[发明专利]用于汽车锂离子电池系统的线性高压接触器的对偶双极磁场

说明书

本申请要求2011年1月13日提交的美国临时申请No.61/432,329的申请日的权益。

技术领域

本发明大体上涉及减小在基于螺线管的线性接触板上形成的洛伦兹力的量值的装置和方法，且更具体地涉及当接触板断开或以其他方式去激励时在保持灭弧特征的同时减少这种量值的装置和方法。

背景技术

螺线管通常用于断开和闭合继电器、开关和相关电路接触。通常，高压接触器使用螺线管将接触板移动成与一对固定的带电端子选择性的接触，以便在端子之间构成电路。当螺线管去激励时，电路断开（即不完成）；并且当螺线管受激励时，电路闭合（即完成）。电路中高压和电流的存在可以在接触分离之后立刻在接触板和端子之间引起电弧。这种电弧是不期望的，尤其在高电流操作模式中，因为由电弧产生的能量往往会被不可以被电淬火的附近部件吸收（或作用于附近的部件）。

减少电弧或者灭弧的尝试已经包括将接触板和端子包围在充满介电气体的室内，通过在电弧形成期间吸收一些能量来使得介电气体引入抑弧特征。这种构造还减少了包装且提供了某种程度的不依赖于环境的使用。尽管这样，这样的方案由于在装置费用和复杂性方面的提高而不是优选的。

在其它的尝试中，将附加磁体对放置在接触板和端子的相对侧，以便利用作用于端子或其它暴露于磁场的带电构件上的洛伦兹力。在接触板上的电路断开之后立刻使用固有洛伦兹力，以便通过利用电弧的极性和将其在较大区域上伸展来加速灭弧。这样的方法通常在帮助灭弧上是令人满意的。不幸的是，在正常闭合电路操作期间，由附加磁体产生的洛伦兹力还被施加在附近的接触板上。由于这个力（由于磁体相对于流经接触板的电流的取向，该力大致处于能够促使接触板从端子提前分离的方向）会干扰大体上螺线管的操作以及具体地接触板的操作，所以仍然存在提高螺线管操作的方法。

在其他尝试中，用于闭合高压接触器的弹簧可以被设计为具有较大弹簧刚度，以在高电流（或短路故障）期间保持接触闭合。这样的增强弹簧力具有抵抗来自上述附加磁体洛伦磁力的早期接触板断开的趋势；不幸的是，较强的弹簧将需要更大力螺线管来断开接触。这继而要求更多能量，例如通过更大线圈。这样的解决方案由于重量、体积、电能量使用和成本上伴随的增大而不是优选的。

正使用汽车锂离子电池来提供部分（混合系统时）或全部（全电系统时）动力。需要相当级别的电压和电流的其中一种或两者来为电动机提供电力，电动机接着能够为一套车轮提供推进力。这种电池系统使用的高水平的电力如果存留下来不正确，则会在继电器和相关开关操作期间导致大量电弧。在使用某种形式的基于磁体的灭弧特征（例如上述讨论的）的系统中，磁场引起的洛伦兹力的大小足以通过将传统继电器和相关开关组件移动至与其设计相比不同的程度（或者在不同的时间移动）来干扰传统继电器和相关开关组件的板和接触。尤其地，向下指向的洛伦兹力可克服在螺线管的柱塞上引起的磁力产生的偏置，而其继而会使得接触被意外断开且形成附加磁体被包括以图避免的那种电弧。这种不适时的接触板断开可能对电池供电的汽车推进系统造成有害的影响。

发明内容

可以将用于继电器、开关或相关基于螺线管的装置的附加磁体可以形成为产生对偶双极磁场，以便减小与去激励接触相关的电弧同时减少由于形成的洛伦兹力影响电端子和接触板的趋势。作为由磁体对的组产生的两个不同磁场的结果形成的此对偶双极配置，在邻近继电器的接触器部分的区域中建立。磁场的此分离将磁场强度的集中度朝向沿着室的侧面形成的区域移动，该室封闭构成接触器部分的接触板和端子。结果，磁场强度施加到通常较小的接触板表面区域，并且特别地在接触器部分的中心处极度减小。通过保持暴露到磁场的接触板表面区域的量尽可能小，施加到板上的洛伦磁力的量被一致地保持较低，这继而减小了接触板和端子由于这样的力而不利的分开的机会。此对偶双极设计还有助于保持灭弧控制以改进高压接触器的稳定性，这继而导致更鲁棒的高压接触器的继电器设计，例如在锂离子电池系统中遇到的那些。通过将磁体分开并且将它们布置在继电器或开关的接触器部分周围的四个角处，由此形成的双极设计能够大大减小在极限条件期间（例如短路故障）引入的物理影响。