电源装置及具有该电源装置的安全电路

摘要

一种包括多个串联的电池模块的电源装置和安全电路。从电池组的端子板的侧面插入供电插头，因此在电池模块之间建立电连接。通过突起部将连接器设置在端子盖的后面，及通过连接端子盖和将连接器插进端子板来触发第二安全开关，因此在电池模块中建立电连接。即使在完成维护时连接了供电插头而未连接端子盖，通过第二开关使电池模块仍然保持断开状态，且防止因端子的暴露而出现的通电。

权利要求

1.一种由多个串联的电池模块构成的电源装置，包括：

盖，用于遮盖所述电池模块的正极端子和负极端子；

第一安全开关，其通过供电插头的插入和移除来断开和闭合所述电池模块之间的连接，所述供电插头通过与所述盖接合来控制所述盖的移除；和第二安全开关，其通过与所述盖的连接和移除相关联的连接器的插入和移除来断开和闭合所述电池模块之间的连接，其中，在连接到所述盖的状态中闭合所述电池模块之间的连接的所述连接器突出地设置在所述盖的后面，其中通过与所述盖的连接和移除相关联的所述连接器的插入和移除，以及通过所述供电插头的插入和移除，来断开和闭合所述电池模块之间的连接。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其中通过所述供电插头的插入以及与所述盖的连接相关联的所述连接器的插入，来闭合所述电池模块之间的连接。

3.一种安全电路，包括：

由多个串联的电池模块构成的电源装置，所述电池模块具有用于遮盖所述电池模块的正极端子和负极端子的盖，通过供电插头的插入和移除来断开和闭合所述电池模块之间的连接的第一安全开关，和通过与所述盖的连接和移除相关联的连接器的插入和移除来断开和闭合所述电池模块之间的连接的第二安全开关，所述供电插头通过与所述盖接合来控制所述盖的移除，在连接到所述盖的状态中闭合所述电池模块之间的连接的所述连接器突出地设置在所述盖的后面，其中，通过与所述盖的连接和移除相关联的所述连接器的插入和移除，以及通过所述供电插头的插入和移除，来断开和闭合所述电池模块之间的连接；

信号发射器；

信号探测器，其接收从所述信号发射器发射的信号；

开关，其设置在所述信号发射器和所述信号探测器之间，且通过所述连接器的插入和移除而断开和闭合；和控制器，其根据所述信号探测器接收到的信号来探测所述连接器的移除，因而将所述电源装置从负载断开。

4.根据权利要求3所述的安全电路，其中，当从所述信号发射器供应一定值的电流时，根据由所述信号探测器探测到的电流的值，所述控制器识别所述连接器插入的状态、所述连接器移除的状态和其它电路故障。

说明书

电源装置及具有该电源装置的安全电路

[0001] 优先权信息

[0002] 本申请要求于2007年8月24日提交的申请号为2007-217784的日本专利的优先权，以参阅的方式将其全部内部并入于此。

技术领域

[0003] 本发明涉及电源装置及其安全电路，尤其是涉及用于防止在维护操作过程中会发生的电击的结构。

背景技术

[0004] 在混合动力电动车或相类似的物件中，使用由多个电池模块串联组装的电源装置，各个电池模块包括一个单电池或多个单电池，采取仅设置一个电源开关，用于断开或闭合电源装置产生的载流电路，不能防止在维护操作过程中电源开关的错误触发。由于该原因，已提出提供一种与电源开关分离的互锁机构。

[0005] 2001-320801A描述了一种结构，其具有插入在在任意对的电池模块之间的安全开关，其中操作员将供电插头(Service Plug)插进断路器主体和从断路器主体上移除供电插头，因此断开或闭合电池模块之间的连接且进而断开和闭合载流电路。还描述了一种结构，其中由于供电插头的移除，互锁引导开关被关断，因此使主控制部中的系统主继电器不起作用。

[0006] 2006-294425A描述了一种结构，其具有插入在任意对的电池模块之间的安全开关，其中操作员将供电插头插进断路器主体和从断路器主体上移除供电插头，因此断开或闭合电池模块之间的连接，并且描述了一种键，其用于连接到断路器主体并且在连接的状态中阻止安全插头的插入。

[0007] 图6、图7A和图7B示出了现有技术的电池组的构造。电池组1用于驱动车辆。由一个单电池或多个串联的单电池组成的多个电池模块与设置在其间的冷却管道并联设置。电池组包括内置的电池组件，所述电池组件是通过将设置在电池模块两端的端构件相结合并组装起来，并且将电池模块彼此串联构造而成。冷却空气通风通道位于电池组件的上部和下部中，用于将冷却空气供应到设置在电池模块之间的各冷却通道中，以及将冷却空气从各冷却通道中排出。充/放电监控部(电池ECU)设置在电池组件的一侧面上，充/放电监控部是用于监控电池组的电压、电流、温度、SOC(充电状态)等的装置，而用于将冷却空气供应到冷却空气通风通道的风扇设置在电池组件的另一端。

[0008] 用于断开和闭合在任意互联的电池模块之间的载流电路的安全开关2设置在电池组1的一侧面的中间位置。安全开关2由开关主体3和安全插头(Safety Plug)4组成，且设置为，通过插入安全插头4来闭合载流电路和通过移除安全插头4来断开载流电路。

[0009] 图7A和图7B表示电池组1的电连接结构。电池模块5的正极端子和负极端子彼此依次连接，结果相互连结的电池组5全部串联。所有连接到各电池模块两端的正极和负极端子经由主继电器开关6连接到外部连接端子7。另外，一对任意邻接的中间的电池模块5的正极和负极端子经由安全开关2彼此连接。一对连接端子3a在安全开关2的开关主体3内并联，且该对电池模块5的正极和负极端子连接到连接端子3a。如图7B所示，一对连接端子4a在安全开关2的安全插头4的插入侧端面上设置得与连接端子3a相对。一对连接端子4a经由保险丝8彼此连接，通过将安全插头4插进开关主体3，连接端子3a经由保险丝8连接在一起。通过移除安全插头4来关断载流电路。安全插头4设置有锁构件9，在安全插头4插进开关主体3的状态中适宜地操纵锁构件9，因而将接合部9a接合到形成在开关主体3中的相对的接合部10中，因此锁定了插入状态。另外，安全插头4设置有探测开关11，当锁构件9进入锁定状态时探测开关11运作。当探测开关11运作时，控制部
12设置为闭合主继电器开关6。

[0010] 如上所述，采用通过插入和移除供电插头(或安全插头)来断开和闭合电池模块之间的连接的互锁构造可以确保维护操作过程中的安全。但是，当在执行维护操作和检查电池模块的正极和负极外部连接端子附近区域的过程中，移除端子盖时可能会引起问题。特别地，可能会有如下情况，在移除供电插头和端子盖后执行维护和检查操作并且修护人员在完成维护和检查操作后插入供电插头而忘记连接端子盖。在这种情况中，电池模块之间的连接是闭合的而外部连接端子暴露着。

[0011] 自然也可想到如下情况，为了仅在连接了端子盖的状态下使得供电插头插入，插头和端子盖彼此接合的位置处的布局设置有特定图案。但是，期望能更简单地、可靠地防止修护人员忘记连接端子盖。

[0012] 当电源装置装配有多个互锁机构时或当多个电源装置的每个装配有互锁机构时，必须根据互锁机构的操作条件来不失效地控制电源装置的操作。

发明内容

[0013] 首先，本发明确保电源装置的维护操作过程中的安全性。其次，本发明提供一种安全电路，当电源装置装配有互锁机构时，能够准确捕获操作条件。

[0014] 本发明旨在提供一种由多个串联的电池模块制成的电源装置，包括：

[0015] 盖，用于遮盖所述电池模块的正极端子和负极端子；和

[0016] 安全开关，通过供电插头的插入和移除，断开和闭合所述电池模块之间的连接，所述供电插头通过与所述盖接合来控制所述盖的移除，其中

[0017] 连接器突出地设置在所述盖的后面，在装配到所述盖的状态中，所述连接器闭合所述电池模块之间的连接，且通过所述连接器的插入和移除来断开和闭合所述电池模块之间的连接，所述连接器的插入和移除与所述盖的装配和移除和所述供电插头的插入和移除相关联。

[0018] 在本发明的一实施方式中，通过所述供电插头的插入和与所述盖的装配相关联的所述连接器的插入来闭合所述电池模块之间的连接。

[0019] 本发明也旨在提供一种具有电源装置的安全电路，该电路包含：

[0020] 信号发射器；

[0021] 信号探测器，接收从所述信号发射器发射的信号；

[0022] 开关，设置在所述信号发射器和所述信号探测器之间，且通过所述连接器的插入和移除而断开和闭合；和

[0023] 控制器，根据所述信号探测器接收到的信号探测所述连接器的移除，因而将所述电源装置从负载上断开。

[0024] 在本发明的另一实施方式中，当从所述信号发射器供应的一定值的电力电流时根据由所述信号探测器探测的电力电流的值，所述控制器识别插入所述连接器的正常状态、移除连接器的异常状态和其它电路故障。

[0025] 根据本发明，可以确保维护操作时的安全性。另外，可以准确捕获互锁的操作状态。

[0026] 参照下面提供的实施方式将更清晰地理解本发明。但是，本发明的范围不局限于所述实施方式。

附图说明

[0027] 参照下面的附图将详细说明本发明的优选实施方式，其中：

[0028] 图1是一实施方式的供电插头(SP)的插入的说明图；

[0029] 图2是该实施方式的端子盖的连接/移除的说明图；

[0030] 图3是端子盖的示意图；

[0031] 图4是该实施方式的整体电路图；

[0032] 图5是识别正常条件、异常条件和电路故障的说明图；

[0033] 图6是现有技术的电池组的示意图；

[0034] 图7A和图7B是现有技术的电池组的示意电路图。

[0035] 具体实施方式

[0036] 以下将参照附图说明本发明的实施方式。

[0037] 图1示出了电池组100的构造，其用作用于驱动车辆的本实施方式的电源装置。电池组100的基本构造与图6所示的现有技术的电池组的构造一样。由一个单电池或多个串联的单电池组成的多个电池模块与插入在其中的冷却通道并联设置。电池组包括内置的电池组件，电池组件是通过结合并且组装设置在电池模块两端的端构件，以及将电池模块彼此串联连接而组装构造的。冷却空气通风通道位于电池组件的上部和下部中，冷却空气通风通道用于将冷却的空气供应到设置在电池模块之间的相应的冷却通道中，和将冷却的空气从相应的冷却通道中排出。电池组的充/放电监控部件(电池ECU)设置在电池组件的一侧面上，充/放电监控部件是用于监控电压、电流、温度、SOC、及类似的装置，而用于向冷却空气通风通道供应冷却空气的风扇设置在电池组件的另一端。

[0038] 具有电池模块的正极和负极外部连接端子的端子板102设置在电池组100的一侧面上。端子板102具有遮盖端子板的上部的端子盖106，因此防止外部连接端子的暴露。在端子板102中设置有安全开关，用于断开和闭合位于互相连接的任意电池模块之间的载流电路。安全开关由开关主体和供电插头(SP)104组成，且设置成通过将供电插头104如箭头所示插进端子板102的一侧来闭合载流电路，以及通过移除供电插头104来断开载流电路。安全开关的构造与例如现有技术的安全开关相同。一对连接端子在安全开关的开关主体中并联，且该对电池模块的正极和负极端子连接到所述连接端子。一对连接端子在安全开关的供电插头(SP)104的插入侧端面上设置得与所述连接端子相对。所述一对连接端子经由保险丝连接在一起，并且所述连接端子通过将供电插头插进开关主体经由保险丝而连接在一起。通过移除供电插头104来关断载流电路。

[0039] 在供电插头(SP)104的插入状态中，载流电路闭合，且供电插头与端子盖106的接合部106a接合，因此锁定端子盖106并且防止盖的移除。具体地，当遮盖端子板102的上部时端子盖106的接合部106a位于端子板102的一侧，而从该侧插进的供电插头(SP)104的突起部装配进形成在接合部106a中的开口，因而锁定端子盖106。因此，为了移除端子盖106以执行维护和检测端子板102，首先必须移除供电插头(SP)104。供电插头(SP)104移除后，如图2所示端子盖106被移除，因而执行维护和检测。由于移除了供电插头(SP)104而断开了电池模块之间的连接，因此切断了载流电路。因此，维护人员通过移除端子盖106可以执行维护和检测。

[0040] 同时，完成维护操作后，执行用于开始维护操作的反向操作；即，执行将端子盖16连接到端子板102以及接着将供电插头(SP)104从端子板102的一侧插进安全开关的操作。但是，可能出现在将端子盖106连接到端子板102之前将供电插头(SP)104插进安全开关的情况或维护人员插入供电插头(SP)104而忘记连接端子盖106的情况。在这种情况中，通过插进供电插头(SP)104载流电路被闭合而端子暴露在外面。

[0041] 由于该原因，在本实施方式中，除了设置在端子板102中的安全开关，还设置通过连接和移除端子盖106来断开和闭合载流电路的第二安全开关。第二安全开关与安全开关(下文称作第一安全开关)具有相同的构造。一对连接端子在开关主体中并联，且一对电池模块的正极和负极端子连接到所述连接端子。尽管第一安全开关和第二安全开关彼此串联，第二安全开关通过不与供电插头(SP)104接合而与设置在端子盖106后部的连接器接合来断开和闭合载流电路。第二安全开关设置在端子板102的插入口102a中。当端子盖106被连接时，将属于端子盖106的连接器插进插入口102a。

[0042] 图3示出了端子盖106的构造。如前面所述，接合部106a设置在端子盖106的端部上。接合部106a设置为与端子盖106的主体基本垂直，而开口或槽形成在接合部106a的任一侧面中。突起部106b在端子盖106后面设置在预定位置上，以便与主体基本垂直，且连接器106c设置在突起部106b的末端。当将端子盖106连接到端子板102上时，突起部106b插进端子板102的插入部102a，因此连接器106c连接到第二安全开关。连接器106c基本以与供电插头(SP)104相同的方式操作。由于插入连接器106c，设置在第二安全开关中的所述一对连接端子连接在一起，因此闭合了载流电路。

[0043] 因而，即使当维护人员将供电插头(SP)104插进端子板102的侧面而在完成维护操作后未连接端子盖106时，端子盖106的连接器106c没有插进第二安全开关，因此电池模块仍然保持关断，这样可以完全防止在外部端子暴露时发生的通电。

[0044] 如上所述，通过在电池组100的端子板102上设置第一安全开关；设置与第一安全开关分离的第二安全开关；通过插入或移除供电插头(SP)104来控制第一安全开关；以及通过移除或插入端子盖106来控制第二安全开关，可以防止维护人员在完成操作后忘记连接端子盖。另外，电池组设置为在维护操作开始且供电插头(SP)104未移除时不能移除端子盖106，因此在维护操作开始时确保安全。

[0045] 图4示出了当将电源装置设置在车辆上时所获得的电源装置的整体电路结构。电池组100连接到包括DC-DC变流器的高压设备300和包括逆变器的高压设备200。

[0046] 电池组100包括多个电池模块(下文简单称为“电池模块”)100a，接触器100b和接触器100c，和控制器100d。控制器100d还包括信号发射器100d1和信号探测器100d2。电池模块100a的正极和负极端子经由接触器100b和接触器100c连接到高压设备200的逆变器200a和高压设备300的DC-DC变流器300a。

[0047] 控制器100d经由开关SW1、SW2和SW3连接高压设备200的控制器200b和高压设备300的控制器300b。具体地，控制器100d的信号发射器100d1经由开关SW1、SW2连接到控制器200b中的信号探测器200b2。信号探测器200b2经由开关SW3连接到控制器300b中的信号探测器300b2。信号探测器300b2连接到信号探测器100d2。因此，构成与互联了电池模块100a、逆变器200a、和DC-DC变流器300a的载流电路相分离的闭合电路。

[0048] 开关SW1、SW2和SW3与电池组100、高压设备200和高压设备300的相应盖的连接/移除同步操作的开关。开关SW1对应于与电池组100的端子盖106的连接/移除同步操作的第二安全开关的连接端子。因此，当端子盖106被移除时，开关SW1保持断开，因而关断了控制器100d、200b和300b中建立的电路系统。将相同的原理应用于开关SW2和SW3。当高压设备200的盖和高压设备3001的盖被移除时，所述开关关断了电路系统。

[0049] 控制器100d发射来自信号发射器100d1的信号且通过信号探测器100d2接收该信号。当端子盖106被移除时和当开关SW1保持断开时，没有收到发射信号。从该情况中，探测到端子盖106移除，且控制接触器100b和接触器100c断开，这样可以关断电池模块100a和逆变器200a或DC-DC变流器300之间的连接。相同的原理也应用于控制器200和控制器300。由于高压设备200的盖的移除使开关SW2进入断开状态，且信号探测器200b2不能接收信号。因此，可以停止逆变器200a的操作。此外，由于高压设备300的盖的移除使开关SW3进入断开状态，且信号探测器300b2不能接收信号。因此，可以停止DC-DC变流器300a的操作。

[0050] 但是，当控制器100d根据信号变换的条件来控制接触器100b和接触器100c的断开，因而使得电池模块100a从通电电路断开时，有必要识别电流状态是否是可归因于盖的移除的异常状态或是仅仅是电路故障的状态。例如，如下执行识别。此处，词“电路故障”表示电路系统的GND短路、电源短路、信号发射器100d1故障、信号探测器100d2故障等。

[0051] 首先，从信号发射器100d1供应一定值的电流。如果达到正常状态，信号探测器100d2探测到一定值的电流。相反地，当异常时，信号探测器100d2不能探测到电流。如果发生电路故障，信号探测器探测到异常电流值。因此，可以通过结合发射电流值(在OUT侧获得)和探测电流值(在IN侧获得)来执行正常状态、异常和电路故障的识别。

[0052] 图5示出了利用发射电流值和探测电流值的识别图。水平轴表示发射电流值，而垂直轴表示探测电流值。在发射电流值上设置下限阈值OUTmin和上限阈值OUTmax，也在探测电流值上设置下限阈值INmin和上限阈值INmax。根据发射电流值和所述阈值之间的关系以及探测电流值和所述阈值之间的关系来执行识别，因此确定：

[0053] (1)正常状态

[0054] OUTmin≤发射电流值≤OUTmax

[0055] 且

[0056] INmin≤探测电流值≤INmax

[0057] (2)异常

[0058] 发射电流值＜OUTmin

[0059] 且

[0060] 探测电流值＜INmin

[0061] (3)电路故障

[0062] (a)GND短路

[0063] OUTmin≤发射电流值≤OUTmax

[0064] 且

[0065] INmin＞探测电流值

[0066] (b)电源短路

[0067] 发射电流值＜OUTmin

[0068] 且

[0069] 探测电流值＞INmax

[0070] (c)其它电路故障

[0071] 其它关系。

[0072] 也可以利用电压值而不是电流值来执行识别。当应用信号发射器100d1的一定电压时，最好设置下限阈值Vmin和上限阈值Vmax且通过相应的信号探测器100d2、200d2和300d2来比较探测电压和阈值，因此确定

[0073] (1)正常状态

[0074] Vmin≤探测电压≤Vmax

[0075] (2)异常

[0076] 探测电压＜Vmin

[0077] (3)电路故障

[0078] 探测电压＞Vmax

[0079] 为各个探测器100d2、200d2和300d2设置阈值。

[0080] 即使利用电流值来执行识别时，也可以利用发射电流值和探测电流值之间的差值ΔI＝发射电流值-探测电流值。具体地，假设误差或灵敏度常量为“e”，更好执行识别，因此确定

[0081] (1)正常状态

[0082] |ΔI|≤e

[0083] 且

[0084] 发射电流值≥OUTmin

[0085] (2)异常

[0086] |ΔI|≤e

[0087] 且

[0088] 发射电流值＜OUTmin

[0089] (3)电路故障

[0090] |ΔI|＞e：GND短路或电路故障

[0091] 且

[0092] |ΔI|＜e：其它故障，诸如电源短路或电路故障。