电池连接器和车辆电池系统的制作方法

1.本发明涉及车辆电池领域，尤其是涉及一种电池连接器和一种车辆电池系统。


背景技术：

2.车辆动力电池的隔离系统包括电池接触器，该电池接触器具有闭合状态和断开状态并且可以在这两种状态之间切换，由此实现动力电池的接通与关断功能。在当前的车辆电池系统中，所述电池接触器与电池管理系统均连接在12v的车载供电回路中并通过12v的低压电源来驱动，所述电池接触器基于所述电池管理系统的控制信号实现闭合状态和断开状态的切换。
3.然而，低压电源的输出电压尤其容易出现波动，所述电池接触器的闭合时间也会发生相应的波动。尤其是当低电压电源的供电电压过低时，所述电池接触器可能出现闭合过慢、甚至不闭合的现象，导致车辆无法启动。
4.此外，考虑到所述电池接触器与所述电池管理系统连接在同一供电回路中，在所述电池接触器闭合时会产生较大的冲击电流(例如达到25-30a)，该冲击电流会对电池管理系统产生一定冲击，这增加了电池管理系统的线路设计难度和电磁兼容性的设计难度。
5.因此，如何设计稳定可靠的电池接触器成为目前需要解决的技术难题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种电池连接器和一种车辆电池系统，以至少部分地解决现有技术中的问题。
7.根据本发明的第一方面，提供了一种电池连接器。所述电池连接器可以包括变压稳压单元、耦合单元和接触器，其中，所述接触器经由所述变压稳压单元连接至动力电池的输出端，且所述接触器经由所述耦合单元接收由电池管理系统发出的控制信号。
8.本发明的核心构思在于：将接触器连接在动力电池的高压供电回路中，并通过耦合单元接收低压供电回路中的电池管理系统的控制信号，由此实现接触器的开关状态的切换。根据本发明的当前实施例，一方面，接触器可以从动力电池的高压输出端获取稳定的、尤其波动较小的驱动电压，由此增强接触器的鲁棒性；另一方面，用于产生控制信号的电池管理系统与所述接触器分离地构造在低压供电回路中，由此电池管理系统不再需要向接触器供电，对于电池管理系统要求的工作电压和工作电流均大幅下降，同时避免了接触器闭合产生的冲击电流对电池管理系统的影响，增强了电池管理系统的运行稳定性，且改善了车辆动力系统的电磁兼容性。
9.根据本发明的可选实施例，所述耦合器可以包括发射器和接收器，所述发射器被配置用于将由所述电池管理系统发送的第一电控制信号转换成非电信号并进行发射，所述接收器被配置用于将所接收的非电信号转换成用于控制所述接触器的第二电控制信号。在此，通过发射器和接收器的信号转换可以实现低压供电回路与高压供电回路的耦合。
10.根据本发明的另一可选实施例，所述耦合器可以构造为光电耦合器，其中，所述非
电信号可以包括光学信号。可选地，所述光电耦合器可以包括用作所述发射器的发光二极管和用作所述接收器的光电三极管。
11.根据本发明的另一可选实施例，所述耦合器可以构造为声电耦合器，其中，所述非电信号可以包括声学信号。可选地，所述声电耦合器可以包括用作所述发射器的蜂鸣器和用作所述接收器的声学传感器。
12.根据本发明的另一可选实施例，通过所述变压稳压单元可以将所述动力电池的输出电压转换并稳定在所述接触器的额定工作电压范围内。
13.根据本发明的另一可选实施例，所述变压稳压单元可以包括稳压二极管、三极管和限流电阻，其中，所述限流电阻可以被配置为所述三极管的偏置电阻且用于限制流经稳压二极管的电流，所述稳压二极管可以被配置用于箝位所述三极管的基极电压。
14.根据本发明的另一可选实施例，所述变压稳压单元可以构造为buck电路。
15.根据本发明的第二方面，提供了一种车辆电池系统，所述车辆电池系统包括动力电池、电池管理系统和根据本发明的电池连接器。
附图说明
16.下面通过参照附图更详细地描述本发明可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图示出：
17.图1示出根据本发明的一个示例性实施例的电池连接器的结构示意图；
18.图2示出根据本发明的另一示例性实施例的电池连接器的结构示意图；
19.图3示出根据本发明的另一示例性实施例的电池连接器的结构示意图；和
20.图4示出根据本发明的另一示例性实施例的电池连接器的结构示意图。
具体实施方式
21.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。
22.图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的电池连接器的结构示意图。以下示例性的实施例更详细地描述根据本发明的电池连接器。
23.如图1所示的那样，车辆电池系统10可以包括电池连接器1、动力电池101和电池管理系统102。所述动力电池101可以构造为用于电压部件的能量供给的可再充电的高压电池，例如400v或更高电压的高压电池。所述电池管理系统102用于控制电池连接器1的工作状态。
24.在此，所述电池连接器1可以包括变压稳压单元2、接触器4和耦合单元3。所述变压稳压单元2可以连接在动力电池101的输出端、尤其是连接在动力电池101的正极与负极之间。
25.所述接触器4可以经由所述变压稳压单元2连接至动力电池101并经由变压稳压单元2从动力电池101获取能量供给。所述变压稳压单元2可以对所述动力电池101的直流输出电压(例如400v的高输出电压)进行转换、尤其是降压，并将经转换的电压稳定在所述接触器4的额定工作电压范围内，所述接触器4的额定工作电压通常为12v。需要说明的是，所述
变压稳压单元2可以包括分开构造的变压模块和稳压模块，其中，所述变压模块用于对所述动力电池101的输出电压进行转换、尤其是降压成期望输出电压，所述稳压模块用于将经转换的电压稳定地维持在期望输出电压、尤其是在所述接触器4的额定工作电压范围内；所述变压稳压单元2也可以包括可同时实现变压功能和稳压功能的一体化结构的变压稳压模块。
26.需要说明的是，在本发明的当前实施例中，所述接触器4是正负极一体化的接触器，其同时连接直流输入电压的正极与负极。当使用单正单负的接触器时，需要为接触器的另一极再设置一个取电点。
27.所述接触器4可以经由所述耦合器3接收由电池管理系统6发出的控制信号。在此，所述耦合器3可以包括发射器31和接收器32。所述发射器31可以被配置用于将由电池管理系统102发送的第一电控制信号转换成非电信号并发射所转换的非电信号。所述第一电控制信号尤其可以包括接触器的闭合信号和/或断开信号，由此转换得到的非电信号例如可以包括光学信号、声学信号和/或磁信号等。所述接收器32可以被配置用于将所接收的非电信号转换成用于控制所述接触器4的第二电控制信号，以实现基于电池管理系统102的指令相应地切换接触器4闭合状态和断开状态。
28.在此，发射器31与电池管理系统102连接在例如12v的低压供电回路中，接收器32与接触器4连接在由动力电池101供电的高压供电回路中，通过发射器31和接收器32的信号转换可以实现低压供电回路与高压供电回路的耦合。
29.根据本发明的当前实施例，一方面，接触器4可以从动力电池101的高压输出端获取稳定的、尤其波动较小的驱动电压，由此增强接触器4的鲁棒性；另一方面，用于产生控制信号的电池管理系统102与所述接触器4分离地构造在低压供电回路中，由此电池管理系统102不再需要向接触器4供电，而仅需要向耦合器3的发射器31供电，对于电池管理系统102要求的工作电压和工作电流均大幅下降，同时避免了接触器4闭合产生的冲击电流对电池管理系统102的影响，增强了电池管理系统102的运行稳定性，且改善了车辆动力系统10的电磁兼容性。
30.图2示出了根据本发明的另一示例性实施例的电池连接器的结构示意图。以下仅阐述与图1中所示的实施例的区别，而相同的构件为了简洁起见而不再重复描述。
31.在本发明的可选实施例中，连接在由动力电池101供电的高压供电回路中的变压稳压单元2可以包括稳压二极管21、三极管23和限流电阻22。在此，在三极管23的基极与集电极之间连接有限流电阻22，所述限流电阻22可以用作三极管23的偏置电阻，用以调整三极管23的基极偏置电流的大小。稳压二极管21的正极与动力电池101的正极连接，稳压二极管21的负极与三极管23的基极连接，用以箝位所述三极管23的基极电压，使得三极管23工作在线性区。考虑到动力电池101的直流输出电压非常高，例如可达到400v或更高，通过所述限流电阻22还可以限制流经稳压二极管21的电流，防止过大的电流流过稳压二极管21而导致的二极管击穿。
32.可选地，所述稳压二极管21的额定工作电压可以选择为13v，由此三极管23的基极电压可以被箝位在13v。当三极管23例如是硅三极管时，考虑到三极管23的基极与射极之间0.7v的电压降，三极管23输出的射极电压将会稳定地保持在12.3v的电压范围内，其处于接触器4的额定工作电压范围内。
33.可选地，所述耦合器3可以构造为光电耦合器301，所述光电耦合器301例如包括用作发射器31的发光二极管和用作接收器32的光电三极管。在此，发光二极管31与电池管理系统102共同连接在12v的低压供电回路中，在低压供电回路中还可选地连接有限流电阻103，用以防止低压供电回路中出现过大的电流。光电三极管32连接在由动力电池101供电的高压供电回路中，其中，光电三极管32的集电极与三级管23的射极连接，光电三极管32的射极与接触器4连接，从而三极管23输出的12.3v左右的射极电压将会施加在接触器4和光电三极管32上，从而使得接触器4在额定工作电压的范围内运行。
34.在此，所述发光二极管31与所述光电三极管32可以通过光学信号与电信号的转换来实现高压供电回路与低压供电回路的耦合。在此，由电池管理系统102发送的第一电控制信号可以控制发光二极管31的发光状态，而光电三极管32可以基于发光二极管31的发光状态来切换接触器4的闭合状态和断开状态。示例性地，当电池管理系统102停止供电时，发光二极管31就会停止发光，光电三极管32由于未接收到光学信号而进入到截止区，由此关断高压供电回路，并使接触器4处于断开状态。当电池管理系统102发送闭合接触器4的第一电控制信号时，发光二极管31基于接收到的第一电控制信号进行正向导通并发光。在发光二极管31发出的光学信号照射到光电三极管32的基极后，光电三极管32导通，由此将高压供电回路中的接触器4切换到闭合状态。在接触器4闭合后，高压供电回路导通，从而由三极管23输出的例如12.3v的射极电压将会施加在接触器4上，由此稳定地保持接触器4的闭合状态。
35.图3示出了根据本发明的另一示例性实施例的电池连接器的结构示意图。以下仅阐述与图2中所示的实施例的区别，而相同的构件为了简洁起见而不再重复描述。
36.在本发明的另一可选实施例中，所述耦合器3可以构造为声电耦合器302，所述声电耦合器302例如包括用作发射器的蜂鸣器31和用作所述接收器的声学传感器32。在此，蜂鸣器31与电池管理系统102共同连接在12v的低压供电回路中，并由电池管理系统102控制蜂鸣器31的发声状态和静默状态。声学传感器32可以连接在由动力电池101供电的高压供电回路中，用以根据识别到的声学信号来切换接触器4的闭合状态和断开状态。示例性地，当电池管理系统102停止供电时，蜂鸣器31被置于静默状态，声学传感器32在识别不到任何声学信号的情况下进入关断状态，从而将高压供电回路中的接触器4切换到断开状态。当电池管理系统102发送闭合接触器4的第一电控制信号时，蜂鸣器31就会发出具有预设频率的声学信号，声学传感器32在接收到该声学信号后进入导通状态，从而将高压供电回路中的接触器4切换到闭合状态。在接触器4闭合后，高压供电回路导通，从而由三极管23输出的例如12.3v的射极电压将会施加在接触器4上，由此稳定地保持接触器4的闭合状态。
37.图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的电池连接器的结构示意图。以下仅阐述与图2中所示的实施例的区别，而相同的构件为了简洁起见而不再重复描述。
38.在本发明的另一可选实施例中，所述变压稳压单元2可以构造为buck电路，所述buck电路例如可以包括开关管24、续流二极管25、电感26和电容27。在此，通过pwm驱动信号来驱动开关管24的开启与闭合，用以对动力电池101输出的直流电压进行斩波。示例性地，当pwm驱动信号为高电平时，开关管24导通，电流持续地流过电感26并对电容27进行充电；当pwm驱动信号为低电平时，开关管24关断，电感26中的续流电流可以流过续流二极管25且线性地减小，同时，通过由电感26和电容27组成的低通滤波器可以对所输出的直流电压进
行滤波处理。通过这种方式，动力电池101的直流输入电压可以通过buck电路转换为期望的直流输出电压，使得接触器4处于额定工作电压范围内，其中，所述期望的直流输出电压可以通过pwm信号的占空比进行调节。在此，尤其可以通过高频率的pwm驱动信号来驱动开关管24的高速的开闭，以实现稳压的目的。
39.需要说明的是，尽管在此详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不偏离本发明的核心和范围的前提下，可以提出各种替换方案和修改方案。

技术特征：
1.一种电池连接器(1)，其特征在于，所述电池连接器(1)包括变压稳压单元(2)、耦合单元(3)和接触器(4)，其中，所述接触器(4)经由所述变压稳压单元(2)连接至动力电池(101)的输出端，且所述接触器(4)经由所述耦合单元(3)接收由电池管理系统(102)发出的控制信号。2.根据权利要求1所述的电池连接器(1)，其特征在于，所述耦合器(3)包括发射器(31)和接收器(32)，所述发射器(31)被配置用于将由所述电池管理系统(102)发送的第一电控制信号转换成非电信号并进行发射，所述接收器(32)被配置用于将所接收的非电信号转换成用于控制所述接触器(4)的第二电控制信号。3.根据权利要求2所述的电池连接器(1)，其特征在于，所述耦合器(3)构造为光电耦合器(301)，其中，所述非电信号包括光学信号。4.根据权利要求3所述的电池连接器(1)，其特征在于，所述光电耦合器(301)包括用作所述发射器(31)的发光二极管和用作所述接收器(32)的光电三极管。5.根据权利要求2所述的电池连接器(1)，其特征在于，所述耦合器(3)构造为声电耦合器(302)，其中，所述非电信号包括声学信号。6.根据权利要求5所述的电池连接器(1)，其特征在于，所述声电耦合器(302)包括用作所述发射器(31)的蜂鸣器和用作所述接收器(32)的声学传感器。7.根据权利要求1至6中任一项所述的电池连接器(1)，其特征在于，通过所述变压稳压单元(2)将所述动力电池(101)的输出电压转换并稳定在所述接触器(4)的额定工作电压范围内。8.根据权利要求7所述的电池连接器(1)，其特征在于，所述变压稳压单元(2)包括稳压二极管(21)、三极管(23)和限流电阻(22)，其中，所述限流电阻(22)被配置为所述三极管(23)的偏置电阻且用于限制流经稳压二极管(21)的电流，所述稳压二极管(21)被配置用于箝位所述三极管(23)的基极电压。9.根据权利要求7所述的电池连接器(1)，其特征在于，所述变压稳压单元(2)构造为buck电路。10.一种车辆电池系统(10)，所述车辆电池系统(10)包括动力电池(101)、电池管理系统(102)和根据以上权利要求中任一项所述的电池连接器(1)。

技术总结
本发明涉及一种电池连接器。所述电池连接器(1)包括变压稳压单元(2)、耦合单元(3)和接触器(4)，其中，接触器(4)经由所述变压稳压单元(2)连接至动力电池(101)的输出端，且接触器(4)经由所述耦合单元(3)接收由电池管理系统(102)发出的控制信号。本发明还涉及一种车辆电池系统(10)，其包括动力电池(101)、电池管理系统(102)和根据本发明的电池连接器(1)。根据本发明，接触器可以从动力电池的高压输出端获取稳定的的驱动电压，由此增强接触器的鲁棒性，同时避免了接触器闭合产生的冲击电流对电池管理系统的影响，增强了电池管理系统的运行稳定性，且改善了车辆动力系统的电磁兼容性。且改善了车辆动力系统的电磁兼容性。且改善了车辆动力系统的电磁兼容性。


技术研发人员：孙昊成 胡涛 肖星辰
受保护的技术使用者：梅赛德斯-奔驰集团股份公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/6/28