CN214043543U - 继电器开关装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种继电器开关装置。根据本实用新型的一个方面的一种继电器开关装置被安设在电池组的传输线上，并且电连接或断开电池组和负载。该继电器开关装置包括：继电器组件，该继电器组件设置有用于将电流传输到传输线或切断传输的接触部，并且设置有用作用于打开和关闭接触部的电磁体的线圈部；用于供应或切断施加到线圈部的继电器电力的控制单元；和用于感测从控制单元施加到线圈部的操作电压的操作电压感测单元。当操作电压低于预设参考操作电压或在预设正常操作电压范围以外时，操作电压感测单元能够向控制单元发送出错消息。

Description

继电器开关装置
技术领域
本公开涉及一种继电器开关装置，并且更具体地，本公开涉及这样一种继电器开关装置：其安设在电池组的传输线上，以电连接或断开电池组和负载，并且当继电器被驱动时，其能够防止触点发生熔断。
本申请要求2018年11月8日在韩国提交的韩国专利申请No. 10-2018-0136942的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
背景技术
由诸如汽油和柴油这样的化石燃料驱动的车辆不仅由于产生大量有害废气而污染空气，而且作为全球变暖的主要因素，对全球环境造成很大危害。为了解决这个问题，减少了化石燃料的使用，或者已经积极进行了使用可替代燃料的车辆的研发。作为该解决方案过程的一部分，人们对于诸如混合动力电动车辆(HEV)或电动车辆(EV)这样的电动车辆越来越感兴趣，这些电动车辆可以通过从高效电池组接收电能而被驱动。
例如，混合动力电动车辆(HEV)能够通过使用诸如汽油和柴油这样的化石燃料的内燃机来驱动，同时还能够通过由电池组经过电力转换电路供应的电力供能的驱动马达来驱动。基于这样的混合型能源，混合动力电动车辆(HEV)的驱动被控制为响应于车辆的驱动状况而使得车辆的燃料效率最大化。
同时，用于诸如混合动力车辆这样的大电力负载的高电压电池系统从高电压电池组向车辆的电驱动模块供应电力，从而当车辆开始驱动时，浪涌高电流从电池组流动。为了确保安全，高电压电池系统可以如图1所示在传输线1上安设主继电器2以及未示出的预充电继电器和预充电电阻器来限制从电池组流动的过电流。
在这方面，所述继电器可以是作为一种电子构件的电子开关，其用于在电子电路中将电路分成两个电路，以在一侧上产生信号，并根据该信号控制另一个电路的操作，即，当该电路需要打开或关闭时。
这种继电器的优点是，例如通过被构造为低电压计的电路的操作，从而接通/断开高电压计的电路或接通/断开大电流的电路。这是因为，线圈单元和接触部件被绝缘并且分离，使得继电器可以与外部装置电绝缘。
然而，由于继电器具有有限的机械操作，因此继电器也具有如下缺点：存在延迟时间、在与触点接触时产生火花、产生噪声或由于非完全接触而使触点熔断。
特别地，当继电器的触点熔断时，继电器会意外地永久关闭，从而引起严重的问题，诸如电池的过放电、过充电和过电流。
这种继电器的触点熔断的主要原因之一是：当低于正常操作电压的电压被施加到继电器的线圈时，由于触点的非完全接触而产生火花。
实用新型内容
技术问题
本公开被设计为解决相关技术的问题，因此本公开旨在提供这样一种继电器开关装置，该继电器开关装置能够防止由于继电器操作电压的下降而引起的继电器的触点熔断的风险。
本公开的这些和其它目的和优点可以从下面的详细描述得到理解，并且从本公开的示例性实施例将变得更加显而易见。
技术方案
在本公开的一个方面中，提供了一种继电器开关装置，所述继电器开关装置被安设在电池组的传输线上，以电连接或断开所述电池组和负载，该继电器开关装置包括：继电器组件，所述继电器组件包括：接触部件，所述接触部件被构造为将电流施加到所述传输线或从所述传输线释放电流；和线圈单元，所述线圈单元被构造为用作用于打开和关闭所述接触部件的电磁体；控制单元，所述控制单元被构造为供应或阻止施加到所述线圈单元的继电器电力；和操作电压感测单元，所述操作电压感测单元被构造为感测从所述控制单元施加到所述线圈单元的操作电压，其中，当操作电压低于预设参考操作电压或者在预设正常操作电压范围以外时，操作电压感测单元可以向控制单元发送出错消息。
在接收到出错消息之后，控制单元可以阻止继电器电力。
继电器开关装置可以进一步包括DC/DC转换器，该DC/DC转换器被构造为：当操作电压小于参考操作电压时，将操作电压升高到等于或大于参考操作电压的正常操作电压范围。
在接收到出错消息之后，控制单元可以操作DC/DC转换器。
当操作电压低于正常操作电压范围时，操作电压感测单元可以向控制单元发送低电压出错消息，并且当操作电压高于正常操作电压范围时，操作电压感测单元可以向控制单元发送高电压出错消息，并且控制单元可以控制DC/DC转换器，以在接收到低电压出错消息之后将操作电压升高到正常操作电压范围，并且在接收到高电压出错消息之后将操作电压降低到正常操作电压范围。
控制单元可以用作控制电池组的过充电或过放电的电池控制单元(BMS)。
继电器组件可以被设置为铰链或柱塞电磁继电器型。
接触部件可以包括：第一固定接触部件和第二固定接触部件，所述第一固定接触部件和第二固定接触部件分别地连接到在所述传输线中彼此分离的第一和第二点；和移动接触部件，所述移动接触部件面向所述第一固定接触部件和第二固定接触部件，并且以预定间隔与所述第一固定接触部件和第二固定接触部件隔开，并且继电器组件可以进一步包括柱塞单元，所述柱塞单元被联接到所述移动接触部件，并且被设置为线性往复，以使得所述移动接触部件与所述第一固定接触部件和第二固定接触部件接触以及解除与所述第一固定接触部件和第二固定接触部件的接触，线圈单元可以被形成为中空形状，并且柱塞单元可以被置放在设置于线圈单元内部的中心通道中。
柱塞单元可以包括：移动芯，所述移动芯被构造为通过所述线圈单元的电磁力在所述中心通道中移动；柱塞轴，所述柱塞轴从所述移动芯延伸，并且连接到所述移动接触部件；和固定芯，所述固定芯被设置成供所述柱塞轴穿过的中空块形状，并且被固定地安设在所述中心通道中，以限制所述移动芯在所述中心通道中的运动。
操作电压感测单元和DC/DC转换器可以与继电器组件一体地封装。
有利效果
根据本公开，通过防止继电器在低于预设参考操作电压的电压下操作，从而可以消除由于继电器的触点的非完全接触而引起的触点熔断的风险。
附图说明
图1是概略地示出根据现有技术的将电动车辆的负载和电池组连接的继电器开关的视图。
图2是根据本公开第一实施例的继电器开关装置的框图。
图3是根据本公开第二实施例的继电器开关装置的框图。
图4是示出根据本公开第二实施例的继电器开关装置的控制方法的流程的流程图。
图5和6是概略地示出继电器组件在其操作之前和之后的视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应该理解，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应被解释为限于一般的和词典的含义，而是在允许发明人为最佳解释而适当定义术语的原则的基础上，基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。
因此，本文提出的描述仅是出于示意目的的优选实例，而非旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其作出其它等同替换和修改。
在以下描述的开关装置可以用于接通和断开由诸如HEV或EV这样的电动车辆的电池组通过HV传输线供应的大电流的目的。根据本公开的开关装置不限于电动车辆，而是也可以用在诸如能量存储系统 (ESS)这样的电子设备中。
图2是根据本公开第一实施例的继电器开关装置的框图。
参考这些附图，根据本公开第一实施例的继电器开关装置10包括继电器组件100、控制单元200和操作电压感测单元300。
继电器组件100通过连接或断开在高电压传输线1上彼此分离的第一点21和第二点22来控制电流在电池组和负载之间的流动。这里，负载(未示出)指的是从电池组接收电力的装置，诸如马达或逆变器。
根据本实施例的继电器组件100被设置为柱塞型，其包括接触部件110、柱塞单元114和线圈单元120。然而，继电器组件100还可以是诸如本领域已知的铰链型电磁继电器类型的电子开关，并且只要当电流通过其流动的线圈变成电磁体时，继电器组件操作以拉动铁片来打开或关闭附接到该铁片的触点，就可以应用任何继电器组件。
根据线圈单元120的标准，继电器组件100可以具有不同的额定操作电压。例如，当低于额定操作电压的电压被施加到线圈时，由于触点的非完全接触，可能产生火花，并且触点可能熔断。当高于额定操作电压的电压被施加到线圈时，线圈可能熔化，这可能导致继电器组件100损坏。因此，优选的是，确保额定操作电压可以被施加到继电器组件100。
在下文中，本实施例的继电器组件100的额定操作电压为12V，但是认为继电器组件在9V到16V的范围中正常地操作，如果继电器组件在该范围以外，则认为继电器组件异常地操作。
9V到16V的电压被定义为正常操作电压范围，并且处于正常操作电压的9V的最小电压被定义为参考操作电压。
除了电池组之外，电动车辆还可以设置有12V电压的辅助电池组，所述12V电压的辅助电池组可以用作继电器组件100的电源。所述辅助电池组的电力可以经由控制单元200被传输到继电器组件100。
辅助电池组(未示出)可以用作各种电子设备的电源，包括启动车辆的发动机或前灯。当由于辅助电池组的放电或其它原因而导致电压下降时，施加到继电器组件100的电压也下降到12V的额定操作电压以下。
特别地，当继电器组件100以低于正常操作电压范围的约8V到 8.5V的电压来操作时，接触部件110非完全地接触，并且被此时产生的火花和热量所熔断，这可能对车辆造成严重的问题。
因此，在本公开中，当电压下降到参考操作电压以下时，操作电压感测单元300感测所述电压下降，并将出错消息发送到控制单元200，以阻止向继电器组件供应继电器电力，从而防止接触点熔断。
控制单元200是一种电池控制系统(BMS)，其控制电池组的充电和放电，并且当从操作电压感测单元300接收到出错消息时，控制施加到继电器组件100的继电器电力。
控制单元200可以可选地包括本领域已知的处理器、专用集成电路(ASIC)、其它芯片组、逻辑电路、寄存器、通信调制解调器、数据处理装置等。
操作电压感测单元300被连接到继电器组件100的线圈单元120 的两端，以感测施加到线圈的初始操作电压，并将该初始操作电压与参考操作电压进行比较。
在这方面，当初始操作电压低于参考操作电压时，出错消息被从操作电压感测单元300发送到控制单元200。
在操作电压感测单元300和控制单元200之间的通信接口可以优选地是CAN通信接口或菊花链通信接口。本公开不受通信接口的类型所限制。
从操作电压感测单元300接收到出错消息的控制单元200阻止向继电器组件100供电。因此，继电器组件100在参考操作电压以下不操作，这可以防止继电器接触部件110的非完全接触，从而消除触点熔断的风险。
与以前的描述不同，操作电压感测单元300可以被构造为：当感测到电压超出9V到16V的预设正常操作电压范围时，将出错消息发送到控制单元200。
即，不仅当将低于9V的电压施加为操作电压时，而且当将高于 16V的电压施加为操作电压时，操作电压感测单元300都可以将出错消息发送到控制单元200，以阻止对继电器组件100供电。在这种情况下，可以防止由于过电压而损坏继电器组件100。
图3是根据本公开第二实施例的继电器开关装置10的框图。随后，将参考图3描述根据本公开第二实施例的继电器开关装置10。
与第一实施例相比，根据第二实施例的继电器开关装置10可以进一步包括DC/DC转换器400。在第一实施例中，对从控制单元200施加到线圈单元120的初始操作电压和参考操作电压进行比较，并且当操作电压低于参考操作电压(9V)时，只是阻止对继电器组件100的供电，而在第二实施例中，当操作电压低于参考操作电压(9V)时， DC/DC转换器400用于将初始操作电压升高到正常操作电压范围(9V 到16V)，使得继电器组件100正常地操作。
这里，DC/DC转换器400可以根据控制单元200的控制逻辑来选择性地操作。例如，DC/DC转换器400可以被构造为当控制单元200 从操作电压感测单元300接收到出错消息时进行操作。
参考图4，更详细地，经由控制单元200来将包括在电动车辆中的12V电压的辅助电池组的电力供应到继电器组件100，或阻止辅助电池组的电力供应到继电器组件100。利用控制单元200来将电力供应到继电器组件100或阻止电力供应到继电器组件100，使得继电器组件 100可以被接通或断开。
操作电压感测单元300感测线圈单元120的电压，并且将从控制单元200供应到继电器组件100的操作电压与参考操作电压进行比较。在这方面，当初始操作电压高于参考操作电压时，由于出错消息没有被发送到控制单元200，因此DC/DC转换器400可能不操作，继电器组件100可以在初始操作电压下操作。
然而，当初始操作电压低于参考操作电压时，出错消息可以被发送到控制单元200，使得DC/DC转换器400可以由控制单元200操作。在这方面，DC/DC转换器400将初始操作电压升高到等于或大于参考操作电压的正常操作电压范围(9V到16V)。
因此，继电器组件100可以总是在高于参考操作电压的电压下操作，因此可以显著降低由于低电压而引起的继电器的触点熔断的风险。
同时，已经考虑到初始操作电压低于参考操作电压的情况描述了前面的描述，但是即使当初始操作电压比参考操作电压过高时，也可以由本公开的继电器开关装置10来调节操作电压。
例如，如上所述，操作电压感测单元300可以被构造为：当感测到电压超出了9V到16V的预设正常操作电压范围时，向控制单元200 发送出错消息。在这方面，当感测到的电压小于9V时，操作电压感测单元300发送低电压出错消息。相反，当感测到的电压超过16V时，操作电压感测单元300发送高电压出错消息。即，操作电压感测单元 300可以被构造为向控制单元200发送两种类型的出错消息。
控制单元200根据如上所述的两种类型的出错消息来操作DC/DC 转换器400，以升高或降低初始操作电压。即，如果初始操作电压小于 9V，则控制单元200升高初始操作电压，如果初始操作电压超过16V，则控制单元200降低初始操作电压，使得继电器组件100可以始终在正常操作电压范围内操作。这里，作为DC/DC转换器400，可以采用升高和降低电压的双DC/DC转换器400。
接下来，将参考图5和6描述根据本公开实施例的柱塞型继电器组件100。
根据本实施例的继电器组件100可以包括接触部件110、柱塞单元114、线圈单元120和容纳它们的继电器外罩130。
另外，上述操作电压感测单元300和DC/DC转换器400可以被构造在印刷电路板上，并且被封装在继电器外罩130的内部。即，操作电压感测单元300和DC/DC转换器400可以嵌入继电器组件100中。
接触部件110包括第一固定接触部件111、第二固定接触部件112 和移动接触部件113。第一固定接触部件111和第二固定接触部件112 分别被连接到在传输线上彼此分离的第一点21和第二点22，移动接触部件113面向第一固定接触部件111和第二固定接触部件112，并且以预定间隔与第一固定接触部件111和第二固定接触部件112隔开。
移动接触部件113被设置成金属板形状，并且与第一固定接触部件111和第二固定接触部件112相接触或者解除与第一固定接触部件 111和第二固定接触部件112的接触，因此，可以控制大电流在传输线上的流动。
移动接触部件113与第一固定接触部件111和第二固定接触部件 112之间的接触和解除接触跟随柱塞单元114的线性往复运动。
线圈单元120通过螺线管作用使得柱塞单元114线性往复。通过缠绕线圈，线圈单元120被形成为具有圆筒形状，即中空形状，并且柱塞单元114被置放在设置于线圈单元120内部的中心通道中。
当电流在线圈单元120中流动时，柱塞单元114可以通过线圈单元120的螺线管作用而从线圈单元120的中心通道移出。此时，移动接触部件113与第一固定接触部件111和第二固定接触部件112彼此接触。另外，当电流在线圈单元120中被阻挡时，柱塞单元114可以返回其原始位置，使得可以解除移动接触部件113与第一固定接触部件111和第二固定接触部件112彼此之间的接触。
柱塞单元114可以包括移动芯115、柱塞轴116和固定芯117。
移动芯115被设置为金属台座，以通过线圈单元120的电磁力移动而不被约束在中心通道中。柱塞轴116可以在移动芯115中沿着中心通道的纵向方向延伸，并且其端部在中心通道外侧与移动接触部件 113接合。当电流被施加到线圈单元120时，移动芯115和柱塞轴116 一体地移动。
固定芯117用于限制移动芯115和柱塞轴116的移动距离。固定芯117被固定在线圈单元120的中心通道中，其具有中空形状，并且具有这样的内径：使得柱塞轴116可以穿过，但是移动芯115不可以穿过。
利用这种构造，参考图5和6，当电流被施加到线圈单元120时，移动芯115可以通过线圈单元120的电磁力移动到在+Y轴方向上与固定芯117接触的位置。此时，移动芯115的移动距离对应于移动接触部件113与第一固定接触部件111和第二固定接触部件112之间的距离。
如上所述，当线圈单元120的两端之间的电压、即继电器组件100 的操作电压小于9V时，移动接触部件113与第一固定接触部件111和第二固定接触部件112很可能处于非完全接触。然而，根据本公开，当感测到操作电压低于参考操作电压时，阻止供电，或者施加升高到正常操作电压的电压，使得几乎不存在由于移动接触部件113与第一第二固定接触部件111和第二固定接触部件112之间的非完全接触而引起熔断的风险。
已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细说明和特定实例虽然指示了本公开的优选实施例，但是仅以示意的方式给出，因为从这个详细的描述，在本公开的范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的。
同时，在本说明书中，尽管已经使用了指示诸如上、下、左和右的方向的术语，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些术语仅是为了描述的方便并且可以根据观察者的观看位置或物体的位置而被不同地表达。

Claims (10)

1.一种继电器开关装置，所述继电器开关装置被安设在电池组的传输线上，以电连接或断开所述电池组和负载，
其特征在于，所述继电器开关装置包括：
继电器组件，所述继电器组件包括：
接触部件，所述接触部件被构造为将电流施加到所述传输线或从所述传输线释放电流；和
线圈单元，所述线圈单元被构造为用作用于打开和关闭所述接触部件的电磁体；
控制单元，所述控制单元被构造为供应或阻止施加到所述线圈单元的继电器电力；和
操作电压感测单元，所述操作电压感测单元被构造为感测从所述控制单元施加到所述线圈单元的操作电压，
其中，所述操作电压感测单元被进一步构造为：当所述操作电压低于预设参考操作电压或者在预设正常操作电压范围以外时，所述操作电压感测单元向所述控制单元发送出错消息。
2.根据权利要求1所述的继电器开关装置，其特征在于，所述控制单元被进一步构造为在接收到所述出错消息之后阻止所述继电器电力。
3.根据权利要求1所述的继电器开关装置，其特征在于，所述继电器开关装置进一步包括DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被构造为：当所述操作电压小于所述参考操作电压时，将所述操作电压升高到等于或大于所述参考操作电压的所述正常操作电压范围。
4.根据权利要求3所述的继电器开关装置，其特征在于，所述控制单元被进一步构造为在接收到所述出错消息之后操作所述DC/DC转换器。
5.根据权利要求3所述的继电器开关装置，其特征在于，所述操作电压感测单元被进一步构造为：当所述操作电压低于所述正常操作电压范围时，向所述控制单元发送低电压出错消息，并且当所述操作电压高于所述正常操作电压范围时，向所述控制单元发送高电压出错消息，并且
其中，所述控制单元被进一步构造为控制所述DC/DC转换器，以在接收到所述低电压出错消息之后将所述操作电压升高到所述正常操作电压范围，并且在接收到所述高电压出错消息之后将所述操作电压降低到所述正常操作电压范围。
6.根据权利要求1所述的继电器开关装置，其特征在于，所述控制单元被进一步构造为用作控制所述电池组的过充电或过放电的电池控制单元(BMS)。
7.根据权利要求1所述的继电器开关装置，其特征在于，所述继电器组件被设置为铰链或柱塞电磁继电器型。
8.根据权利要求3所述的继电器开关装置，其特征在于，所述接触部件包括：
第一固定接触部件和第二固定接触部件，所述第一固定接触部件和所述第二固定接触部件分别地连接到在所述传输线中彼此分离的第一点和第二点；和
移动接触部件，所述移动接触部件面向所述第一固定接触部件和第二固定接触部件，并且以预定间隔与所述第一固定接触部件和第二固定接触部件隔开，
所述继电器组件进一步包括柱塞单元，所述柱塞单元被联接到所述移动接触部件，并且被设置为线性往复，以使得所述移动接触部件与所述第一固定接触部件和第二固定接触部件接触以及解除与所述第一固定接触部件和第二固定接触部件的接触，
其中，所述线圈单元被形成为中空形状，并且
其中，所述柱塞单元被置放在设置于所述线圈单元内部的中心通道中。
9.根据权利要求8所述的继电器开关装置，其特征在于，所述柱塞单元包括：
移动芯，所述移动芯被构造为通过所述线圈单元的电磁力在所述中心通道中移动；
柱塞轴，所述柱塞轴从所述移动芯延伸，并且连接到所述移动接触部件；和
固定芯，所述固定芯被设置成供所述柱塞轴穿过的中空块形状，并且被固定地安设在所述中心通道中，以限制所述移动芯在所述中心通道中的运动。
10.根据权利要求3所述的继电器开关装置，其特征在于，所述操作电压感测单元和所述DC/DC转换器与所述继电器组件一体地封装。
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