專利名稱：電源裝置及具有該電源裝置的安全電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源裝置及其安全電路，尤其是涉及用于防止在維護 操作過程中會發(fā)生的電擊的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
在混合動力電動車或相類似的物件中，使用由多個電池模塊串聯(lián) 組裝的電源裝置，各個電池模塊包括一個單電池或多個單電池，采取 僅設置一個電源開關(guān)，用于斷開或閉合電源裝置產(chǎn)生的載流電路，不 能防止在維護操作過程中電源開關(guān)的錯誤觸發(fā)。由于該原因，已提出 提供一種與電源開關(guān)分離的互鎖機構(gòu)。
2001-320801A描述了一種結(jié)構(gòu)，其具有插入在在任意對的電池模 塊之間的安全開關(guān)，其中操作員將供電插頭(Service Plug)插進斷路 器主體和從斷路器主體上移除供電插頭，因此斷開或閉合電池模塊之 間的連接且進而斷開和閉合載流電路。還描述了一種結(jié)構(gòu)，其中由于 供電插頭的移除，互鎖引導開關(guān)被關(guān)斷，因此使主控制部中的系統(tǒng)主 繼電器不起作用。
2006-294425A描述了 一種結(jié)構(gòu)，其具有插入在任意對的電池才莫塊 之間的安全開關(guān)，其中操作員將供電插頭插進斷路器主體和從斷路器
主體上移除供電插頭，因此斷開或閉合電池模塊之間的連接，并且描 述了 一種鍵，其用于連接到斷路器主體并且在連接的狀態(tài)中阻止安全 插頭的插入。
圖6、圖7A和圖7B示出了現(xiàn)有技術(shù)的電池組的構(gòu)造。電池組1 用于驅(qū)動車輛。由一個單電池或多個串聯(lián)的單電池組成的多個電池模
塊與設置在其間的冷卻管道并聯(lián)設置。電池組包括內(nèi)置的電池組件， 所述電池組件是通過將設置在電池模塊兩端的端構(gòu)件相結(jié)合并組裝起 來，并且將電池模塊彼此串聯(lián)構(gòu)造而成。冷卻空氣通風通道位于電池 組件的上部和下部中，用于將冷卻空氣供應到設置在電池模塊之間的 各冷卻通道中，以及將冷卻空氣從各冷卻通道中排出。充/放電監(jiān)控部 (電池ECU)設置在電池組件的一側(cè)面上，充/放電監(jiān)控部是用于監(jiān)控 電池組的電壓、電流、溫度、SOC (充電狀態(tài))等的裝置，而用于將 冷卻空氣供應到冷卻空氣通風通道的風扇設置在電池組件的另 一端。
用于斷開和閉合在任意互聯(lián)的電池模塊之間的載流電路的安全開 關(guān)2設置在電池組1的一側(cè)面的中間位置。安全開關(guān)2由開關(guān)主體3 和安全插頭(SafetyPlug) 4組成，且設置為，通過插入安全插頭4來 閉合載流電路和通過移除安全插頭4來斷開載流電路。
圖7A和圖7B表示電池組1的電連接結(jié)構(gòu)。電池模塊5的正極端 子和負極端子彼此依次連接，結(jié)果相互連結(jié)的電池組5全部串聯(lián)。所 有連接到各電池模塊兩端的正極和負極端子經(jīng)由主繼電器開關(guān)6連接 到外部連接端子7。另外， 一對任意鄰接的中間的電池模塊5的正極和 負極端子經(jīng)由安全開關(guān)2彼此連接。 一對連接端子3a在安全開關(guān)2的 開關(guān)主體3內(nèi)并聯(lián)，且該對電池模塊5的正極和負極端子連接到連接 端子3a。如圖7B所示， 一對連接端子4a在安全開關(guān)2的安全插頭4
的插入側(cè)端面上設置得與連接端子3a相對。 一對連接端子4a經(jīng)由保 險絲8彼此連接，通過將安全插頭4插進開關(guān)主體3，連接端子3a經(jīng) 由保險絲8連接在一起。通過移除安全插頭4來關(guān)斷載流電路。安全 插頭4設置有鎖構(gòu)件9,在安全插頭4插進開關(guān)主體3的狀態(tài)中適宜地 操縱鎖構(gòu)件9，因而將接合部9a接合到形成在開關(guān)主體3中的相對的 接合部10中，因此鎖定了插入狀態(tài)。另外，安全插頭4設置有探測開 關(guān)11,當鎖構(gòu)件9進入鎖定狀態(tài)時探測開關(guān)11運作。當探測開關(guān)11 運作時，控制部12設置為閉合主繼電器開關(guān)6。
如上所述，采用通過插入和移除供電插頭(或安全插頭)來斷開 和閉合電池模塊之間的連接的互鎖構(gòu)造可以確保維護操作過程中的安 全。但是，當在執(zhí)行維護操作和檢查電池模塊的正極和負極外部連接 端子附近區(qū)域的過程中，移除端子蓋時可能會引起問題。特別地，可 能會有如下情況，在移除供電插頭和端子蓋后執(zhí)行維護和檢查操作并 且修護人員在完成維護和檢查操作后插入供電插頭而忘記連接端子 蓋。在這種情況中，電池模塊之間的連接是閉合的而外部連接端子暴 露著。
自然也可想到如下情況，為了僅在連接了端子蓋的狀態(tài)下使得供 電插頭插入，插頭和端子蓋彼此接合的位置處的布局設置有特定圖案。 但是，期望能更簡單地、可靠地防止修護人員忘記連接端子蓋。
當電源裝置裝配有多個互鎖機構(gòu)時或當多個電源裝置的每個裝配 有互鎖機構(gòu)時，必須根據(jù)互鎖機構(gòu)的操作條件來不失效地控制電源裝 置的操作。

發(fā)明內(nèi)容
首先，本發(fā)明確保電源裝置的維護操作過程中的安全性。其次， 本發(fā)明提供一種安全電路，當電源裝置裝配有互鎖機構(gòu)時，能夠準確 捕獲操作條件。
本發(fā)明旨在提供一種由多個串聯(lián)的電池模塊制成的電源裝置，包
括
蓋，用于遮蓋所述電池模塊的正極端子和負極端子；和
安全開關(guān)，通過供電插頭的插入和移除，斷開和閉合所述電池模 塊之間的連接，所述供電插頭通過與所述蓋接合來控制所述蓋的移除， 其中
連接器突出地設置在所述蓋的后面，在裝配到所述蓋的狀態(tài)中， 所述連接器閉合所述電池模塊之間的連接，且通過所述連接器的插入 和移除來斷開和閉合所述電池模塊之間的連接，所述連接器的插入和 移除與所述蓋的裝配和移除和所述供電插頭的插入和移除相關(guān)聯(lián)。
在本發(fā)明的一實施方式中，通過所述供電插頭的插入和與所述蓋 的裝配相關(guān)聯(lián)的所述連接器的插入來閉合所述電池模塊之間的連接。
本發(fā)明也旨在提供一種具有電源裝置的安全電路，該電路包含
信號發(fā)射器；
信號探測器，接收從所述信號發(fā)射器發(fā)射的信號；
開關(guān)，設置在所述信號發(fā)射器和所述信號探測器之間，且通過所 述連接器的插入和移除而斷開和閉合；和
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控制器，根據(jù)所述信號探測器接收到的信號探測所述連接器的移 除，因而將所述電源裝置從負載上斷開。
在本發(fā)明的另一實施方式中，當從所述信號發(fā)射器供應的一定值 的電力電流時根據(jù)由所述信號探測器探測的電力電流的值，所述控制 器識別插入所述連接器的正常狀態(tài)、移除連接器的異常狀態(tài)和其它電 路故障。
根據(jù)本發(fā)明，可以確保維護操作時的安全性。另外，可以準確捕 獲互鎖的操作狀態(tài)。
參照下面提供的實施方式將更清晰地理解本發(fā)明。但是，本發(fā)明 的范圍不局限于所述實施方式。


參照下面的附圖將詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，其中
圖l是一實施方式的供電插頭(SP)的插入的說明圖2是該實施方式的端子蓋的連接/移除的說明圖3是端子蓋的示意圖4是該實施方式的整體電路圖5是識別正常條件、異常條件和電路故障的說明圖6是現(xiàn)有技術(shù)的電池組的示意圖7A和圖7B是現(xiàn)有4支術(shù)的電池組的示意電5^圖。
具體實施
以下將參照

本發(fā)明的實施方式。
圖1示出了電池組100的構(gòu)造，其用作用于驅(qū)動車輛的本實施方 式的電源裝置。電池組100的基本構(gòu)造與圖6所示的現(xiàn)有技術(shù)的電池 組的構(gòu)造一樣。由一個單電池或多個串聯(lián)的單電池組成的多個電池模 塊與插入在其中的冷卻通道并聯(lián)"^殳置。電池組包括內(nèi)置的電池組件， 電池組件是通過結(jié)合并且組裝設置在電池模塊兩端的端構(gòu)件，以及將 電池才莫塊4皮此串聯(lián)連接而組裝構(gòu)造的。冷卻空氣通風通道位于電池組 件的上部和下部中，冷卻空氣通風通道用于將冷卻的空氣供應到設置 在電池模塊之間的相應的冷卻通道中，和將冷卻的空氣從相應的冷卻 通道中排出。電池組的充/放電監(jiān)控部件(電池ECU)設置在電池組件 的一側(cè)面上，充/放電監(jiān)控部件是用于監(jiān)控電壓、電流、溫度、SOC、 及類似的裝置，而用于向冷卻空氣通風通道供應冷卻空氣的風扇設置 在電池組件的另一端。
具有電池模塊的正極和負極外部連接端子的端子板102設置在電 池組100的一側(cè)面上。端子板102具有遮蓋端子板的上部的端子蓋106， 因此防止外部連接端子的暴露。在端子板102中設置有安全開關(guān)，用 于斷開和閉合位于互相連接的任意電池模塊之間的載流電路。安全開 關(guān)由開關(guān)主體和供電插頭(SP) 104組成，且設置成通過將供電插頭 104如箭頭所示插進端子板102的一側(cè)來閉合載流電路，以及通過移除 供電插頭104來斷開載流電路。安全開關(guān)的構(gòu)造與例如現(xiàn)有技術(shù)的安 全開關(guān)相同。 一對連接端子在安全開關(guān)的開關(guān)主體中并聯(lián)，且該對電 池模塊的正極和負極端子連接到所述連接端子。 一對連接端子在安全 開關(guān)的供電插頭(SP)104的插入側(cè)端面上設置得與所述連接端子相對。 所述一對連接端子經(jīng)由保險絲連接在一起，并且所述連接端子通過將
供電插頭插進開關(guān)主體經(jīng)由保險絲而連接在一起。通過移除供電插頭
104來關(guān)斷載流電路。
在供電插頭(SP) 104的插入狀態(tài)中，載流電路閉合，且供電插頭 與端子蓋106的接合部106a接合，因此鎖定端子蓋106并且防止蓋的 移除。具體地，當遮蓋端子板102的上部時端子蓋106的接合部106a 位于端子板102的一側(cè)，而從該側(cè)插進的供電插頭(SP) 104的突起部 裝配進形成在接合部106a中的開口，因而鎖定端子蓋106。因此，為 了移除端子蓋106以執(zhí)行維護和檢測端子板102，首先必須移除供電插 頭(SP) 104。供電插頭(SP) 104移除后，如圖2所示端子蓋106#皮 移除，因而執(zhí)行維護和檢測。由于移除了供電插頭(SP) 104而斷開了 電池模塊之間的連接，因此切斷了載流電路。因此，維護人員通過移 除端子蓋106可以執(zhí)行維護和4企測。
同時，完成維護操作后，執(zhí)行用于開始維護操作的反向操作；即， 執(zhí)行將端子蓋16連接到端子板102以及接著將供電插頭(SP) 104從 端子板102的一側(cè)插進安全開關(guān)的操作。但是，可能出現(xiàn)在將端子蓋 106連接到端子板102之前將供電插頭(SP ) 104插進安全開關(guān)的情況 或維護人員插入供電插頭(SP) 104而忘記連接端子蓋106的情況。在 這種情況中，通過插進供電插頭(SP) 104載流電路被閉合而端子暴露 在外面。
由于該原因，在本實施方式中，除了設置在端子板102中的安全 開關(guān)，還設置通過連接和移除端子蓋106來斷開和閉合載流電路的第 二安全開關(guān)。第二安全開關(guān)與安全開關(guān)(下文稱作第一安全開關(guān))具 有相同的構(gòu)造。 一對連接端子在開關(guān)主體中并聯(lián)，且一對電池模塊的 正極和負極端子連接到所述連接端子。盡管第 一安全開關(guān)和第二安全
開關(guān)彼此串聯(lián)，第二安全開關(guān)通過不與供電插頭(SP) 104接合而與設 置在端子蓋106后部的連接器接合來斷開和閉合載流電路。第二安全 開關(guān)設置在端子板102的插入口 102a中。當端子蓋106凈皮連接時，將 屬于端子蓋106的連接器插進插入口 102a。
圖3示出了端子蓋106的構(gòu)造。如前面所述，接合部106a設置在 端子蓋106的端部上。接合部106a設置為與端子蓋106的主體基本垂 直，而開口或槽形成在接合部106a的任一側(cè)面中。突起部106b在端 子蓋106后面設置在預定位置上，以便與主體基本垂直，且連接器106c 設置在突起部106b的末端。當將端子蓋106連接到端子板102上時， 突起部106b插進端子板102的插入部102a，因此連接器106c連接到 第二安全開關(guān)。連接器106c基本以與供電插頭(SP) 104相同的方式 操作。由于插入連接器106c,設置在第二安全開關(guān)中的所述一對連接 端子連接在一起，因此閉合了載流電路。
因而，即使當維護人員將供電插頭(SP ) 104插進端子板102的側(cè) 面而在完成維護*燥作后未連接端子蓋106時，端子蓋106的連"l妄器106c 沒有插進第二安全開關(guān)，因此電池模塊仍然保持關(guān)斷，這樣可以完全 防止在外部端子暴露時發(fā)生的通電。
如上所述，通過在電池組100的端子板102上設置第一安全開關(guān)； 設置與第一安全開關(guān)分離的第二安全開關(guān)；通過插入或移除供電插頭 (SP) 104來控制第一安全開關(guān)；以及通過移除或插入端子蓋106來控 制第二安全開關(guān)，可以防止維護人員在完成操作后忘記連接端子蓋。
另外，電池組設置為在維護操作開始且供電插頭(SP) 104未移除時不 能移除端子蓋106，因此在維護操作開始時確保安全。 圖4示出了當將電源裝置設置在車輛上時所獲得的電源裝置的整 體電路結(jié)構(gòu)。電池組100連接到包括DC-DC變流器的高壓設備300和 包括逆變器的高壓設備200。
電池組100包括多個電池模塊(下文簡單稱為"電池模塊，，)100a， 接觸器100b和接觸器100c，和控制器100d?？刂破?00d還包括信號 發(fā)射器lOOdl和信號探測器100d2。電池模塊100a的正極和負極端子 經(jīng)由接觸器100b和接觸器100c連接到高壓設備200的逆變器200a和 高壓設備300的DC-DC變流器300a。
控制器100d經(jīng)由開關(guān)SW1、 SW2和SW3連接高壓設備200的控 制器200b和高壓設備300的控制器300b。具體地，控制器100d的信 號發(fā)射器lOOdl經(jīng)由開關(guān)SW1、 SW2連接到控制器200b中的信號探 測器200b2。信號探測器200b2經(jīng)由開關(guān)SW3連接到控制器300b中的 信號探測器300b2。信號探測器300b2連接到信號探測器100d2。因此， 構(gòu)成與互聯(lián)了電池才莫塊100a、逆變器200a、和DC-DC變流器300a的 載流電路相分離的閉合電3各。
開關(guān)SW1、 SW2和SW3與電池組100、高壓設備200和高壓設備 300的相應蓋的連接/移除同步操作的開關(guān)。開關(guān)SW1對應于與電池組 100的端子蓋106的連接/移除同步操作的第二安全開關(guān)的連接端子。 因此，當端子蓋106被移除時，開關(guān)SW1保持斷開，因而關(guān)斷了控制 器100d、 200b和300b中建立的電路系統(tǒng)。將相同的原理應用于開關(guān) SW2和SW3。當高壓設備200的蓋和高壓設備3001的蓋被移除時， 所述開關(guān)關(guān)斷了電路系統(tǒng)。
控制器100d發(fā)射來自信號發(fā)射器lOOdl的信號且通過信號探測器 100d2接收該信號。當端子蓋106被移除時和當開關(guān)SW1保持斷開時， 沒有收到發(fā)射信號。從該情況中，探測到端子蓋106移除，且控制接 觸器100b和接觸器100c斷開，這樣可以關(guān)斷電池才莫塊100a和逆變器 200a或DC-DC變流器300之間的連接。相同的原理也應用于控制器 200和控制器300。由于高壓設備200的蓋的移除使開關(guān)SW2進入斷 開狀態(tài)，且信號探測器200b2不能接收信號。因此，可以停止逆變器 200a的操作。此外，由于高壓設備300的蓋的移除使開關(guān)SW3進入斷 開狀態(tài)，且信號探測器300b2不能接收信號。因此，可以停止DC-DC 變流器300a的操作。
但是，當控制器100d根據(jù)信號變換的條件來控制接觸器100b和 接觸器100c的斷開，因而使得電池模塊100a從通電電路斷開時，有 必要識別電流狀態(tài)是否是可歸因于蓋的移除的異常狀態(tài)或是僅僅是電 路故障的狀態(tài)。例如，如下執(zhí)行識別。此處，詞"電路故障"表示電路 系統(tǒng)的GND短路、電源短路、信號發(fā)射器100dl故障、信號探測器 100d2故障等。
首先，從信號發(fā)射器100dl供應一定值的電流。如果達到正常狀 態(tài)，信號探測器100d2探測到一定值的電流。相反地，當異常時，信 號探測器100d2不能探測到電流。如果發(fā)生電路故障，信號探測器探 測到異常電流值。因此，可以通過結(jié)合發(fā)射電流值(在OUT側(cè)獲得) 和探測電流值(在IN側(cè)獲得)來執(zhí)行正常狀態(tài)、異常和電路故障的識 別。
圖5示出了利用發(fā)射電流值和探測電流值的識別圖。水平軸表示 發(fā)射電流值，而垂直軸表示探測電流值。在發(fā)射電流值上設置下限閾
值OUTmin和上限閾值OUTmax，也在探測電流值上設置下限閾值 INmin和上限閾值INmax。根據(jù)發(fā)射電流值和所述閾值之間的關(guān)系以 及探測電流值和所述閾值之間的關(guān)系來執(zhí)行識別，因此確定
(1 )正常狀態(tài)
OUTmin S發(fā)射電流值S OUTmax
且
INmin ^探測電流值^ INmax (2)異常 發(fā)射電流值< OUTmin 且
:探測電流值< INmin (3 )電路故障
(a) GND短路
OUTmin蘭發(fā)射電iK直< OUTmax 且
INmin 〉纟罙測電流值
(b) 電源短路 發(fā)射電流值< OUTmin 且
〗笨測電流值〉INmax (c )其它電路故障 其它關(guān)系。
也可以利用電壓值而不是電流值來執(zhí)行識別。當應用信號發(fā)射器 100dl的一定電壓時，最好設置下限閾值Vmin和上限闊值Vmax且通 過相應的信號探測器100d2、 200d2和300d2來比較探測電壓和閾值， 因此確定
(1 )正常狀態(tài)
Vmin^探測電壓^Vmax
(2) 異常
才笨測電壓< Vmin
(3) 電路故障 〗笨測電壓> Vmax
為各個探測器100d2、 200d2和300d2設置閾值。
即使利用電流值來執(zhí)行識別時，也可以利用發(fā)射電流值和探測電 流值之間的差值厶1=發(fā)射電流值-探測電流值。具體地，假設誤差 或靈敏度常量為"e"，更好執(zhí)行識別，因此確定
(1 )正常狀態(tài)
|Al| Se
且
發(fā)射電流值2 OUTmin
(2)異常
|AI| 且
發(fā)射電流Y直< OUTmin (3 )電路故障
|Al| 〉 e: GND短路或電路故障 且
|Al| < e:其它故障，諸如電源短路或電路故障。
權(quán)利要求
1.一種由多個串聯(lián)的電池模塊構(gòu)成的電源裝置，包括:蓋，用于遮蓋所述電池模塊的正極端子和負極端子；和安全開關(guān)，其通過供電插頭的插入和移除來斷開和閉合所述電池模塊之間的連接，所述供電插頭通過與所述蓋接合來控制所述蓋的移除，其中在連接到所述蓋的狀態(tài)中閉合所述電池模塊之間的連接的連接器突出地設置在所述蓋的后面，且通過與所述蓋的連接和移除相關(guān)聯(lián)的所述連接器的插入和移除，以及通過所述供電插頭的插入和移除，來斷開和閉合所述電池模塊之間的連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源裝置，其中通過所述供電插頭的插 入以及與所述蓋的連接相關(guān)聯(lián)的所述連接器的插入，來閉合所述電池 模塊之間的連接。
3、 一種安全電5^,包括由多個串聯(lián)的電池模塊構(gòu)成的電源裝置，所述電池模塊具有用于 遮蓋所述電池模塊的正極端子和負極端子的蓋和通過供電插頭的插入 和移除來斷開和閉合所述電池模塊之間的連接的安全開關(guān)，所述供電 插頭通過與所述蓋接合來控制所述蓋的移除，其中，在連接到所述蓋 的狀態(tài)中閉合所述電池模塊之間的連接的連接器突出地設置在所述蓋 的后面，且通過與所述蓋的連接和移除相關(guān)聯(lián)的所述連接器的插入和 移除，以及通過所述供電插頭的插入和移除，來斷開和閉合所述電池 模塊之間的連接；信號發(fā)射器；信號探測器，其接收從所述信號發(fā)射器發(fā)射的信號；開關(guān)，其設置在所述信號發(fā)射器和所述信號探測器之間，且通過 所述連接器的插入和移除而斷開和閉合；和控制器，其根據(jù)所述信號探測器接收到的信號來探測所述連接器 的移除，因而將所述電源裝置從負載斷開。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的安全電路，其中，當從所述信號發(fā)射器 供應一定值的電流時，根據(jù)由所述信號探測器探測到的電流的值，所 述控制器識別所述連接器插入的狀態(tài)、所述連接器移除的狀態(tài)和其它 電路故障。
全文摘要
一種包括多個串聯(lián)的電池模塊的電源裝置和安全電路。從電池組的端子板的側(cè)面插入供電插頭，因此在電池模塊之間建立電連接。通過突起部將連接器設置在端子蓋的后面，及通過連接端子蓋和將連接器插進端子板來觸發(fā)第二安全開關(guān)，因此在電池模塊中建立電連接。即使在完成維護時連接了供電插頭而未連接端子蓋，通過第二開關(guān)使電池模塊仍然保持斷開狀態(tài)，且防止因端子的暴露而出現(xiàn)的通電。
文檔編號H01M2/10GK101373821SQ20081021402
公開日2009年2月25日 申請日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者丸川修平, 宮城義和, 松川靖 申請人:松下電動車輛能源股份有限公司