CN202840606U - 包括安全机构的电源装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供能以简单的构成来安全地阻断电源装置的电流路径的构成的电源装置。电源装置具备与外部负载(120)连接的蓄电池(110)，并具备：构成蓄电池110的多个组电池(111)；与各个组电池(111)电连接、并检测电池状态的电池状态检测电路(130)；和用于阻断蓄电池(110)的电流路径的安全机构(17S、17H)。电池状态检测电路(130)经由非绝缘性的通信接口而连接，安全机构(17S、17H)设置于蓄电池(110)和外部负载(120)之间的电流路径中。

Description

包括安全机构的电源装置

技术领域

本实用新型涉及具备多个二次电池单元的电源装置。

背景技术

在混合动力车、或电动汽车、大型蓄电装置等中使用的电源装置谋求高电压输出和高电流容量。作为这样的电源装置，是串联或并联连接多个电池单元来作为组电池，具备由多个组电池构成的蓄电池的电源装置。通过将电池单元或组电池串联连接能提高电源装置的输出电压，通过将电池单元或组电池并联连接能增大电源装置的电流容量。另外，作为构成电源装置的电池单元，使用二次电池，以能进行反复的充放电。

作为这种电源装置，已知一种电源装置(专利文献1)，具备：由多个电池构成的组电池、和用于在维护时等阻断组电池的电流路径的保养插头(service plug)。通过保养插头而被分隔的2个组电池分别连接有电池状态检测电路，进行电池电压的检测和电池容量的均衡化等。各个电池状态检测电路构成为从所连接的组电池取得电源，但彼此经由通信接口而连接。具体地，车辆侧的控制电路和2个电池状态检测电路经由通信接口而连接成环状。在该构成中，控制信号被输入到高电压侧的电池状态检测电路，按照将信号传递给依次下位的电池状态检测电路的一个方向的通信的方式来进行连接，也就是成为所谓的串级链(daisy chain)连接。通过该构成，能将检测出的电池的状态和控制信号等向车辆侧的控制电路进行通信。

另外，已知一种电源装置(专利文献2)，具备：由多个组电池构成的蓄电池；和接触器，其在蓄电池的输出侧的外部负载和蓄电池之间的电流路径上切换来自蓄电池的电力供应的导通/断开。专利文献2的电源装置为了提高安全性，构成为在蓄电池的正负两侧的输出中设置接触器。通过该构成，即使一方的接触器熔敷，也能通过将另一方的接触器控制为断开来阻断蓄电池与外部负载的电流路径。

专利文献

专利文献1：JP特开2012-10563号公报

专利文献2：JP特开2009-89535号公报

虽然专利文献1的电源装置经由保养插头而将2个组电池串联连接起来，但2个组电池被连接的电池状态检测电路经由通信接口而连接。作为通信接口的构成，有经由绝缘元件来使信号绝缘进行输出的构成、和不使信号绝缘而直接输出电信号的构成这2种构成。在专利文献1的电源装置中，由于电池状态检测电路从组电池取得电源，CPU从辅助蓄电池取得电源，因此CPU和电池状态检测电路的通信使用绝缘性的通信接口。这是因为各个电路的动作电源不同。通常，只要是相同的动作电源，就没有必要使用绝缘性的通信接口来进行通信，但在使用非绝缘性的通信接口来进行电池状态检测电路彼此之间的通信的构成中，在电源装置的动作中，若发生电流阻断，则电池状态检测电路有可能发生故障。

具体地，专利文献1的电源装置中，电池状态检测电路从组电池取得电源，但各电池状态检测电路经由通信接口来电连接。因此，在电源装置与外部负载连接的状态下，即使取下保养插头来阻断电流路径，也会形成经由通信接口的闭合回路，向电池状态检测电路施加电源装置的总电压。一般，电池状态检测电路的耐压由于受到所使用的电子部件的耐压和进行安装的印刷布线板的尺寸要求等的限制，因此无法自由地进行设计。因此，电池状态检测电路的耐压存在某种程度的限度，有可能会因为电源装置的总电压而使电池状态检测电路发生故障。通常，虽然通过接触器来切离电源装置和外部负载，但由于接触器的开闭是电控制，不能说没有形成如上所述那样的经由通信接口的闭合回路的可能性。

另外，在上述说明中，说明了保养插头，但对于在电源装置中流过过电流时熔断的保险丝也是如此。即，在通过保养插头或保险丝这样的安全机构而分隔的组电池中，若与组电池连接的电池状态检测电路彼此用非绝缘性的通信接口连接，则有可能形成经由通信接口的闭合回路，从而电池状态检测电路发生故障。

图6的电源装置是想定了以电源装置与外部负载连接的状态来取下保养插头的状态的设计，是用于防止在取下保养插头时形成经由通信接口的闭合回路。该电源装置具备多个组电池411、作为与各个组电池411电连接的电池状态检测电路的电压检测电路430。另外，多个组电池411串联连接，构成高电压侧蓄电池41A、低电压侧蓄电池41B。另外，高电压侧蓄电池41A、低电压侧蓄电池41B经由保养插头47A而串联连接。电压检测电路430彼此虽然构成为经由非绝缘性的通信接口462来进行通信，但经由保养插头47S而分隔的电压检测电路430彼此之间并不进行通信。因此，以保养插头47S为边界而分隔的高电压侧的蓄电池41A以及低电压侧的电位的蓄电池41B在各自的电路中串级链连接有电压检测电路430。另外，电压检测电路430和CPU460构成为经由绝缘性的通信接口461来进行通信。

在图6的电源装置中，在电源装置的动作中，即使通过保养插头47S阻断电流，也由于电路以保养插头47S为边界被分隔，而不会对电压检测电路430施加电源装置的总电压。即，在取下保养插头47S而阻断电流路径时，不会在另外的电流路径形成闭合回路。通过该构成，由于不会在电压检测电路430中施加电源装置的总电压，因此，电压检测电路430能以比较低的耐压来设计。

但是，若设计为上述那样的考虑了动作中的电流阻断，则需要设置多个绝缘接口，存在电路变复杂的问题。特别是，绝缘接口单价高，只要能实现通信电路的构成，还是期望简化。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题而提出，目的在于提供一种能以比较简单的构成来安全地阻断电源装置的电流路径的构成的电源装置。

本实用新型的电源装置具备连接外部负载的蓄电池，该电源装置特征在于，具备：构成所述蓄电池的多个组电池；与各个组电池电连接、并检测电池状态的多个电池状态检测电路；和用于阻断所述蓄电池的电流路径的安全机构；所述电池状态检测电路分别经由非绝缘性的通信接口而连接，所述安全机构设置于所述蓄电池和所述外部负载之间的电流路径中。

优选，所述电源装置还具备：设置于所述蓄电池和所述外部负载之间的电流路径中、并用于切换对所述外部负载的电力供应的导通/截止的接触器；和用于控制该接触器的导通/截止的控制部。

优选，所述接触器设置于所述蓄电池的正负的输出中的与所述安全机构不同一侧的电流路径中。

优选，所述电源装置还具备：与所述外部负载并联连接的平滑电容器；和与所述接触器并联连接的电流限制电路；所述电流限制电路由限制流过的电流的电流限制电阻、和与该电流限制电阻串联连接的预充电继电器构成。

优选，所述安全机构是构成为能机械插拔的保养插头。

或者，优选，所述安全机构是在所述蓄电池中流过过电流时熔断的保险丝。

优选，所述电源装置还具备：设置于连接所述蓄电池和所述外部负载的任意的电流路径中、并用于切换向所述外部负载的电力供应的导通/截止的接触器；和用于控制该接触器的导通/截止的控制电路；所述安全机构是构成为能机械插拔、并能阻断所述蓄电池的正负的输出的两者的电流路径的双极以上的保养插头。

实用新型的效果

根据第1方案的构成，构成为能以1个串级链连接来连接电池状态检测电路彼此，并全部用非绝缘接口来进行电池状态检测电路彼此的通信，起到能以比较简单的构成来安全地阻断电源装置的电流路径等的效果。

根据第2方案的构成，即使在接触器熔敷的情况下，也能通过用安全机构阻断电流路径，来起到不使电池状态检测电路发生故障地、确实地阻断电路等的效果。

根据第3以及第4方案，在构成为仅在蓄电池的正负的输出中的单侧具备接触器的同时，能起到具有针对漏电的冗余性等的效果。具体地，在考虑漏电的情况下，需要阻断蓄电池的正负的输出的两者，通常需要在蓄电池的正负的输出两侧设置接触器，但根据该构成，由于在单侧具备用于阻断电流路径的安全机构，因此即使用1个接触器也能确实地从外部负载切离蓄电池。

根据第5方案到第7方案的构成，作为安全机构，能构成为具备保养插头或保险丝。由此，在能使构成简单的同时，能容易地进行过电流或异常时的电流阻断。

另外，根据第7方案的构成，由于保养插头成为双极以上的保养插头，因此能通过取下保养插头来确实地从外部负载切离蓄电池。因此，根据该构成，由于能自由地设计设置接触器的位置，因此，起到能提高电路设计的自由度等的效果。

附图说明

图1是本实用新型的第1实施方式中的电源装置的框图。

图2是本实用新型的第2实施方式中的电源装置的框图。

图3是本实用新型的第3实施方式中的电源装置的框图。

图4是第3实施方式中的其它构成的电源装置的框图。

图5是第3实施方式中的其它构成的电源装置的框图。

图6是现有的电源装置的框图。

符号说明：

110蓄电池

111组电池

112电池单元

120外部负载

130电压检测电路

140接触器

14A正极侧接触器

14B负极侧接触器

150电流限制电路

151平滑电容器

152电流限制电阻

153预充电继电器

160CPU

161绝缘接口

162级联接(cascade interface)

17S保养插头

17H保险丝

240接触器

250电流限制电路

252电流限制电阻

253预充电继电器

27S保养插头

31A高电压侧蓄电池

31B低电压侧蓄电池

340接触器

350电流限制电路

352电流限制电阻

353预充电继电器

360CPU

361绝缘接口

362级联接口

37S双极保养插头

411组电池

41A高电压侧蓄电池

41B低电压侧蓄电池

420外部负载

430电压检测电路

460CPU

461绝缘接口

462非绝缘性的通信接口

47S保养插头

具体实施方式

下面基于图1到图5来详述本实用新型的电源装置的第1实施方式。

(电源装置)

图1是表示本实用新型的1个实施方式的电路框图。如图1所示，串联连接多个电池单元112来构成组电池111。进而，串联连接多个组电池111来构成蓄电池110。将蓄电池110和外部负载120连接来从蓄电池110向外部负载120提供电力。另外，作为电池单元112，优选能充放电的二次电池，特别是锂离子电池。另外，作为外部负载120，例如在车辆中搭载电源装置的情况下，用于驱动车辆的电动机成为外部负载120。

(电压检测电路130)

构成蓄电池110的组电池111分别与组电池111并联地连接电压检测电路130，作为电池状态检测电路。电压检测电路130构成为从所连接的组电池111来提供电源，并能检测构成组电池111的电池单元112的电池电压。另外，电池状态检测电路并不限于电压检测电路，例如，也可以是检测电池的温度的温度检测电路、和进行电池的容量的均衡化的均衡化电路。

(接触器140)

在外部负载120和蓄电池110之间的电流路径中设置有用于切换从蓄电池110向外部负载120提供电力的导通/断开的接触器140。具体地，在蓄电池110的正极侧的电流路径中设置有正极侧接触器14A，在蓄电池110的负极侧的电流路径中设置有负极侧接触器14B。根据该构成，万一接触器熔敷，也能通过切断另一方的接触器来阻断蓄电池110的电流路径。

(电流限制电路150)

另外，图1的电源装置具有：与外部负载120并联连接的平滑电容器151、和与正极侧接触器14A并联连接的电流限制电路150。电流限制电路150由电流限制电阻152、与该电流限制电阻152串联连接的预充电继电器153构成，通过在使正极侧接触器14A截止的状态下使预充电继电器153导通，能在通过电流限制电阻152限制电流的状态下，从蓄电池110向平滑电容器151供电。通过该构成，能防止在接触器导通时向平滑电容器151流过大电流。

(控制部)

图1的电源装置具有控制部，该控制部进行接触器140以及预充电继电器153的导通/断开、进行电压检测电路130的控制等的电源装置整体的控制。具体地，具有CPU160，并经由通信接口来与CPU160进行控制的设备连接。CPU160经由绝缘接口161与连接于蓄电池110中的位于高电压侧的组电池111的电压检测电路130、和连接于蓄电池110中的位于低电压侧的组电池111的电压检测电路130连接，以使得它们之间能进行绝缘性的通信。绝缘接口161在从CPU160输入了控制信号后，经由磁性变压器或光电耦合器那样的绝缘设备，将信号电绝缘地输入给电压检测电路。另外，绝缘接口的具体的构成并不需要限定于上述例示的磁性变压器或光电耦合器，还能采用其它的方式的绝缘接口。另外，在本实用新型的实施方式中，用1个CPU来进行接触器和继电器的控制、和电压检测的控制，但不一定非要是这样的构成。具体地，还能构成为使用车辆侧的控制电路来进行接触器和继电器的控制。

(级联接口)

电压检测电路130各自经由作为非绝缘性的通信接口的级联接口162而连接。具体地，该级联接口162是一方向通信的通信接口。级联接口162与前述的绝缘接口161不同，由于不需要对控制信号进行绝缘，因此是比较简单的构成的通信接口。被输入了控制信号的电压检测电路130经由级联接口162来检测所连接的电池的电压，并对下一电压检测电路130通信检测出的数据。另外，作为电压检测电路的顺序，按照从位于高电位的电压检测电路130依次输入控制信号的方式，电压检测电路130经由级联接口162而成为串级链连接。

(保养插头)

图1所示的电源装置具备保养插头17S，作为在维护时物理性地阻断蓄电池110和外部负载120的电流路径的安全机构。保养插头17S设置在正极侧接触器14A所位于的电流路径中。另外，保养插头17S在图1的电源装置中，设置在蓄电池110和正极侧接触器14A之间的电流路径中，但也可以设置在正极侧接触器14A和外部负载120之间的电流路径中。另外，由于保养插头17S不是基于电气控制的开闭开关，而是按照保养插头17S的插拔来阻断蓄电池110的电流路径的设备，因此，具有能在视觉上捕捉蓄电池110的切离这样的特征。因此，由于在取下保养插头17S的状态下，蓄电池110的电流路径确实地被阻断，因此只要确认保养插头17S的插拔就能确认电源装置的安全性。因此，在维护时自不必说，在紧急应对时，也能通过取下保养插头17S来进行安全的作业。

(保险丝)

另外，作为另外的安全机构，上述实施方式的电源装置还具备在蓄电池110中流过过电流时熔断来阻断电流路径的保险丝，该保险丝17H设置于与保养插头17S相同的位置。保险丝17H由于是蓄电池110的充放电时的安全机构，因此也能与保养插头17S一体构成。具体地，保养插头如上所述，具有物理上阻断电流路径的开闭开关，但由于构成为能从电源装置插拔，因此具有树脂外罩，开闭开关部分内置于树脂外罩中。因此，通过在内置于该树脂外罩中的布线部分设置保险丝，能一体地形成保养插头和保险丝。根据该构成，能简单地从电源装置的电路中切离保险丝，例如，在出现需要交换保险丝的情况下，能容易地进行交换。

以上的构成的电源装置在蓄电池110的输出侧的电流路径中设置有保养插头17S或保险丝17H等的安全机构。为此，例如，在与外部负载120连接的状态下的电源装置中，即使取下保养插头17S，也不会形成闭合回路。因此，仅CPU160与电压检测电路130之间的通信绝缘即可，能减少使用的绝缘接口的数量。

接下来，基于图2来详述本实用新型的第2实施方式。另外，对与上述的第1实施方式相同的部件赋予相同的符号并省略说明。

(接触器240)

如图2所示，在蓄电池110的正极侧、且外部负载120和蓄电池110之间的电流路径中设置有用于切换从蓄电池110向外部负载的电力供应的导通/截止的接触器240。

(电流限制电路250)

另外，图2的电源装置具有：与外部负载120并联连接的平滑电容器151、和与接触器240并联连接的电流限制电路250。电流限制电路250由电流限制电阻252、和与该电流限制电阻252串联连接的预充电继电器253构成，通过在使接触器240截止的状态下使预充电继电器253导通，能在由电流限制电阻240限制电流的状态下，从蓄电池110向平滑电容器151供电。通过如此构成，能防止使接触器导通时向平滑电容器151流过大电流。

(保养插头27S)

图2所示的电源装置具备保养插头27S，作为在维护时物理性地阻断蓄电池110和外部负载120的电流路径的安全机构。保养插头27S设置于与接触器240所位于的电流路径相反一侧的电流路径中，即设置于蓄电池110的负极侧、且外部负载120和蓄电池110之间的电流路径中。另外，在图2的电源装置中，构成为在正极侧设置接触器240，在负极侧设置保养插头27S，但也可以构成为在负极侧设置接触器，在正极侧设置保养插头。这种情况下，与设置于负极侧的接触器并联连接电流限制电路。

以上的构成的电源装置能使切换从蓄电池110向外部负载的电力供应的导通/截止的接触器为1个。换言之，能构成为不在设置有保养插头27S的电流路径中设置接触器。通常，担心接触器的熔敷，为了即使发生接触器的熔敷也能确实地将蓄电池和外部负载切离，构成为在蓄电池的正负的输出中设置接触器。在图2的电源装置中，由于在一方的电流路径中设置了保养插头27S，因此通过构成为在未设置有保养插头27S的一方的电流路径中设置接触器240，即使接触器240熔敷，也能通过拔出保养插头27S来确实地切离蓄电池110和外部负载120。

接下来，下面基于图3到图5来详述本实用新型的第3实施方式。另外，对与上述第1实施方式相同的部件赋予相同符号并省略说明。

(电源装置)

图3是表示本实用新型的1个实施方式的电路框图。如图3所示，串联连接多个电池单元112来构成组电池111。进而，串联连接多个组电池111来构成蓄电池110，将蓄电池110和外部负载120进行连接，从蓄电池向外部负载提供电力。另外，蓄电池110经由后述的接触器340被分隔为高电压侧蓄电池31A和低电压侧蓄电池31B，通过将接触器340切换为截止，来阻断联系高电压侧蓄电池31A和低电压侧蓄电池31B的电流路径，由此使外部负载120从蓄电池110切离。

(接触器340)

如图3所示，在连接蓄电池110和外部负载120的电流路径中设置有用于切换从蓄电池110向外部负载的电力供应的导通/截止的接触器340。具体地，在连接构成蓄电池110的多个组电池111彼此的电流路径中设置接触器340。即，经由接触器340来连接高电压侧蓄电池31A和低电压侧蓄电池31B。

(电流限制电路350)

另外，图3的电源装置具有：与外部负载120并联连接的平滑电容器151、和与接触器340并联连接的电流限制电路350。电流限制电路350由电流限制电阻352、和与该电流限制电阻352串联连接的预充电继电器353构成，通过在使接触器截止的状态下使预充电继电器353导通，能在通过电流限制电阻352限制电流的状态下，从蓄电池110向平滑电容器151供电。

(控制部)

图3的电源装置具有控制部，该控制部进行接触器340以及预充电继电器353的导通/断开、电压检测电路的控制等的电源装置整体的控制。具体地，具有CPU360，CPU360经由通信接口与CPU360所控制的设备连接。CPU360构成为能分别与高电压侧蓄电池31A以及低电压侧蓄电池31B的电压检测电路130通信。具体地，经由绝缘接口361来与连接于高电压侧蓄电池31A中的位于高电压侧的组电池111的电压检测电路130、和连接于高电压侧蓄电池31A中的位于低电压侧的组电池111的电压检测电路130连接，以使得他们之间能进行绝缘性的通信。对低电压侧蓄电池31B也是如此，经由绝缘接口361来与电压检测电路130连接。绝缘接口361从CPU360输入了控制信号后，经由磁性变压器或光电耦合器那样的绝缘设备，将信号电绝缘并输入到电压检测电路中。另外，绝缘接口的具体的构成并不需要限定于上述例示的磁性变压器或光电耦合器，还能采用其它的方式的绝缘接口。

(级联接口362)

如上所述，在图3的电源装置中，经由接触器340而隔开的高电压侧蓄电池31A以及低电压侧蓄电池31B的电压检测电路构成为分别独立地与CPU360通信。因此，高电压侧蓄电池31A以及低电压侧蓄电池31B的电压检测电路分别以不同的串级链连接来进行连接。即，虽然与高电压侧蓄电池31A连接的电压检测电路130经由级联接口362彼此连接，但与高电压侧蓄电池31A连接的电压检测电路130、和与低电压侧蓄电池31B连接的电压检测电路130并不以通信接口来连接。

(双极保养插头37S)

图3所示的电源装置具备双极保养插头37S，作为在维护时物理性阻断蓄电池110和外部负载120的电流路径的安全机构。双极保养插头37S构成为能按照双极保养插头37S的插拔来阻断蓄电池110的正负两侧的电流路径。具体地，用于切换蓄电池110的正负两侧的电流路径的导通/截止的2个开关部内置于树脂外罩内。2个开关部保持某种程度的绝缘距离，以使得彼此的开关部不会短路。

另外，图3所示的电源装置构成为在成为蓄电池110的中间电位的电流路中径设置接触器340，但并不一定非要在图示的位置处设置接触器340，还能如图4、图5的电源装置那样，设置在蓄电池110和外部负载120之间的电流路径中。通过如此构成，由于具有双极保养插头37S，因此不管接触器340位于连接蓄电池110和外部负载120的电流路径的任意位置，都必定能通过取下双极保养插头37S来将蓄电池110从外部负载120切离。由此，即使接触器340熔敷，也能通过取下双极保养插头37S来确实地将蓄电池110从外部负载120切离。另外，在上述实施方式中，保养插头为双极保养插头，但为了更确实地从外部负载120切离蓄电池110，也可以用双极以上的保养插头。

以上构成的电源装置能以比较简单的构成来安全地阻断电源装置的电流路径。特别是，根据本实用新型的构成，能在确保安全性不变的前提下减少绝缘接口或接触器的数量。

本实用新型能广泛利用在电源装置或搭载了电源装置的车辆上。

Claims (7)

1.一种电源装置，具备连接外部负载的蓄电池，该电源装置特征在于，具备：

构成所述蓄电池的多个组电池；

与各个组电池电连接、并检测电池状态的多个电池状态检测电路；和

用于阻断所述蓄电池的电流路径的安全机构，

所述电池状态检测电路分别经由非绝缘性的通信接口而连接，

所述安全机构设置于所述蓄电池和所述外部负载之间的电流路径中。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述电源装置还具备：

设置于所述蓄电池和所述外部负载之间的电流路径中、并用于切换对所述外部负载的电力供应的导通/截止的接触器；和

用于控制该接触器的导通/截止的控制部。

3.根据权利要求2所述的电源装置，其特征在于，

所述接触器设置于所述蓄电池的正负的输出中的与所述安全机构不同一侧的电流路径中。

4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，

所述电源装置还具备：

与所述外部负载并联连接的平滑电容器；和

与所述接触器并联连接的电流限制电路，

所述电流限制电路由限制流过的电流的电流限制电阻、和与该电流限制电阻串联连接的预充电继电器构成。

5.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述安全机构是构成为能机械插拔的保养插头。

6.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述安全机构是在所述蓄电池中流过过电流时熔断的保险丝。

7.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于，

所述电源装置还具备：

设置于连接所述蓄电池和所述外部负载的任意的电流路径中、并用于切换向所述外部负载的电力供应的导通/截止的接触器；和

用于控制该接触器的导通/截止的控制部，

所述安全机构是构成为能机械插拔、并能阻断所述蓄电池的正负的输出的两者的电流路径的双极以上的保养插头。

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