CN110797835A - 烟火式安全开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及烟火式安全开关装置领域，尤其涉及烟火式安全开关铜排以及使用该铜排的烟火式安全开关。所述铜排中央为切断连接部，该切断连接部一侧的铜排上设有合金电阻部，该合金电阻部两端的铜排侧面上均设有采样插针，实现动力电池输出主回路电流检测，并在动力电池出现短路大电流时快速、可靠的切断主回路铜排，从而实现动力电池短路保护。

Description

烟火式安全开关

技术领域

本发明涉及烟火式安全开关装置领域，尤其涉及烟火式安全开关铜排以及带有该铜排的烟火式安全开关。

背景技术

在新能源电动汽车动力电池主回路电流检测上通常使用两种方式，一种为霍尔式电流传感器，一种为SHUNT分流电阻检测；当动力电池出现短路电流时通常有以下三种切断方案：①、高压继电器带载切断(可看做一种可恢复式切断装置)，②高压保险丝熔断(一次性熔断)，③烟火式安全开关切断(一次性分断)。

目前除保险丝为自身发热熔断达到切断主回路功能外，其他分断方式从控制逻辑上看是相同的，即：霍尔电流传感器或SHUNT分流电阻检测到有异常大电流，通过CAN通讯将信息反馈给到BMS(电池管理***)，再通过BMS的处理发出信号给到相关可控分断器件，从而实现切断主回路，但是上述过程反应时间较长，不够灵敏；并且线路较长，容易受到外界信号干扰及信号传递线路损伤断裂带来的风险。

目前动力电池的安全分断***多为继电器加保险丝的模式，即在主回路上将高压继电器与保险丝进行串联，当电动车辆正常工作时，高压继电器负责动力电池的输出开关，即电路的闭合与分断；当动力电池主回路出现短路电流时，在一定时间内保险丝快速发热熔断，此时BMS会基于两种模式来发出信号给到高压继电器，切断主回路，一种为电流检测发现异常电流反馈给到BMS，一种为熔断器两端高压采样信号反馈给到BMS；上述模式中最大的风险点在于：低倍过载时熔断器长时间未熔断导致高压继电器触点粘连，高压继电器无法分断，从而保险丝保护功能失效，在保险丝更换时容易导致人员触电等危险。

目前最新研发产品烟火式安全开关与高压继电器的串联模式，取代熔断器，烟火式安全开关在接到BMS信号时，点火器迅速引爆推动活塞切断铜排，分断电路，其响应速度在1ms以内，可以快速切断电路有效保护高压继电器防止触点粘连，该模式中主回路的分断均实现可控，但信号传递的流程为霍尔电流传感器或SHUNT分流电阻检测到异常短路电流，反馈给到BMS进行诊断判定，然后BMS发出信号进行触发烟火式安全开关点火器来分断电路，从这个流程上看，本身烟火式安全开关的响应速度为1ms，但该信号的传递可能耗时2ms，这样就失去了快速响应的效果，极端情况下如该信号受到外界干扰引发误动作，或信号线物理损伤断裂无法传递信号导致烟火式安全开关无法响应等等。

发明内容

本发明的目的是实现动力电池输出主回路电流检测，并在动力电池出现短路大电流时快速、可靠的切断主回路铜排，从而实现动力电池短路保护。

烟火式安全开关用铜排，包括铜排，所述铜排中央为切断连接部，该切断连接部一侧的铜排上设有合金电阻部，该合金电阻部两端的铜排侧面上均设有采样插针。

所述插针与PCB控制板连接。

烟火式安全开关，包括壳体；所述壳体中央的空腔内从上至下依次包括点火器、活塞和铜排；所述铜排上的切断连接部位于活塞切割端的正下方；所述空腔一侧的壳体内设有控制板容纳腔。

所述点火器底端设有安装台阶，安装台阶两侧均设有插槽；所述活塞顶端内侧壁两端均设有与插槽配合使用的插块。

所述活塞的切割端与铜排之间具有间距。

所述点火器顶端设有信号输入插针。

具有烟火式安全开关的检测***，包括微控制单元，微控制单元分别连接高压主回路、供电单元、光耦和隔离CAN收发器；所述供电单元包括依次串联的稳压器、隔离模块、低压辅助电源、点火器开关和开关；所述开关与光耦连接；所述隔离隔离CAN收发器与CAN连接；所述微控制单元与高压主回路上烟火式安全开关的铜排连接。

具有烟火式安全开关的检测***的检测方法：包括下列步骤：

步骤1：烟火式安全开关上的铜排检测高压主回路当前电流信号；

步骤2：当检测到电流小于额定电流1.5倍时，则进入步骤3；

步骤3：CAN报文显示当前电流值，报警为0，重复步骤1；

步骤4：当检测到电流值超过额定电流1.5倍但不超过额定电流3倍时，则进入步骤7，否则则进入步骤5；

步骤5：当检测到电流值超过额定电流3倍但不超过额定电流5倍时，则进入步骤8，否则则进入步骤6；

步骤6：当检测到电流值超过额定电流5倍时，则进入步骤9；

步骤7：CAN报文发出1级警报报文，并显示当前电流值，重复步骤1；

步骤8：CAN报文发出2级警报报文，并显示当前电流值，重复步骤1；

步骤9：CAN报文发出3级警报报文，并显示当前电流值，同时切断高压主回路。

本发明的有益效果是：本发明结合目前研发的烟火式安全开关，其主要过流装置即为铜排，而其工作原理即为：点火器接收低压信号迅速引爆推动活塞切断铜排，从而分断电路。而作为电流检测的SHUNT分流电阻，其基体同样可看做是一根铜排，只是中间部分是一块精密标定的合金电阻。而本发明就是将烟火式安全开关中铜排与SHUNT分流电阻结合，使电流检测与烟火式安全开关合为一体。将SHUNT分流电阻与烟火式安全开关融合开发，实现电流检测与可靠分断集成；以SHUNT分流电阻为电流采样基体，并增加PCB控制板，进行软件设计，实现电流检测、CAN通讯上报BMS、同步发信号给到烟火式安全开关，驱动烟火式安全开关动作，反应迅速，操作灵敏；实现电流检测并迅速反馈驱动烟火式安全开关，信号传递线路短，安全可靠，可消除外界信号干扰及信号传递线路损伤断裂带来的风险。本发明将SHUNT分流电阻与烟火式安全开关融合为一体，以达到相对独立的自我电流检测与驱动安全开关。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。

其中：图1为本发明烟火式安全开关结构示意图；

图2为本发明烟火式安全开关侧面剖视结构示意图；

图3为本发明电流检测原理结构示意图；

图4为本发明电流检测流程示意图；

附图中，1为铜排，2为切断连接部，3为合金电阻部，4为采样插针，5为PCB控制板，6为壳体，7为点火器，8为活塞，10为控制板容纳腔，11为安装台阶，12为插槽，13为插块，14为间距，15为信号输入插针，16为微控制单元，17为主回路，19为光耦，20为隔离CAN收发器，21为稳压器，22为隔离模块，23为低压辅助电源，25为点火器开关，26为开关。

具体实施方式

参见图1-3所示，一种烟火式安全开关用铜排，包括铜排1，所述铜排中央为切断连接部2，该切断连接部一侧的铜排上设有合金电阻部3，该合金电阻部两端的铜排侧面上均设有采样插针4。切断连接部连接铜排两端，由于切断连接部的厚度与铜排其他处相比较薄，因此方便此处切断；切断连接部一侧的铜排上具有合金电阻部，以检测电流，检测更灵敏，并在精密电阻两侧的铜排的侧面设置采用插针，方便连接PCB控制板5。

所述插针与PCB控制板连接。插针连接控制板，插针将检测到的电流信号反馈给控制板，通过控制板的分析以选择是否发生需要切断切断连接部的信号。

烟火式安全开关，包括壳体6；所述壳体中央的空腔内从上至下依次包括点火器7、活塞8和铜排；所述铜排上的切断连接部位于活塞切割端的正下方；所述空腔一侧的壳体内设有控制板容纳腔10。采用具有合金电阻部的铜排，合金电阻部两侧的插针将检测的电流信号传递给容纳腔内的PCB控制板，当检测到短路电流时PCB控制板发出低压信号给点火器，点火器接收低压信号迅速引爆推动活塞切断铜排，从而分断电路。铜排两端伸出壳体外与主回路连接，铜排上的插针是采样点，电流流过精密电阻后两端产生压降，通过这两个插针引入控制板上的。

所述点火器底端设有安装台阶11，安装台阶两侧均设有插槽12；所述活塞顶端内侧壁两端均设有与插槽配合使用的插块13。活塞顶部呈U形结构，且两端通过插接的方式安装在安装台阶两侧，这样当点火器点火引爆后，活塞与安装台阶能够快速分离，并且U形结构余留引爆空间，冲击力更大，***铜排能快速切断。

所述活塞的切割端与铜排之间具有间距14。余留间距，使活塞得到一个加速空间，切断力更大。

所述点火器顶端设有信号输入插针15(此处的信号输入插针与F1连接)。

具有烟火式安全开关的检测***，包括微控制单元16，微控制单元分别连接高压主回路17、供电单元、光耦19和隔离CAN收发器20；所述供电单元包括依次串联的稳压器21(图3中的LDO是一种线性稳压器(或者叫线性变压器)，主要是把外部供电如12Vdc输入，转换成5V或者3.3V输出，来给MCU(芯片)供电。)、隔离模块22、低压辅助电源23、点火器开关25和开关26；所述开关与光耦连接；所述隔离隔离CAN收发器与CAN连接；所述微控制单元与高压主回路上烟火式安全开关的铜排连接。微控制单元(MM9Z1J638)内部带有CAN控制器，所以只需外部接入隔离CAN收发器就可以与CAN总线进行通信。当微控制单元检测到正常电流范围时(0A-500A)，CAN报文显示当前电流值，报警为0；当电流值超过额定电流1.5倍时，CAN报文发出1级警报报文，并显示当前电流值；当电流值超过额定电流值3倍时，CAN报文发出2级警报报文，并显示当前电流值；当电流值超过额定电流值5倍时，CAN报文发出3级警报报文，并显示当前电流值；当达到3级警报时，同时自检式安全开关控制器(自检式安全开关控制器为低压供电经过隔离电源模块后输出电源与高压共地，为MCU提供电源，MCU采用Freescale的MM9Z1J638)内部会打开电子保险管(电子保险管相当于电路开关，电路导通)，微控制单元驱动光耦来打开MOS,使F1经过一定的电流值时，点火器内部气体膨胀致使高压主回路中的铜排受到膨胀力扭断，这样使高压主回路断路；从而保证了主回路负载的安全以及在负载有故障时给车辆带来的不安全因素。

具有烟火式安全开关的检测方法：包括下列步骤：

步骤1：烟火式安全开关上的铜排检测高压主回路当前电流信号；

步骤2：当检测到电流小于额定电流1.5倍时(正常电流范围在0A-500A时)，则进入步骤3；

步骤3：CAN报文显示当前电流值，报警为0，重复步骤1；

步骤4：当检测到电流值超过额定电流1.5倍但不超过额定电流3倍时，则进入步骤7，否则则进入步骤5；

步骤5：当检测到电流值超过额定电流3倍但不超过额定电流5倍时，则进入步骤8，否则则进入步骤6；

步骤6：当检测到电流值超过额定电流5倍时，则进入步骤9；

步骤7：CAN报文发出1级警报报文，并显示当前电流值，重复步骤1；

步骤8：CAN报文发出2级警报报文，并显示当前电流值，重复步骤1；

步骤9：CAN报文发出3级警报报文，并显示当前电流值；同时自检式安全开关控制器内部会打开电子保险管，微控制单元驱动光耦来打开MOS,这样F1得电，点火器点火使高压主回路中的铜排受到膨胀力扭断，高压主回路断路。微控制单元(MM9Z1J638)内部带有CAN控制器，所以只需外部接入隔离CAN收发器就可以与CAN总线进行通信。当微控制单元检测到正常电流范围时(0A-500A)，CAN报文显示当前电流值，报警为0；当电流值超过额定电流1.5倍时，CAN报文发出1级警报报文，并显示当前电流值；当电流值超过额定电流值3倍时，CAN报文发出2级警报报文，并显示当前电流值；当电流值超过额定电流值5倍时，CAN报文发出3级警报报文，并显示当前电流值；当达到3级警报时，同时自检式安全开关控制器(自检式安全开关控制器为低压供电经过隔离电源模块后输出电源与高压共地(自检式安全开关包含整个低压控制板上的所有用电子器件)为MCU提供电源，(MCU采用Freescale的MM9Z1J638)内部会打开电子保险管(电子保险管打开后MUC就得电开启后续的操作)，微控制单元驱动光耦来打开MOS,使F1经过一定的电流值时；从而保证了主回路负载的安全以及在负载有故障时给车辆带来的不安全因素。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.烟火式安全开关用铜排，包括铜排，其特征在于，所述铜排中央为切断连接部，该切断连接部一侧的铜排上设有合金电阻部，该合金电阻部两端的铜排侧面上均设有采样插针。

2.根据权利要求1所述的烟火式安全开关用铜排，其特征在于，所述插针与PCB控制板连接。

3.烟火式安全开关，其特征在于，包括权利要求1-2中任一项所述的铜排，还包括壳体；所述壳体中央的空腔内从上至下依次包括点火器、活塞和铜排；所述铜排上的切断连接部位于活塞切割端的正下方；所述空腔一侧的壳体内设有控制板容纳腔。

4.根据权利要求3所述的烟火式安全开关，其特征在于，所述点火器底端设有安装台阶，安装台阶两侧均设有插槽；所述活塞顶端内侧壁两端均设有与插槽配合使用的插块。

5.根据权利要求3所述的烟火式安全开关，其特征在于，所述活塞的切割端与铜排之间具有间距。

6.根据权利要求3所述的烟火式安全开关，其特征在于，所述点火器顶端设有信号输入插针。

7.具有烟火式安全开关的检测***，其特征在于，包括微控制单元，微控制单元分别连接高压主回路、供电单元、光耦和隔离CAN收发器；所述供电单元包括依次串联的稳压器、隔离模块、低压辅助电源、点火器开关和开关；所述开关与光耦连接；所述微控制单元与高压主回路上烟火式安全开关的铜排连接。

8.具有烟火式安全开关的检测***的检测方法：其特征在于，包括下列步骤：

步骤1：烟火式安全开关上的铜排检测高压主回路当前电流信号；

步骤2：当检测到电流小于额定电流1.5倍时，则进入步骤3；

步骤3：CAN报文显示当前电流值，报警为0，重复步骤1；

步骤4：当检测到电流值超过额定电流1.5倍但不超过额定电流3倍时，则进入步骤7，否则则进入步骤5；

步骤5：当检测到电流值超过额定电流3倍但不超过额定电流5倍时，则进入步骤8，否则则进入步骤6；

步骤6：当检测到电流值超过额定电流5倍时，则进入步骤9；

步骤7：CAN报文发出1级警报报文，并显示当前电流值，重复步骤1；

步骤8：CAN报文发出2级警报报文，并显示当前电流值，重复步骤1；

步骤9：CAN报文发出3级警报报文，并显示当前电流值，同时切断高压主回路。

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