外壳100内。

第一上固定端子210和第一下固定端子310经由导线或汇流条相互连接，使得电流可以在第一上固定端子210与第一下固定端子310之间流动，并且类似地，第二上固定端子220和第二下固定端子320经由导线或汇流条相互连接，使得电流可以在第二上固定端子220与第二下固定端子320之间流动。

例如，第一下固定端子310和第二下固定端子320可以通过接合、螺栓连接、卡扣焊接等方式固定安装在设置于驱动模块500上端部分的分隔壁110上。在制造继电器外壳100时，可以通过插入注塑将第一下固定端子310和第二下固定端子320与继电器外壳100集成。

根据本实施例，第一上固定端子210通过使用第一金属导线610连接到第一下固定端子310。第一金属导线610的一端可以焊接到第一上固定端子210，并且其另一端可以焊接到第一下固定端子310。类似地，第二上固定端子220通过使用第二金属导线620连接到第二下固定端子320。

电路模式切换模块400可以配置为移动预定距离，以选择性地接触第一和第二上固定端子210和220或者第一和第二下固定端子310和320。电路模式切换模块400可以配置为使得当电路模式切换模块400接触第一上固定端子210和第二上固定端子220时，第一和第二上固定端子220和210处的相应节点电压值基本上彼此相同，并且当电路模式切换模块400接触第一和第二下固定端子310和320时，在第一上固定端子210和第二上固定端子220之间产生电压差。

电路模式切换模块400的这种配置使得能够从预充电继电器电路模式切换为主继电器电路模式，或者从主继电器电路模式切换为预充电继电器模式。

预充电继电器电路模式可以指下述模式：其中由于在电池组与负载之间设置RC电路，负载中的电流逐渐增加，而主继电器电路模式可以指下述模式：其中当电流的大小为不影响负载的程度时，在没有预充电电阻的情况下向负载供应电流。

详细参考图3和图4，根据本实施例的电路模式切换模块400包括移动轴410、接触板420和电阻构件430。

移动轴410可以沿着上下方向(±Y轴方向)布置，并且配置为可以在继电器外壳100内上下移动。本实施例包括驱动模块500，驱动模块500包括产生电磁力以上下驱动移动轴410的线圈部分510。

线圈部分510可以通过分隔壁110与第一下固定端子310和第二下固定端子320分离，并且可以插入由分隔壁110和继电器外壳100的外壁包围的空间中。

线圈部分510可以设置为圆柱形，具有中心为空的中心通道。移动轴410可以沿着中心通道布置，其上端可以定位在继电器外壳100的上部区域。

当由于施加电力而导致电流在线圈部分510中流动时，线圈部分510可以充当电磁铁。此时，移动轴410可以通过线圈部分510的电磁力向上或向下移动。

例如，当电流沿着一个方向流向线圈部分510时，移动轴410可以向上移动，而当电流沿着与该一个方向相反的方向流向线圈部分510时，移动轴410可以向下移动。替代地，可以使用两个线圈部分510，即，用于升高移动轴410的线圈部分510和用于降低移动轴410的线圈部分510。

能够充当负重的移动芯520可以耦合到移动轴410的下端。与移动轴410直径和负重相比，移动芯520可以具有更大的直径和更高的负重。该移动芯520限制移动轴410的快速移动。

具有中空形状的固定芯530可以进一步设置在线圈部分510的中心通道中。固定芯530的内径大于移动轴410的直径使得移动轴410穿过固定芯520，且小于移动芯520的直径。

固定芯530可以定位在线圈部分510的中心通道中，以抑制移动轴410的左右移动并引导提升动作，并且可以充当止动器，其通过限制移动芯的移动而防止连接到移动芯520的移动轴410被推送到预定高度以上。当使用移动芯520和固定芯530时，可以更稳定、更精确地控制移动轴410的移动。

根据本实施例，采用使用线圈部分510的机电方法来升高和降低移动轴410。然而，作为替代性示例，可以采用例如使用齿条、小齿轮、伺服电动机或气缸的组合的机械机构来升高和降低移动轴410。

接触板420可以由导电材料形成，并且可以设置为块或板的形状，与第一上固定端子210和第二上固定端子220之间的间隔相比，该块或板具有更大的长度，从而使得该块或板的中心耦合到移动轴410的最上端。

当移动轴410升高到预定位置时，接触板420接触第一上固定端子210和第二上固定端子220。此时，第一上固定端子210和第二上固定端子220可以通过接触板420彼此电连接，并且因此第一上固定端子210与第二上固定端子220之间的电压基本上恒定。

电阻构件430可以包括电阻器、其中可容纳电阻器的绝缘外壳以及连接到电阻器的第一端子431和第二端子432。

第一端子431可以具有按钮形状并且可以从电阻构件430下表面的一个部分突出，第二端子432可以具有按钮形状并且可以从电阻构件430下表面的另一个部分突出。该一个部分是指与第一下固定端子310的垂直上部相对应的部分，并且该另一个部分是指与第二下固定端子320的垂直上部相对应的部分。

电阻构件430可以设置在接触板420下方，以耦合到移动轴410。

根据该结构，当移动轴410下降到预定位置时，电阻构件430的第一端子431与第一下固定端子310接触，且电阻构件420的第二端子432与第二下固定端子320接触。此时，第一下固定端子310和第二下固定端子320进入能够彼此电连接的状态，并且，当电流流过第一下固定端子310和第二下固定端子320时，电流经过电阻器。因此，发生压降，并且在第一下固定端子310与第二下固定端子320之间产生电压差。

因为第一下固定端子310的电压与第一上固定端子210的电压相同，并且第二下固定端子320的电压与第二上固定端子220的电压相同，所以第一上固定端子210和第二上固定端子220之间的电压差与第一下固定端子310和第二下固定端子320之间的电压差相同。

图5示出在预充电继电器电路模式下继电器开关设备的操作状态，图6是图5的预充电继电器电路模式下的电路图，图7示出在主继电器电路模式下继电器开关设备的操作状态，并且图8是图7的主继电器电路模式下的电路图。

参考这些附图，下面将简要描述根据本公开实施例的继电器开关设备的操作示例。

当电池组和负载旨在彼此电连接时，首先，降低移动轴410，使得电阻构件430接触第一下固定端子310和第二下固定端子320。

然后，如图5所示的电流流动指示器线路所示，电流依次通过第一上固定端子210、第一金属导线610、第一下固定端子310、电阻构件430、第二下固定端子320、第二金属导线620以及第二上固定端子220从电池组的(+)端子流向电容器的相应(+)端子。

因此，根据上述配置，如图6所示，可以提供与通过关断高电位主继电器和接通预充电继电器来提供的传统RC电路等效的电路。

然后，当预定时间流逝并达到预充电目标电压时，移动轴410升高，使得接触板420接触第一上固定端子210和第二上固定端子220。

然后，如图7所示的电流流动指示器线路所示，电流依次通过第一上固定端子210、接触板420和第二上固定端子220从电池组的(+)端子流向电容器的相应(+)端子。

因此，根据上述配置，如图8所示，可以提供与通过关断预充电继电器和接通高电位继电器来提供的传统电路等效的电路。

可以采用被设计为具有与传统预充电电阻器相同电阻值的热电设备，作为电路模式切换模块400的电阻构件430。

热电设备可以是下述冷却热电设备：通过供应电能执行热电冷却/加热，从而在一侧与另一侧之间或者在一个表面与另一个表面之间产生温差。这种热电设备可以用作电阻器，并且还可以降低线圈部分510的温度。

例如，在预充电电路模式下，如图5所示，热电设备可以用作电阻器，并且此时，通过使用所供应的电力作为热电设备的操作电力，热电设备可以用于降低继电器外壳100的内部温度。

热电设备可以附接到接触板420的下部，以沿着继电器外壳100的下部方向进行定向，使得冷却部分——即，吸热侧——面向线圈部分510。然而，可以通过改变电流供应方向来改变吸热侧和发热侧。

线圈部分510的操作电压所需的电压趋于随着温度的增加而增加。因此，当通过使用如上所述的冷却热电设备将线圈部分510的温度保持在低温时，可以有效地防止诸如由于线圈部分510的操作电压不足可能引起的触点不完全接触的问题。

图9示意性地示出根据本公开另一实施例的继电器开关设备的结构。

下面将参考图9描述根据本公开另一实施例的继电器开关设备。

图9中与上述实施例中相同的附图标记表示相同的构件，并将省略对相同构件的重复描述。下面主要描述与上述实施例的差异。

将本公开的另一个实施例与上述实施例进行比较时，电路模式切换模块400包括移动轴410、接触板420和电阻器700。

移动轴410和接触板420与上述实施例中的相同，但是电阻器700设置在第一金属导线610和第二金属导线620的至少一个中。

根据本公开另一个实施例的继电器开关设备还能够使得在预充电继电器模式与主继电器模式之间切换，如上述实施例所示。

换言之，当接触板420下降并附接到第一下固定端子310和第二下固定端子320时，电流可以经由电阻器从第一上固定端子210流向第二上固定端子220，并且因此可以提供预充电继电器电路模式。

当接触板420上升并附接到第一上固定端子210和第二上固定端子220时，电流可以在不经过电阻器700的情况下从第一上固定端子210流向第二上安装端子220，因此可以提供主继电器电路模式。

如上所述，根据本公开的一个继电器开关设备可以取代传统高电位主继电器、传统预充电继电器和传统预充电电阻器的作用。当安装这种继电器开关设备时，例如，可以不使用预充电继电器和预充电电阻器，这可以有利于缩小BDU的尺寸。

根据本公开的BDU可以包括上述继电器开关设备。除了继电器开关设备之外，BDU还可以包括低电位主继电器、电流传感器、作为电连接装置的汇流条或导线以及用于容纳它们的BDU外壳。

BDU可以容纳在电池组中。

根据本公开的电池组可以包括由BDU和多个二次电池构成的电池模块、用于控制电池模块的充电和放电的电池管理系统(BMS)以及用于容纳它们的电池组容器。

虽然在上面示出和描述了本公开的实施例，但是本公开不限于上述实施例，在不偏离权利要求中要求保护的本公开要点的情况下，本公开所属领域的普通技术人员可以进行各种修改。

同时，虽然在本说明书中使用了诸如上、下、左、右的指示方向的术语，但是这些术语只是为了方便描述，并且对于本领域技术人员而言显然，这些术语可以根据目标对象的位置或观察者的位置而变化。

Claims (10)

1.一种接通/关断电流传输线路上的电流流动的继电器开关设备，所述继电器开关设备包括：

继电器外壳，所述继电器外壳形成所述继电器开关设备的外围；

第一上固定端子和第二上固定端子，所述第一上固定端子和所述第二上固定端子通过所述继电器外壳的内部和外部并排布置为彼此相隔预定距离；

第一下固定端子，所述第一下固定端子电连接到所述第一上固定端子并在所述第一上固定端子下方布置为与所述第一上固定端子相隔预定距离，以及第二下固定端子，所述第二下固定端子电连接到所述第二上固定端子并在所述第二上固定端子下方布置为与所述第二上固定端子相隔预定距离；以及

电路模式切换模块，所述电路模式切换模块被设置为通过移动预定距离来选择性地接触所述第一上固定端子和所述第二上固定端子或者接触所述第一下固定端子和所述第二下固定端子，

其中，当所述电路模式切换模块接触所述第一上固定端子和所述第二上固定端子时，所述第一上固定端子和所述第二上固定端子中的节点电压基本上彼此相同，并且当所述电路模式切换模块接触所述第一下固定端子和第二下固定端子时，在所述第一上固定端子与所述第二上固定端子之间产生电压差。

2.根据权利要求1所述的继电器开关设备，其中，所述电路模式切换模块包括：

移动轴，所述移动轴被设置为在所述继电器外壳内升高和降低；

接触板，所述接触板由导电材料形成，安装在所述移动轴上，并且被设置为在所述移动轴上升到预定位置时接触所述第一上固定端子和所述第二上固定端子；以及

电阻构件，所述电阻构件安装在所述移动轴上，定位在所述接触板下方，并接触所述第一下固定端子和所述第二下固定端子，从而在所述移动轴下降到预定位置时能够电连接到所述第一下固定端子和所述第二下固定端子，所述电阻构件在绝缘外壳内包括电阻器。

3.根据权利要求2所述的继电器开关设备，其中，所述电阻构件包括：

第一端子，所述第一端子从所述电阻构件的、面向所述第一下固定端子的部分向下突出；以及

第二端子，所述第二端子从所述电阻构件的、面向所述第二下固定端子的部分向下突出。

4.根据权利要求2所述的继电器开关设备，其中，所述电阻构件是被配置为吸收所述继电器外壳内的热量的热电设备。

5.根据权利要求4所述的继电器开关设备，其中，所述热电设备被布置为使得吸热侧面向所述继电器外壳的下部方向。

6.根据权利要求2所述的继电器开关设备，进一步包括驱动模块，所述驱动模块在所述继电器外壳内被定位在所述第一下固定端子和所述第二下固定端子下方，并包括用于产生能够移动所述移动轴的电磁力的线圈部分。

7.根据权利要求6所述的继电器开关设备，其中，所述线圈部分被设置为圆柱形，具有中心为空的中心通道，并且所述移动轴被布置为沿着所述中心通道延伸。

8.根据权利要求1所述的继电器开关设备，其中，所述电路模式切换模块包括：

移动轴，所述移动轴被设置为在所述继电器外壳内升高和降低；

接触板，所述接触板连接到所述移动轴并且被设置为根据所述移动轴的升高/降低操作选择性地接触所述第一上固定端子和所述第二上固定端子或者接触所述第一下固定端子和所述第二下固定端子；

第一导线，所述第一导线将所述第一上固定端子连接到所述第一下固定端子，以及第二导线，所述第二导线将所述第二上固定端子连接到所述第二下固定端子；以及

电阻器，所述电阻器被设置在所述第一导线和所述第二导线中的至少一个上。

9.一种包括根据权利要求1至8中任一项所述的继电器开关设备的电池断连单元。

10.一种包括根据权利要求9所述的电池断连单元的电池组。

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