KR20150104603A - 배터리 시스템용 수동 서비스 분리장치 - Google Patents

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Abstract

배터리 시스템용 수동 서비스 분리 장치(106)는, 리셉터클(128)을 규정하는 하우징(122), 리셉터클 내부의 고전류 단자 커넥터(130), 리셉터클 내부의 고전압 인터로크(HVIL) 커넥터(132) 및 리셉터클 내부의 제어 장치 단자 커넥터(134)를 갖는 분리 헤더(110)를 포함한다. 분리 플러그(112)는 분리 헤더에 제거 가능하게 결합된다. 분리 플러그는, 고전류 단자 커넥터에 전기적으로 접속된 고전류 퓨즈 및 HVIL 커넥터에 전기적으로 접속된 HVIL 션트 단자(138)를 갖는다. 전류 전력 제어 장치(136)는 리셉터클 내에 수용되고 제어 장치 단자 커넥터에 전기적으로 접속된다. 전류 전력 제어 장치는 분리 플러그가 분리 헤더로부터 제거된 때에 서비스하기 위해 노출되며, 전류 전력 제어 장치는 분리 플러그가 분리 헤더에 결합된 때에 접근 불가능하다.

Description

배터리 시스템용 수동 서비스 분리장치 {MANUAL SERVICE DISCONNECTS FOR BATTERY SYSTEMS}
본 명세서에서의 주제는 일반적으로 배터리 시스템용 수동 서비스 분리 장치에 관한 것이다.
배터리, 예를 들면 전기 차량 또는 하이브리드 차량용 배터리는 통상적으로 배터리 팩으로서 함께 그룹화된 복수의 셀을 포함한다. 배터리 팩은 이 배터리 팩의 전력 용량 및 기능을 관리하는 배터리 분배 유닛들(battery distribution units)을 포함한다. 배터리 분배 유닛은 통상적으로 배터리 팩을 하우징하는 외부 케이싱 내부에 탑재된다. 배터리 팩은, 예를 들면 배터리 팩의 서비스를 위해, 배터리 팩의 고전류 전력 회로의 분리를 허용하는 수동 서비스 분리 장치들을 또한 포함한다. 수동 분리 장치는 고전류 전기 회로의 동작을 제어하는 고전압 인터로크(high voltage interlock; HVIL)와 결합하는 배터리 팩용 퓨즈형(fused) 전기 경로를 생성하는 고전류 퓨즈를 포함한다. 고전류 퓨즈는 50A-200A 사이의 앰프 범위를 가질 수 있다.
배터리 팩은 통상적으로 에어 컨디셔너, 및/또는 DC/DC 컨버터와 같은 액세서리의 구성요소용 퓨즈형 전기 경로를 생성하는 저전류 퓨즈들을 포함한다. 저전류 퓨즈들은 위로 50A까지의 앰프 범위를 가질 수 있다. 저전류 퓨즈들은 통상적으로 배터리 팩 케이싱 내측의 배터리 분배 유닛 내측에 위치한다. 저전류 퓨즈들은 용이하게 서비스받지 못한다. 저전류 퓨즈들의 서비스는 배터리 팩 케이싱의 개방을 필요로 하고, 그런 다음 배터리 분배 유닛 전체를 제거하거나 배터리 분배 유닛을 개방하여 저전류 퓨즈들을 교체한다. 이러한 퓨즈들의 서비스는 시간이 걸리고 어렵다.
또한, 저전류 퓨즈들을 배터리 팩 외부로 옮기는 것은 외부 케이싱 상의 추가 개구를 절개하는 것을 필요로 한다. 배터리 팩의 외부 케이싱은 배터리 팩의 구성요소들을 위한 전기 차폐를 제공하는 데에 사용된다. 퓨즈들을 서비스하기 위해 외부 케이싱을 관통하는 임의의 개구들은 EMI 누출 영역들을 생성하여, 전기 차폐의 실효성을 약화시키고 비용을 상승시킨다.
배터리 팩 케이싱 내의 추가 개구들을 절개하지 않고 퓨즈들의 서비스 및 교체를 제공하는 본 명세서에 개시된 바와 같은 수동 서비스 분리 장치를 갖는 배터리 시스템에 의해 해결책이 제공된다.
배터리 시스템용 수동 서비스 분리 장치는 배터리 팩 외부에 배터리 팩과 근접하게 탑재되도록 구성된 분리 헤더(disconnect header)를 포함한다. 상기 분리 헤더는 리셉터클(receptacle)을 규정하는 하우징, 상기 리셉터클 내부의 고전류 단자 커넥터, 상기 리셉터클 내부의 고전압 인터로크(HVIL) 커넥터 및 상기 리셉터클 내부의 제어 장치 단자 커넥터를 포함한다. 분리 플러그(disconnect plug)는 상기 분리 헤더에 제거 가능하게 결합된다. 상기 분리 플러그는 상기 고전류 단자 커넥터에 전기적으로 접속된 고전류 퓨즈 및 상기 HVIL 커넥터에 전기적으로 접속된 HVIL 션트(shunt) 단자를 갖는다. 전류 전력 제어 장치는 상기 리셉터클 내에 수용된다. 상기 전류 전력 제어 장치는 상기 제어 장치 단자 커넥터에 전기적으로 접속된다. 상기 전류 전력 제어 장치는 상기 분리 플러그가 상기 분리 헤더로부터 제거된 때에 서비스하기 위해 노출되고, 상기 전류 전력 제어 장치는 상기 분리 플러그가 상기 분리 헤더에 결합된 때에 접근 불가능하다.
이제 본 발명이 첨부된 도면들을 참조하여 예시로서 설명될 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 형성된 배터리 시스템을 도시한다.
도 2는 분리 헤더로부터 합치 해제된(unmated) 분리 플러그를 나타내는 수동 서비스 분리 장치(manual service disconnect; MSD)의 상부 사시도이다.
도 3은 명료화를 위해 하우징들이 제거된 MSD의 전기 구성요소들을 도시한다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라 형성된 분리 플러그의 저부 사시도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라 형성된 분리 헤더의 저부 사시도이다.
도 6은 분리 헤더와 완전 합치 및 잠금 위치(fully mated and locked position)에 있는 분리 플러그를 나타내는 MSD의 단면도이다.
도 7은 부분 합치 위치/부분 합치 해제 위치에서의 분리 플러그를 나타내는 MSD의 단면도이다.
도 8은 초기 합치 위치/합치 해제 위치에서의 분리 플러그를 나타내는 MSD의 단면도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라 형성된 수동 서비스 분리 장치를 도시한다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라 형성된 수동 서비스 분리 장치를 도시한다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 형성된 배터리 시스템(100)을 도시한다. 배터리 시스템(100)은 새시(chassis) 또는 외부 케이싱(104) 내부에 수용된 하나의 배터리 팩(102) 및 상기 배터리 팩(102)에 근접하게 탑재된 수동 서비스 분리 장치(MSD)(106)를 포함한다. 예를 들면, MSD(106)는 외부 케이싱(104)에 직접 탑재될 수 있다. MSD(106)는 배터리 팩(102) 근처의 다른 구조체에 탑재될 수 있다.
배터리 팩(102)은 고전압 에너지 저장 시스템의 부품일 수 있다. 예를 들면, 배터리 팩(102)은 전기 차량 또는 하이브리드 전기 차량의 부품과 같은, 자동차 응용예에서 사용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 배터리 시스템(100)은, 예를 들면 배터리 팩(102)의 전류를 측정하고 전력 분배를 조정함으로써, 배터리 시스템(100)의 전력 용량 및 기능을 관리하는 배터리 분배 유닛(108)을 사용한다. 배터리 시스템(100)은 고전류 전력 회로 및 저전류 전력 회로 양쪽을 가질 수 있고, 이들 양쪽 모두는 배터리 팩(102) 및/또는 배터리 분배 유닛(108)에 전기적으로 접속된다. 저전류 및 고전류 또는 저전압 및 고전압은 서로 상대적일 수 있고 임의의 특정 범위 또는 임계값을 필요로 하지 않는다. 선택적으로, MSD(106)는 고전류 전력 회로를 분리하도록 동작할 수 있는 한편 저전류 전력 회로는 MSD(106)가 분리된 때에 접속 상태를 유지할 수 있다.
MSD(106)는 배터리 분배 유닛(108)에 전기적으로 접속된다. 배터리 분배 유닛(108)은 외부 케이싱(104)에 대해 내부일 수 있거나 외부 케이싱(104) 외부에 탑재될 수 있다. 배터리 분배 유닛(108)은 배터리 팩(102)에 전기적으로 접속된다. 예시적인 실시예에서, 배터리 분배 유닛(108)은 배터리 팩(102)에 제공된다. 대안적으로, 배터리 분배 유닛(108)은 배터리 팩(102)으로부터 멀리 위치할 수 있고, 중앙 위치로부터 개별 배터리 팩(102)을 관리하는 중앙 집중식 시스템의 부품일 수 있다.
배터리 분배 유닛(108)은 배터리 시스템(100)의 구성요소들의 동작을 감시 및/또는 제어할 수 있다. 배터리 분배 유닛(108)은 배터리 팩(102)의 배터리 건전성을 측정할 수 있거나 그에 반응할 수 있다. 배터리 분배 유닛(108)은 배터리 팩(102)의 배터리 상태를 측정할 수 있거나 그에 반응할 수 있다. 배터리 분배 유닛(108)은 배터리 팩(102)이 가지는 과전압 및/또는 저전압 상황을 감시할 수 있거나 그에 반응할 수 있다. 배터리 분배 유닛(108)은 배터리 팩(102)의 온도 변화에 따라 반응할 수 있다. 배터리 분배 유닛(108)은 배터리 팩(102)의 충전 기능들을 관리할 수 있다.
MSD(106)는 분리 헤더(110) 및 상기 분리 헤더(110)에 제거 가능하게 결합된 분리 플러그(112)를 포함한다. MSD(106)는, 예를 들면 서비스 또는 유지 보수 동안에, 배터리 시스템(100)의 전력 회로를 분리 또는 개방하는 데에 사용된다. 예를 들면, 분리 플러그(112)는 분리 헤더(110)로부터 분리되고 제거될 수 있다. 예시적인 실시예에서, MSD(106)는, MSD(106)의 개방 및 폐쇄 동안, 예를 들면 분리 헤더(110)로부터 분리 플러그(112)의 언플러깅(unplugging) 및 플러깅(plugging) 동안에 고전류 전력 회로를 제어하는 고전압 인터로크(HVIL) 회로 및 전력 회로(들)용 과전류 보호를 제공하는 퓨즈들을 포함한다. MSD(106)는 퓨즈들을 서비스하고/하거나 교체하기 위해서 퓨즈들에 대한 용이한 접근을 허용한다. 예를 들면, 분리 플러그(112)가 언플러그된 때, 퓨즈들에 접근할 수 있다. MSD(106)를 통해 퓨즈들에 접근하는 것은 배터리 팩(102)에 들어갈 필요 없이 서비스할 수 있게 한다. 예를 들면, 기술자가 퓨즈들을 서비스하기 위해서 외부 케이싱(104)을 개방할 필요가 없다. 외부 케이싱(104) 내의 추가 개구들이 퓨즈들에 접근하는 데에 제공될 필요가 없고 이는 배터리 모듈(102)의 보다 양호한 밀봉 및 차폐를 허용한다. MSD(106)는, 상기 MSD(106)가 분리되고 개방된 때에 서비스받을 수 있는, 퓨즈들에 추가로 또는 대안으로 릴레이들 또는 다른 타입의 전류 전력 제어 장치들을 보유할 수 있다.
예시적인 실시예에서, MSD(106)는 고전류 전력 회로의 분리에 앞서서 HVIL 회로를 개방하는 2 단계의 레버를 이용한다. 선택적으로, MSD(106)는 분리 플러그(112)를 분리하기 위해 공구가 필요없는(tool-free) 해결책, 예를 들면 손 조작형 레버를 제공한다. 예시적인 실시예에서, MSD(106) 상의 모든 고전류 전도성 표면은 손가락 보호성 및 접촉 안전성이 있다.
예시적인 실시예에서, 배터리 팩(102)은 외부 케이싱(104) 내부에 하우징된 복수의 배터리 셀(114)을 포함한다. 배터리 셀들(114)은 임의의 타입의 배터리 셀들 일 수 있다. 예를 들면, 배터리 셀들(114)은 파우치형(pouch) 배터리 셀 또는 각기둥형(prismatic) 배터리 셀일 수 있다. 다른 타입의 배터리 셀들이 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다. 선택적으로, 배터리 셀들(114)은 적층형 구성으로 배열된 좁은 플레이트들(narrow plates)일 수 있다. 임의의 수의 배터리 셀들(114)이 배터리 팩(102)에 제공될 수 있다. 각각의 배터리 셀들(114)은 배터리 분배 유닛(108)에 전기적으로 접속될 수 있다.
도 2는 분리 헤더(110)로부터 합치 해제된 분리 플러그(112)를 나타내는 MSD(106)의 상부 사시도이다. 분리 헤더(110)는 베이스(120) 및 이 베이스(120)의 최상부(124)로부터 연장되는 하우징(122)을 포함한다. 베이스(120)는 최상부(124)에 대향하는 최하부(126)를 포함한다. 하우징(122)은 대체로 베이스(120) 위에 리셉터클(128)을 규정한다. 분리 플러그(112)는 하우징(122)에 결합되도록 구성되고, 분리 플러그(112)의 일부분이 합치된 때에 리셉터클(128) 내에 수용된다.
분리 헤더(110)는 리셉터클(128) 내부에 고전류 단자 커넥터(130)를 포함한다. 분리 헤더(110)는 리셉터클(128) 내부에 HVIL 커넥터(132)를 포함한다. 분리 헤더(110)는 리셉터클(128) 내부에 하나 이상의 제어 장치 단자 커넥터(134)를 포함한다. 제어 장치 단자 커넥터들(134)은 이들에 전기적으로 접속된 전류 전력 제어 장치(136)를 갖는다. 도시된 실시예에서, 제어 장치 단자 커넥터들(134)은 저전류 단자 커넥터들(134)이고, 전류 전력 제어 장치는 저전류 단자 커넥터들(134)을 위한 퓨즈형 전기 경로들을 생성하는 서비스 가능 퓨즈들(136)을 구성한다. 이후의 설명은 저전류 단자 커넥터들(134)인 제어 장치 단자 커넥터들(134)을 참조하여 설명될 수 있지만; 고전류 타입과 같은 다른 타입의 제어 장치 단자 커넥터들이 저전류 타입에 추가로 또는 대안으로 사용될 수 있음이 인정된다. 이후의 설명은 서비스 가능 퓨즈들인 전류 전력 제어 장치들을 참조하여 설명될 수 있지만; 릴레이들, 컨택터들 등과 같은 다른 타입의 전류 전력 제어 장치들이 서비스 가능 퓨즈들에 추가로 또는 대안으로 사용될 수 있음이 인정된다.
예시적인 실시예에서, 하우징(122)은 HVIL 커넥터(132)와 고전류 단자 커넥터(130) 사이 또는 커넥터들(130, 132)과 하우징(122)의 벽들 사이에 규정된 공간(137)을 포함한다. 서비스 가능 퓨즈들(136)이 상기 공간(137) 내에 위치한다. 서비스 가능 퓨즈들(136)은 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)로부터 합치 해제된 때에 서비스하고 교체하기 위해 노출된다. 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)에 합치된 때, 서비스 가능 퓨즈들(136)이 덮이고 접근 불가능하다.
분리 플러그(112)는 상기 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)와 합치된 때에 HVIL 커넥터(132)에 전기적으로 접속되도록 구성된 HVIL 션트(shunt) 단자(138)(도 3에 나타냄)를 갖는다. HVIL 커넥터(132) 및 HVIL 션트 단자(138)는 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)에 결합된 때에 션트형 전기 경로를 생성한다. 분리 플러그(112)는 상기 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)와 합치된 때에 고전류 단자 커넥터(130)에 전기적으로 접속되도록 구성된 고전류 퓨즈(140)(도 3에 나타냄)를 갖는다. 고전류 단자 커넥터(130) 및 고전류 퓨즈(140)는 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)에 결합된 때에 퓨즈형 전기 경로를 생성한다.
도시된 실시예에서, 하우징(122)은 그 사이에 둥근 코너들을 갖는 측벽들을 구비한 형상으로 대체로 직사각형이다. 하우징(122)은 대안적인 실시예에서 다른 형상들을 가질 수 있다. 분리 플러그(112)는 분리 헤더(110)와 합치시키기 위해 하우징(122)에 대한 상호 보완적인 형상을 갖는다. 분리 플러그(112)는 하우징(122)의 개방 최상부를 폐쇄하도록 하우징(122) 내로 플러그된다. 도시된 실시예에서, 포스트들(150)이 하우징(122)으로부터 바깥쪽으로 연장된다.
분리 플러그(112)는 상기 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)에 결합된 때에 하우징(122) 주위로 연장되는 커버(152)를 포함한다. 분리 플러그(112)의 부분들은 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)와 합치된 때에 리셉터클(128) 내에 수용된다. 분리 플러그(112)는 커버(152)에 회전 가능하게 결합된 레버(154)를 포함한다. 레버(154)는 분리 플러그(112)를 분리 헤더(110)에 고정하도록 포스트들(150)과 맞물리는 래치들(156)을 포함한다. 선택적으로, 레버(154)가 회전되어 폐쇄되면, 분리 플러그(112)는 분리 헤더(110) 내로 끌어당겨진다. 레버(154)는 분리 플러그(112)를 분리 헤더(110)에 잠근다. 선택적으로, 레버(154)가 회전되어 개방되면, 분리 플러그(112)는 분리 헤더(110)로부터 밀어내어지고, HVIL 커넥터(132) 및 고전류 단자 커넥터(130)와 같은, 하나 이상의 커넥터를 자동으로 합치 해제시킬 수 있다.
도 3은 명료화를 위해 하우징들이 제거된 MSD(106)의 전기 구성요소들을 도시한다. 도 3은 서비스 가능 퓨즈들(136), HVIL 션트 단자(138) 및 고전류 퓨즈(140)를 도시한다. 도 3은 또한 고전류 단자 커넥터(130), HVIL 커넥터(132) 및 저전류 단자 커넥터(134)의 부분들을 도시한다.
고전류 단자 커넥터(130)는 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)에 결합된 때에 고전류 퓨즈(140)에 전기적으로 접속되도록 구성되는 한 쌍의 고전류 단자들(160)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 고전류 단자들(160)은 고전류 퓨즈(140)의 대응하는 컨택트들(162)을 수용하는 박스형 합치부를 갖는 소켓 단자들이다. 도시된 실시예에서, 컨택트들(162)은 블레이드(blade) 타입 컨택트들이다. 대안적인 실시예들에서, 고전류 단자들(160) 및 컨택트들(162)은 소켓 및 블레이드 타입 구조체들과는 다른 구조체들을 포함할 수 있다. 고전류 단자들(160)은, 케이블들, 와이어들, 버스바들 또는 다른 타입의 전도체들와 같은 다른 전기 전도체들에 종단되도록 구성되는 종단 단부들(164)을 갖는다. 전도체들은 배터리 분배 유닛(108)에 전기적으로 접속될 수 있다. 퓨즈형 전기 경로가 고전류 단자들(160)과 고전류 퓨즈(140) 사이에 생성된다. 임의의 타입의 고전류 퓨즈(140)가 이용될 수 있다. 선택적으로, 고전류 퓨즈(140)는 분리 플러그(112)가 배터리 팩(100)을 서비스하기 위해 리셉터클 헤더(110)로부터 맞물림 해제된 때에 고전류 단자(160)로부터 분리될 수 있다. 선택적으로, 고전류 퓨즈(140)는, 예를 들면 고전류 퓨즈(140)가 끊어진 후에 고전류 퓨즈(140)를 교체하도록 하는 바와 같이, 분리 플러그(112)로부터 제거될 수 있다. 도시된 실시예에서, 고전류 퓨즈(140)는 125 앰프(amp) 퓨즈이지만, 다른 정격 퓨즈들이 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다.
HVIL 커넥터(132)는 대응하는 HVIL 케이블들(172)의 단부들에 종단될 수 있는 한 쌍의 HVIL 단자들(170)을 포함한다. HVIL 케이블들(172)은 배터리 분배 유닛(108)(도 1에 나타냄)에 전기적으로 접속될 수 있다. 도시된 실시예에서, HVIL 단자들(170)은 그들의 합치 단부들에서 소켓 단자들을 갖지만, 다른 타입의 합치 단부들이 대안적인 실시예들에서 제공될 수 있다. HVIL 션트 단자(138)는 HVIL 단자들(170)과 합치되도록 구성되어 션트형 전기 경로를 생성한다. 도시된 실시예에서, HVIL 션트 단자(138)는 그로부터 연장되어 대응하는 HVIL 단자들(170) 내에 수용되도록 구성되는 포스트들(174)을 포함한다. HVIL 션트 단자(138)는 한 쌍의 HVIL 단자들(170)을 전기적으로 접속시킨다.
예시적인 실시예에서, 배터리 시스템(100)의 고전류 전력 회로는 HVIL 션트 단자(138)가 HVIL 단자들(170)에 전기적으로 접속될 때까지 작동을 하지 않고, 이는 고전류 전력 회로가 생성된 후(예를 들면 컨택트들(162)이 고전류 단자들(160)에 결합된 후)에 일어난다. 고전류 전력 회로는 HVIL 션트 단자(138)가 HVIL 단자들(170)로부터 언플러그된 때에 작동을 중단하고, 이는 고전류 퓨즈(140)가 고전류 단자들(160)로부터 언플러그되기 이전에 일어난다. 이와 같이, 고전류 전력 회로는 고전류 퓨즈(140)가 고전류 단자들(160)로부터 단선되기 이전에 정지(shut down)되어, 아크 발생을 감소 및/또는 제거한다.
저전류 단자 커넥터들(134) 각각은 한 쌍의 저전류 단자들(180)을 포함한다. 서비스 가능 퓨즈들(136)은 대응하는 저전류 단자들(180) 사이에 제거 가능하게 위치해서 저전류 단자들(180) 사이에 퓨즈형 전기 경로들을 생성한다. 도시된 실시예에서, 저전류 단자들(180)은 2 피스(piece) 단자들이고, 이들 각각은 블레이드(182) 및 컨택트(184)를 포함한다. 블레이드(182)는 서비스 가능 퓨즈(136)와 직접 맞물리기 위한 합치 경계면을 규정한다. 예를 들면, 서비스 가능 퓨즈(136)의 금속 단부 캡은 블레이드(182)의 합치부와 직접 맞물린다. 컨택트(184)는 블레이드(182)의 다른 단부에 결합된다. 도시된 실시예에서, 컨택트(184)는 블레이드(182)의 일부분을 수용하는 소켓 컨택트이다. 컨택트(184)의 다른 단부는 다른 전기 전도체, 예를 들면 저전류 전력 케이블 또는 다른 전기 전도체에 전기적으로 접속되도록 구성된다. 도시된 실시예에서, 컨택트(184)는 대응하는 저전류 전력 전도체에 주름지도록 구성된 주름 배럴(crimp barrel)을 갖는다. 저전류 전력 전도체는 배터리 분배 유닛(108)(도 1에 나타냄)에 전기적으로 접속되도록 구성된다. 단일 피스 단자를 포함하는, 다른 타입의 저전류 단자들(180)이 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다.
도시된 실시예에서, 서비스 가능 퓨즈들(136)은 고전류 퓨즈(140)에 대체로 수직으로 배열된다. 서비스 가능 퓨즈들(136)은 리셉터클(128)(도 2에 나타냄)을 측방향으로 가로질러서 걸쳐 있는 한편, 고전류 퓨즈는 리셉터클(128)을 길이방향으로 가로질러서 걸쳐 있다. 고전류 퓨즈(140)는 저전류인 서비스 가능 퓨즈들(136)보다도 크기 및 전류 정격(current rating)이 큰 퓨즈이다. 예를 들면, 고전류 퓨즈(140)는 50A 내지 200A까지일 수 있는 한편, 저전류 서비스 가능 퓨즈들(136)은 위로 50A까지의 범위 내일 수 있다. 임의의 타입 및 정격 퓨즈들이 배터리 시스템(100) 내부에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 서비스 가능 퓨즈들(136)은 카트리지 퓨즈, 페룰(ferrule) 퓨즈, 블레이드 타입 퓨즈, 또는 다른 타입의 퓨즈일 수 있다. 도시된 실시예에서, 서비스 가능 퓨즈들(136)은 금속 단부 캡들을 갖는 원통형 본체를 갖는 페룰 타입 퓨즈이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따라 형성된 분리 플러그(112)의 저부 사시도이다. 분리 플러그(112)는 커버(152) 및 이 커버(152) 내에 수용된 고정 장치(fixture)(190)를 포함한다. 고정 장치(190)는 고전류 퓨즈(140) 및 HVIL 션트 단자(138)를 보유하는 데에 사용된다. 도시된 실시예에서, 고전류 퓨즈(140)의 컨택트들(162)은 고정 장치(190)를 통해 연장되고, 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)(도 2에 나타냄)에 결합된 때에 분리 헤더(110)와 합치시키기 위해 고정 장치(190) 아래로 노출된다.
HVIL 션트 단자(138)의 일부분은 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)에 결합된 때에 분리 헤더(110)와 합치하기 위해 고정 장치(190) 아래로 노출된다. 예를 들면, 포스트들(174)이 고정 장치(190) 아래로 노출된다. 예시적인 실시예에서, HVIL 슈라우드(shroud)(192)가 HVIL 션트 단자(138)를 둘러싸서 HVIL 션트 단자(138)를 손상으로부터 보호한다. 도시된 실시예에서, HVIL 슈라우드(192)는 박스형이지만, HVIL 슈라우드(192)는 대안적인 실시예들에서 다른 형상들을 가질 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예에 따라 형성된 분리 헤더(110)의 저부 사시도이다. 베이스(120)의 최하부(126)가 도 5에 도시되어 있다. 예시적인 실시예에서, 가스킷(200)이 최하부(126)에서 분리 헤더(110)의 커넥터 영역을 둘러싼다. 가스킷(200)은 분리 헤더(110)가 결합되는 외부 케이싱(104) 또는 다른 구조체에 분리 헤더(110)를 밀봉하는 데에 사용된다. 대안적으로, 가스킷(200)은, 예를 들면 내부 MSD 배치를 위해 필요하지 않을 수 있다.
저전류 커넥터들(134), HVIL 커넥터(132) 및 고전류 단자 커넥터(130)의 부분들은 베이스(120)의 최하부(126) 아래로 연장된다. 예를 들면, 각각의 커넥터들은 대응하는 전기 전도체들을 보유하는 데에 사용되는 커넥터 본체들(202)을 포함할 수 있다. 커넥터 본체들(202)은 베이스(120) 및/또는 하우징(122)과 일체일 수 있다. 예를 들면, 커넥터 본체들(202)은 베이스(120) 및 하우징(122)과 공동 몰딩(co-molding)될 수 있다. 대안적으로, 커넥터 본체들(202)은 베이스(120) 및 하우징(122)으로부터 분리되고 별개일 수 있고 분리 플러그(112)(도 4에 나타냄)와 합치시키기 위한 위치에 대응 도전체들을 보유하기 위해 베이스(120) 및/또는 하우징(122)에 결합될 수 있다.
선택적으로, HVIL 단자들(170), 고전류 단자들(160), 및 저전류 단자들(180)은 아래로부터 대응하는 커넥터 본체들(202) 내로 로딩될 수 있다. 이러한 단자들(160, 170, 180)에 접속된 와이어들 또는 케이블들 또는 다른 전도체들은 그들로부터 베이스(120) 아래로 연장될 수 있고 배터리 분배 유닛(108)에 라우팅될 수 있다.
도 6은 분리 헤더(110)와 완전 합치 및 잠금 위치에 있는 분리 플러그(112)를 나타내는 MSD(106)의 단면도이고, 여기서 HVIL 커넥터(132) 및 고전류 단자 커넥터(130)가 완전히 맞물린다. 도 7은 부분 합치 위치/부분 합치 해제 위치에서의 분리 플러그(112)를 나타내는 MSD(106)의 단면도이고, 여기서 HVIL 커넥터(132)가 완전히 맞물림 해제되는 한편 고전류 단자 커넥터(130)는 여전히 맞물려 있다. 도 8은 초기 합치 위치/합치 해제 위치에서의 분리 플러그(112)를 나타내는 MSD(106)의 단면도이고, 여기서 HVIL 커넥터(132) 및 고전류 단자 커넥터가 완전히 맞물림 해제되어 있다. 서비스 가능 퓨즈들(136)은 분리 헤더(110) 내부에 수용된다. 서비스 가능 퓨즈들(136)은, 달리 쓸모없는 공간이고 다른 구성요소들에 의해 미사용된 공간(137) 내에 위치한다. 서비스 가능 퓨즈들(136)은 HVIL 커넥터(132)와 고전류 단자 커넥터(130) 사이의 공간들(137) 내에 위치한다.
예시적인 실시예에서, 레버(154)는 분리 플러그(112)를 분리 헤더(110)에 합치시키거나 분리 플러그(112)를 분리 헤더(110)로부터 합치 해제시키는 데에 사용된다. 예를 들면, 개방 방향에서의 레버(154)의 작동은 분리 플러그(112)를 분리 헤더(110) 내로, 예를 들면 도 8에 나타낸 위치로부터 도 7에 나타낸 위치를 통해 도 6에 나타낸 위치로 끌어당김으로써 분리 헤더(110)에 대하여 분리 플러그(112)를 이동시킨다. 폐쇄 방향에서의 레버(154)의 작동은 분리 플러그(112)를 분리 헤더(110)로부터 멀리, 예를 들면 도 6에 나타낸 위치로부터 도 7에 나타낸 위치를 통해 도 8에 나타낸 위치로 밀어냄으로써 분리 헤더(110)에 대하여 분리 플러그(112)를 이동시킨다.
초기 합치 위치(도 8)에서, 커버(152)는 하우징(122)과 맞물려 있다. 고전류 단자들(160)은 컨택트들(162)로부터 완전히 맞물림 해제되고 HVIL 션트 단자(138)는 HVIL 단자들(170)로부터 완전히 맞물림 해제되어 있다. 합치하는 동안, 분리 플러그(112)는 부분 합치 위치(도 7)까지 분리 헤더(110) 내로 플러그되고 고전류 단자들(160)은 초기에 컨택트들(162)과 맞물려서, 고전류 퓨즈(140)를 통해 퓨즈형 전기 경로를 생성한다. 부분 합치 위치에서, HVIL 션트 단자(138)는 여전히 HVIL 단자들(170)로부터 완전히 맞물림 해제되어 있다. 부분 합치 위치에서, HVIL 회로가 개방되기 때문에, 배터리 시스템(100)(도 1에 나타냄)은 고전류 회로의 작동을 허용하지 않는다. 분리 플러그(112)가, 예를 들면 완전 합치 위치(도 6)까지, 분리 헤더(110) 내로 계속해서 플러그되면, HVIL 션트 단자(138)는 HVIL 단자들(170)과 합치된다. HVIL 회로가 연결되거나 만들어지면, 배터리 시스템(100)은 고전류 회로의 작동을 허용한다.
분리 헤더(110)로부터 분리 플러그(112)의 합치 해제 또는 분리는 반대의 순서로 수행된다. HVIL 션트 단자(138)는 처음에 HVIL 단자들(170)로부터 합치 해제되어, 배터리 시스템이 고전류 회로의 작동을 중단하게 한다. 또한, 분리 플러그(112)의 합치 해제는 고전류 회로가 오프된 후에만 컨택트들(162)이 고전류 단자들(160)로부터 합치 해제하게 하며, 이에 따라 아크 발생을 제거한다. 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)로부터 완전히 제거되면, 서비스 가능 퓨즈들(136)은 서비스 또는 제거하기 위해 접근 가능하게 된다. 고전류 퓨즈(140)는 또한 분리 플러그(112)가 분리 헤더(110)로부터 완전히 제거되면 서비스받을 수 있다.
도 9는 예시적인 실시예에 따라 형성된 수동 서비스 분리 장치(206)를 도시한다. 수동 서비스 분리 장치는 상기 수동 서비스 분리 장치(106)(도 1에 나타냄)와 유사하지만, 수동 서비스 분리 장치(206)는 상이한 구성의 서비스 가능 퓨즈들(136) 및 상이한 위치의 HVIL 커넥터(132)를 갖는다. 서비스 가능 퓨즈들(136)은 여전히 고전류 퓨즈(140) 아래에 위치하지만, 서비스 가능 퓨즈들(136)은 고전류 퓨즈(140)에 대체로 평행하게 나란히(side-by-side) 배열된다. 서비스 가능 퓨즈들(136) 및 고전류 퓨즈(140)는 길이방향으로 걸쳐 있다. 양쪽의 서비스 가능 퓨즈들(136)은 고전류 퓨즈(140)의 컨택트들(162) 중 하나와 HVIL 커넥터(132) 사이에 위치한다. 다른 구성들이 대안적인 실시예들에서 가능하다.
도 10은 예시적인 실시예에 따라 형성된 수동 서비스 분리 장치(208)를 도시한다. 수동 서비스 분리 장치(208)는 수동 서비스 분리 장치(106)(도 1에 나타냄)와 유사하지만, 수동 서비스 분리 장치(208)는 상이한 위치의 HVIL 커넥터(132) 및 상이한 구성의 전류 전력 제어 장치들(136)을 갖는다. 예를 들면, 전류 전력 제어 장치들(136)은 양쪽의 서비스 가능 퓨즈들(136) 뿐만 아니라 릴레이(210)도 포함한다. 릴레이(210)는 하우징(122) 내부에 배열된다. 릴레이(210)는 분리 플러그(112)(도 2에 나타냄)가 분리 헤더(110)로부터 분리되면 서비스 가능하다. 릴레이(210)는 2개의 고전류 블레이드 및 2개의 코일 제어 블레이드(도시하지 않음)를 갖는다. 블레이드들은 릴레이 블레이드 커넥터들과 같은 대응하는 제어 장치 단자 커넥터들과 맞물려서, 그들의 전기 회로들을 각각 생성하고, 서비스 가능 퓨즈들과 유사한 방식으로 구성된다.
본 명세서에서 설명된 실시예들은 고전류 퓨즈 아래의 쓸모없는 공간 내에 서비스 가능 퓨즈들 또는 추가 릴레이들을 사용한다. 이러한 배열은 배터리 팩 케이싱(104) 내에 추가 절삭 구멍을 추가함 없이 저전류 퓨즈들 또는/및 릴레이를 서비스 가능하게 한다. 케이싱(104) 차폐 능력이 감소되지 않고 비용이 최소화된다.
상기 설명은 도시하고자 하는 것일 뿐, 한정하고자 하는 것이 아님이 이해될 것이다. 예를 들면, 상술한 실시예들(및/또는 그의 양태들)은 서로 조합하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 범주를 이탈하지 않고서 본 발명의 교시들에 특정 상황 또는 물질을 맞추도록 많은 변형예가 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 설명된 치수들, 물질들의 타입들, 다양한 구성요소의 배향들, 및 다양한 구성요소의 수 및 위치는 소정의 실시예들의 파라미터들을 규정하고자 하는 것이지, 한정하고자 하는 것이 아니며, 단지 예시적인 실시예들이다. 특허청구범위의 사상 및 범주 내에서의 많은 다른 실시예들 및 변형예들이 상기 설명의 검토 시에 당 기술분야에 숙련된 자에게 명백할 것이다.

Claims (10)

  1. 배터리 시스템(100)용 수동 서비스 분리 장치(manual service disconnect)(106)로서,
    배터리 팩(102)에 근접하게 탑재되도록 구성된 분리 헤더(110)로서, 상기 분리 헤더는 리셉터클(receptacle)(128)을 규정하는 하우징(122), 상기 리셉터클 내부의 고전류 단자 커넥터(130), 상기 리셉터클 내부의 고전압 인터로크(high voltage interlock; HVIL) 커넥터(132) 및 상기 리셉터클 내부의 제어 장치 단자 커넥터(134)를 포함하는 것인, 상기 분리 헤더;
    상기 분리 헤더에 제거 가능하게 결합된 분리 플러그(112)로서, 상기 분리 플러그는 상기 고전류 단자 커넥터에 전기적으로 접속된 고전류 퓨즈(140) 및 상기 HVIL 커넥터에 전기적으로 접속된 HVIL 션트(shunt) 단자(138)를 구비하는 것인, 상기 분리 플러그; 및
    상기 리셉터클 내에 수용된 전류 전력 제어 장치(136)로서, 상기 전류 전력 제어 장치는 상기 제어 장치 단자 커넥터에 전기적으로 접속되고, 상기 전류 전력 제어 장치는 상기 분리 플러그가 상기 분리 헤더로부터 제거된 때에 서비스하기 위해 노출되며, 상기 전류 전력 제어 장치는 상기 분리 플러그가 상기 분리 헤더에 결합된 때에 접근 불가능한 것인, 상기 전류 전력 제어 장치;
    를 포함하는 수동 서비스 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    공간(137)이 상기 HVIL 커넥터(132)와 상기 고전류 단자 커넥터(130) 사이의 리셉터클(128) 내에 규정되고, 상기 전류 전력 제어 장치(136)는 상기 공간 내에 위치하는 수동 서비스 분리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징(122)은 개방 최상부(open top)를 포함하고, 상기 분리 플러그(112)는 상기 하우징 내에 플러그되어 상기 개방 최상부를 폐쇄하고, 상기 전류 전력 제어 장치(136)는 상기 분리 플러그에 의해 덮이는 수동 서비스 분리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리 헤더(110)는 상기 배터리 팩(102)에 직접 탑재되도록 구성된 베이스(120)를 포함하고, 상기 고전류 단자 커넥터(130), 상기 고전압 인터로크 커넥터(132) 및 상기 제어 장치 단자 커넥터(136)는 상기 베이스를 통해 상기 배터리 팩 내로 연장되는 수동 서비스 분리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분리 헤더(110)는 최상부(124) 및 최하부(bottom)(126)를 갖는 베이스(120)를 포함하고, 상기 하우징(122)은 상기 최상부로부터 연장되며, 상기 최하부는 상기 배터리 팩(102)에 직접 탑재되도록 구성되고, 상기 고전류 단자 커넥터(130), 상기 HVIL 커넥터(132) 및 상기 제어 장치 단자 커넥터(134)는 상기 베이스로부터 상기 최하부 아래로 연장되는 수동 서비스 분리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전류 전력 제어 장치(136)는, 상기 분리 플러그(112)가 상기 분리 헤더(110)로부터 제거된 때 그리고 상기 HVIL 션트 단자(138) 및 고전류 퓨즈(140)가 상기 HVIL 커넥터(132) 및 상기 고전류 단자 커넥터(130)로부터 각각 분리된 후에 상기 제어 장치 단자 커넥터(134)로부터 분리되고 상기 분리 헤더(110)로부터 제거되도록 구성되는 수동 서비스 분리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 고전류 단자 커넥터(130)는 한 쌍의 고전류 단자들(160)을 포함하고, 상기 고전류 퓨즈(140)는 상기 분리 플러그(112)가 상기 분리 헤더(110)에 결합된 때에 상기 고전류 단자들에 전기적으로 접속되는 한 쌍의 컨택트들(162)을 포함하며, 상기 고전류 퓨즈는 상기 컨택트들 사이에 퓨즈형 전기 경로를 규정하는 수동 서비스 분리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 HVIL 커넥터(132)는 한 쌍의 HVIL 단자들(170)을 포함하고, 상기 HVIL 션트 단자(138)는 상기 분리 플러그(112)가 상기 분리 헤더(110)에 결합된 때에 상기 HVIL 단자들 사이에 션트 전기 경로를 생성하는 수동 서비스 분리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어 장치 단자 커넥터(134)는 한 쌍의 저전류 단자들(180)을 포함하고, 상기 전류 전력 제어 장치는 서비스 가능 퓨즈(136)를 포함하고, 상기 서비스 가능 퓨즈는 상기 분리 플러그(112)가 상기 분리 헤더(110)에 결합된 때에 상기 저전류 단자들을 전기적으로 접속시키며, 상기 서비스 가능 퓨즈는 상기 저전류 단자들 사이에 퓨즈형 전기 경로를 규정하는 수동 서비스 분리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 분리 헤더(110) 내에 제2 제어 장치 단자 커넥터(134) 및 제2 전류 전력 제어 장치(136)를 더 포함하고, 상기 HVIL 커넥터(132)는 상기 전류 전력 제어 장치(136)와 상기 제2 전류 전력 제어 장치 사이에 위치하는 수동 서비스 분리 장치.
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