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1、(10)申请公布号 CN 103358913 A (43)申请公布日 2013.10.23 CN 103358913 A *CN103358913A* (21)申请号 201210100259.4 (22)申请日 2012.04.06 B60L 3/00(2006.01) (71)申请人 北汽福田汽车股份有限公司 地址 102206 北京市昌平区沙河镇沙阳路 (72)发明人 郭红星 (74)专利代理机构 北京清亦华知识产权代理事 务所 ( 普通合伙 ) 11201 代理人 张大威 (54) 发明名称 一种高压安全互锁系统 (57) 摘要 本发明提供一种高压安全互锁系统, 通过在 高压负载的正极。
2、和负极分别设置正极接触器和负 极接触器, 以及设置与高压负载串联的控制继电 器, 将高压互锁信号引入高压负载回路中, 从而通 过控制继电器对正极接触器和负极接触器的控制 端的接地通断进行控制, 进而实现对高压负载的 正极和负极通断的控制, 以实现在电路连续性被 破坏时, 自动断开高压, 提高车辆高压系统的动力 安全性。根据本发明实施例的高压安全互锁系统 结构简单、 成本低、 易于在车辆上布置和实施, 适 用于各种使用高压电的混合动力车辆及纯电动车 辆。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求。
3、书2页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103358913 A CN 103358913 A *CN103358913A* 1/2 页 2 1. 一种高压安全互锁系统, 包括 : 动力电池, 用于为高压负载提供工作电压 ; 正极接触器, 包括第一开关和第一线圈, 所述动力电池的正极通过所述第一开关与所 述高压负载的正极连接 ; 负极接触器, 包括第二开关和第二线圈, 所述动力电池的负极通过所述第二开关与所 述高压负载的负极连接 ; 低压电源, 用于为控制继电器提供工作电压 ; 所述控制继电器, 包括第三开关和第三线圈, 所述第一线圈的第一端和所述第二线圈 的第一端分别通过所述第。
4、三开关接地, 所述第三线圈的第一端接地, 所述第三线圈的第二 端通过所述动力电池和高压负载与所述低压电源的正极连接 ; 电池管理系统模块, 所述电池管理系统模块的正负极端口分别与所述第一线圈的第二 端和所述第二线圈的第二端连接, 用于控制所述正极接触器和负极接触器的工作电压 ; 和 所述高压负载。 2. 如权利要求 1 所述的高压安全互锁系统, 其特征在于, 还包括 : 高压中控盒, 所述正 极接触器、 负极接触器、 控制继电器和电池管理系统模块设置于所述高压中控盒中。 3. 如权利要求 2 所述的高压安全互锁系统, 其特征在于, 所述高压中控盒盒壁上设置 有辅助高压接口和低压控制接口, 其中。
5、, 所述动力电池和高压负载之间的高压线缆通过所 述辅助高压接口连接所述高压中控盒, 所述低压电源的正极和所述高压负载之间的高压线 缆通过所述低压控制接口连接所述高压中控盒, 所述低压控制接口用于为整个系统传递低 压控制和通讯信号。 4. 如权利要求 1 所述的高压安全互锁系统, 其特征在于, 所述高压负载包括 : 电机控制 器、 驱动电机、 DC/DC 模块电源、 压缩机逆变器、 正温度系数热敏电阻。 5. 如权利要求 4 所述的高压安全互锁系统, 其特征在于, 所述第三线圈的第二端依次 经过所述动力电池的负极、 动力电池的正极、 电机控制器的正极、 电机控制器的交流输出端 口、 驱动电机的交。
6、流输入端口、 电机控制器的交流输出端口、 电机控制器的负极、 DC/DC 模 块电源的高压正极、 DC/DC 模块电源的高压负极、 压缩机逆变器的正极、 压缩机逆变器的交 流输出端口、 压缩机逆变器的负极、 正温度系数热敏电阻的正极、 正温度系数热敏电阻的负 极、 低压控制接口连接至所述低压电源的正极。 6. 如权利要求 4 所述的高压安全互锁系统, 其特征在于, 所述低压电源的正极与所述 DC/DC 模块电源的低压输出正极连接, 所述低压电源的负极与所述 DC/DC 模块电源的低压 输出负极连接且一并接地。 7. 如权利要求 1 所述的高压安全互锁系统, 其特征在于, 所述电池管理系统模块通。
7、过 采集所述动力电池的状态信息以控制所述正极接触器的第一开关和负极接触器的第二开 关, 以保持所述动力电池的性能。 8. 如权利要求 1 所述的高压安全互锁系统, 其特征在于, 所述正极接触器和负极接触 器的额定负载电流为 200A, 所述控制继电器的额定负载电流为 5A。 9.如权利要求1所述的高压安全互锁系统, 其特征在于, 所述低压电源提供12V工作电 压。 10. 如权利要求 1 所述的高压安全互锁系统, 其特征在于, 所述电池管理系统模块提供 权 利 要 求 书 CN 103358913 A 2 2/2 页 3 12V 工作电压。 权 利 要 求 书 CN 103358913 A 3。
8、 1/5 页 4 一种高压安全互锁系统 技术领域 0001 本发明涉及高压电技术领域, 特别涉及一种车辆的高压安全互锁系统。 背景技术 0002 随着传统燃油汽车排放所造成的空气质量日益恶化和石油资源的渐趋匮乏, 开发 低排放、 低油耗的新能源汽车成为当今汽车工业界的紧迫任务。混合动力汽车和电动汽车 作为新能源汽车的代表, 在性能和经济性方面已经越来越接近甚至优于传统的燃油汽车。 0003 但是, 混合动力汽车和电动汽车使用高压电作为动力能源, 故在整车的电路结构 上存在高压暴露产生的安全隐患。 例如, 对于连接导体和连接器的回路, 当工作人员断开某 个连接导体或连接器时, 可能导致开启处产生。
9、暴露的高压而对工作人员的人身安全产生危 险。 0004 因此, 需要一种高压安全互锁系统, 对使用高压电的车辆的电路结构进行监控和 安全隐患的排除, 以提高混合动力汽车和电动汽车的动力安全性。 发明内容 0005 本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一, 特别是提供一种高压安全互锁系 统, 解决或避免出现混合动力汽车和电动汽车在电路结构上存在的高压暴露的安全隐患。 0006 为达到上述目的, 本发明提供一种高压安全互锁系统, 包括 : 动力电池, 用于为高 压负载提供工作电压 ; 正极接触器, 包括第一开关和第一线圈, 所述动力电池的正极通过所 述第一开关与所述高压负载的正极连接 ; 负极接。
10、触器, 包括第二开关和第二线圈, 所述动力 电池的负极通过所述第二开关与所述高压负载的负极连接 ; 低压电源, 用于为控制继电器 提供工作电压 ; 所述控制继电器, 包括第三开关和第三线圈, 所述第一线圈的第一端和所述 第二线圈的第一端分别通过所述第三开关接地, 所述第三线圈的第一端接地, 所述第三线 圈的第二端通过所述动力电池和高压负载与所述低压电源的正极连接 ; 电池管理系统模 块, 所述电池管理系统模块的正负极端口分别与所述第一线圈的第二端和所述第二线圈的 第二端连接, 用于控制所述正极接触器和负极接触器的工作电压 ; 和所述高压负载。 0007 在本发明的一个实施例中, 该系统还包括 。
11、: 高压中控盒, 用于为整个系统高压配 电, 所述正极接触器、 负极接触器、 控制继电器和电池管理系统模块设置于高压中控盒中。 0008 在本发明的一个实施例中, 所述高压中控盒盒壁上设置有辅助高压接口和低压控 制接口, 其中, 所述动力电池和高压负载之间的高压线缆通过所述辅助高压接口连接所述 高压中控盒, 所述低压控制接口用于为整个系统传递低压控制和通讯信号。 0009 在本发明的一个实施例中, 所述高压负载包括 : 电机控制器、 驱动电机、 DC/DC 模 块电源、 压缩机逆变器、 正温度系数热敏电阻。 0010 在本发明的一个实施例中, 所述第三线圈的第二端依次经过所述动力电池的负 极、。
12、 动力电池的正极、 电机控制器的正极、 电机控制器的交流输出端口、 驱动电机的交流输 入端口、 电机控制器的交流输出端口、 电机控制器的负极、 DC/DC 模块电源的高压正极、 DC/ 说 明 书 CN 103358913 A 4 2/5 页 5 DC 模块电源的高压负极、 压缩机逆变器的正极、 压缩机逆变器的交流输出端口、 压缩机逆变 器的负极、 正温度系数热敏电阻的正极、 正温度系数热敏电阻的负极、 低压控制接口连接至 所述低压电源的正极。 0011 在本发明的一个实施例中, 所述低压电源的正极与所述 DC/DC 模块电源的低压输 出正极连接, 所述低压电源的负极与所述 DC/DC 模块电。
13、源的低压输出负极连接且一并接 地。即低压电源和 DC/DC 模块电源并联为控制继电器提供工作电压。 0012 在本发明的一个实施例中, 所述电池管理系统模块通过采集动力电池的状态信息 以控制所述正极接触器的第一开关和负极接触器的第二开关的吸合和断开, 以保持动力电 池的性能。 0013 在本发明的一个实施例中, 所述正极接触器和负极接触器的额定负载电流为 200A, 所述控制继电器的额定负载电流为 5A 通过设置大功率的正负极接触器以匹配高压 负载的高电流, 同时通过设置小功率的控制继电器, 实现以无危险的微电流信号对电路的 电连续性进行实时检查 0014 在本发明的一个实施例中, 所述低压电。
14、源提供 12V 工作电压。 0015 在本发明的一个实施例中, 所述电池管理系统模块提供 12V 工作电压。 0016 本发明提供一种高压安全互锁系统, 通过在高压负载的正极和负极分别设置正极 接触器和负极接触器, 以及设置与高压负载串联的控制继电器, 将高压互锁信号引入高压 负载回路中, 从而通过控制继电器对正极接触器和负极接触器的控制端的接地通断进行控 制, 进而实现对高压负载的正极和负极通断的控制, 以实现在电路连续性被破坏时, 自动断 开高压, 提高车辆高压系统的动力安全性。根据本发明实施例的高压安全互锁系统结构简 单、 成本低、 易于在车辆上布置和实施, 适用于各种使用高压电的混合动。
15、力车辆及纯电动车 辆。 0017 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出, 部分将从下面的描述中变 得明显, 或通过本发明的实践了解到。 附图说明 0018 本发明上述的和 / 或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解, 其中 : 0019 图 1 为本发明实施例一的高压安全互锁系统的结构示意图 ; 0020 图 2 为本发明实施例二的电动汽车的高压安全互锁系统的结构示意图。 具体实施方式 0021 下面详细描述本发明的实施例, 所述实施例的示例在附图中示出, 其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。 下面通过参考附 。
16、图描述的实施例是示例性的, 仅用于解释本发明, 而不能解释为对本发明的限制。 0022 需要说明的是, 此外, 术语 “第一” 、“第二” 仅用于描述目的, 而不能理解为指示或 暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此, 限定有 “第一” 、“第二” 的 特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。 进一步地, 在本发明的描述中, 除非 另有说明,“多个” 的含义是两个或两个以上。 说 明 书 CN 103358913 A 5 3/5 页 6 0023 在本发明的描述中, 需要说明的是, 除非另有明确的规定和限定, 术语 “安装” 、“相 连” 、“连接” 应做广义理解, 例。
17、如, 可以是固定连接, 也可以是可拆卸连接, 或一体地连接 ; 可 以是机械连接, 也可以是电连接 ; 可以是直接相连, 也可以通过中间媒介间接相连, 可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言, 可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。 0024 本发明提供一种高压安全互锁系统, 图 1 所示为本发明实施例一的高压安全互锁 系统的结构示意图, 如图 1 所示, 该互锁系统包括 : 动力电池 1、 正极接触器 2、 负极接触器 3、 控制继电器 4、 电池管理系统 (BMS) 模块 5、 低压电源 6 和高压负载 7。 0025 其中, 动力电池1用于为高压负载7提供工作。
18、电压, 在本实施例中可以是动力电池 组。 0026 正极接触器 2、 负极接触器 3 和控制继电器 4 分别为继电器, 分别包括开关端和控 制端。具体地, 正极接触器 2 包括第一开关 21 和第一线圈 22, 负极接触器 3 包括第二开关 31 和第二线圈 32, 控制继电器 4 包括第三开关 41 和第三线圈 42。动力电池 1 的正极通过 第一开关 21 与高压负载 7 的正极连接, 动力电池 1 的负极通过第二开关 31 与高压负载 7 的负极连接, 通过设置正极接触器 2 和负极接触器 3 可以分别控制高压负载 7 的正负极的 通断。 0027 正极接触器 2 的第一线圈 22 的第。
19、一端 221 和负极接触器 3 的第二线圈 32 的第一 端 321 分别通过控制继电器 4 的第三开关 41 接地, 即通过控制继电器 4 对正极接触器 2 和 负极接触器 3 的控制端的接地通断进行控制, 进而由正极接触器 2 和负极接触器 3 的开关 端实现对高压负载的正极和负极通断的控制。正极接触器 2 的第一线圈 22 的第二端 222 与 BMS 模块 5 的正极端口连接, 负极接触器 3 的第二线圈 32 的第二端 322 与 BMS 模块 5 的 负极端口连接, 由 BMS 模块 5 对正极接触器 2 和负极接触器 3 提供工作电压。BMS 模块 5 通 过采集动力电池 1 的。
20、状态信息 ( 包括动力电池的电压、 温度、 电量等 ) 用来控制正极接触器 的第一开关 21 和负极接触器的第二开关 31 的吸合和断开, 以保持动力电池的性能处于稳 定状态。 0028 在本实施例中, BMS 模块 5 提供的工作电压可以为 12V。需指出的是, 为匹配高压 负载 7 的高电流, 正极接触器 2 和负极接触器 3 均为大功率元件, 例如在本实施例中, 正极 接触器 2 和负极接触器 3 的额定负载电流可以为 200A。 0029 控制继电器 4 的第三线圈 42 的第一端 421 接地, 在本发明一个优选的实施例中, 第三线圈 42 的第一端 421 可以与第三开关 41 并。
21、联后接地。第三线圈 42 的第二端 422 通 过动力电池 1 和高压负载 7 与低压电源 6 的正极连接。其中, 低压电源 6 用于为控。制继 电器 4 提供工作电压。在本实施例中, 低压电源 6 可以是低压 12V 的蓄电池。在本发明实 施例中, 通过将控制继电器 4 与动力电池 1 和高压负载 7 串联, 将高压互锁信号引入高压负 载回路中, 以对高压负载回路的电连续性进行实时检查, 如果电路的连续性被破坏, 则控制 继电器 4 的控制端 ( 即第三线圈 42) 无电流通过, 从而使控制继电器 4 的开关端 ( 第三开 关 41) 断开, 导致正极接触器 2 和负极接触器 3 的控制端的。
22、接地断开, 从而使高压负载 7 的 正极和负极与动力电池的高压输出断开。 0030 在本发明一个优选的实施例中, 该系统还包括高压中控盒 8, 用于为整车高压配 电。正极接触器 2、 负极接触器 3、 控制继电器 4 和 BMS 模块 5 设置于高压中控盒 8 中。高 说 明 书 CN 103358913 A 6 4/5 页 7 压中控盒 8 的盒壁上设置有辅助高压接口 81 和低压控制接口 82, 其中, 动力电池 1 和高压 负载7之间的高压线缆通过辅助高压接口81连接高压中控盒8, 低压控制接口82用于为整 车传递低压控制和通讯信号。例如在本实施中, 低压电源 6 的正极和高压负载 7 。
23、之间的连 接线缆通过低压控制接口 82 连接高压中控盒 8 ; BMS 模块 5 与动力电池 1 之间的连接线缆 通过低压控制接口 82。 0031 本发明进一步提供一种电动汽车的高压安全互锁系统, 图 2 所示为本发明实施例 二的电动汽车的高压安全互锁系统的结构示意图。 图2与图1的区别仅在于高压负载部分, 故对其余部分在此不再赘述。如图 2 所示, 高压负载包括 : 电机控制器 71、 驱动电机 72、 DC/ DC 模块电源 73、 压缩机逆变器 74、 PTC( 正温度系数热敏电阻 )75。 0032 各个高压负载的正负极分别通过正极接触器 2 和负极接触器 3 与动力电池 1 的正 。
24、负极连接。各高压负载之间相互串联, 在本实施例中, 具体连接情况如下 : 控制继电器 4 的 第三线圈 42 的第二端 422 依次经过动力电池 1 的负极、 动力电池的正极、 电机控制器 71 的 正极、 电机控制器 71 的交流输出端口、 驱动电机 72 的交流输入端口、 电机控制器 71 的交流 输出端口、 电机控制器 71 的负极、 DC/DC 模块电源 73 的高压正极、 DC/DC 模块电源 73 的高 压负极、 压缩机逆变器 74 的正极、 压缩机逆变器 74 的交流输出端口、 压缩机逆变器 74 的负 极、 PTC 75 的正极、 PTC75 的负极、 低压控制接口 82, 然。
25、后连接至低压电源 6 的正极。 0033 在本发明一个优选的实施例中, 低压电源 6 的正极与 DC/DC 模块电源 73 的低压输 出正极连接, 低压电源 6 的负极与 DC/DC 模块电源 73 的低压输出负极连接且一并接地。即 低压电源 6 和 DC/DC 模块电源 73 并联为控制继电器 4 提供工作电压, 从而实现两者共同为 整车低压供电。 0034 根据本发明实施例二的电动汽车的高压安全互锁系统的工作过程如下 : 0035 从低压电源 6 的正极引出电信号, 依次经过高压中控盒 8 的低压控制接口 82、 PTC75 的负极、 PTC75 的正极、 压缩机逆变器 74 的负极、 压。
26、缩机逆变器 74 的交流输出端口、 压缩机逆变器 74 的正极、 DC/DC 电源模块 73 的高压负极、 DC/DC 电源模块 73 的高压正极、 电机控制器 71 的负极、 电机控制器 71 的交流输出端口、 驱动电机 72 的交流输入端口、 电机 控制器 71 的交流输出端口、 电机控制器 71 的正极、 动力电池 1 的正极、 动力电池 1 的负极, 最后通过控制继电器 4 的第三线圈接地。在电路连续性完好的情况下, 控制继电器 4 的控 制端通电, 控制其开关端吸合, 此时正极接触器 2、 负极接触器 3 的控制端有效接地, BMS 5 输出 12V 电源即可控制正极接触器 2、 负。
27、极接触器 3 的开关端吸合。如果电路连续性被破 坏, 此时控制继电器 4 的开关端不能吸合, 正极接触器 2、 负极接触器 3 的控制端接地线路 断开, 此时 BMS5 无法控制正极接触器 2、 负极接触器 3 的开关端吸合, 从而强制与正极接触 器 2 和负极接触器 3 分别连接的高压负载的正负极断开动力电池的高压输出, 实现保护人 员安全。 0036 本发明提供一种高压安全互锁系统, 通过在高压负载的正极和负极分别设置正极 接触器和负极接触器, 以及设置与高压负载串联的控制继电器, 将高压互锁信号引入高压 负载回路中, 从而通过控制继电器对正极接触器和负极接触器的控制端的接地通断进行控 制。
28、, 进而实现对高压负载的正极和负极通断的控制, 以实现在电路连续性被破坏时, 自动断 开高压, 提高车辆高压系统的动力安全性。根据本发明实施例的高压安全互锁系统结构简 单、 成本低、 易于在车辆上布置和实施, 适用于各种使用高压电的混合动力车辆及纯电动车 说 明 书 CN 103358913 A 7 5/5 页 8 辆。 0037 在本说明书的描述中, 参考术语 “一个实施例” 、“一些实施例” 、“示例” 、“具体示 例” 、 或 “一些示例” 等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、 结构、 材料或者特 点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中, 对上述术语的示意性表述不 一定指的是相同的实施例或示例。而且, 描述的具体特征、 结构、 材料或者特点可以在任何 的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。 0038 尽管已经示出和描述了本发明的实施例, 对于本领域的普通技术人员而言, 可以 理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、 修改、 替换 和变型, 本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。 说 明 书 CN 103358913 A 8 1/1 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103358913 A 9 。