CN101147279A - 用于机动车的供电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于连接至少两个电力储存单元的连接箱。所述两个储存单元(12a、12b)通过安装在其中之一上的连接箱(14)电连接，所述箱包含连接元件回路，该回路经由端子(20)提供与两个单独配电网络的电连接以及与另一个连接器(42)的电连接。

Description

用于机动车的供电设备
技术领域
本发明涉及用于机动车的供电设备，其将几个电能储存单元组织在一起，本发明还更为特别地涉及与这些储存单元有关的连接装置，用来给几个不同的配电网络供电。
背景技术
在现代机动车中，电能需求持续增长。用电零件越来越多，且电能需求越来越大(几个千瓦)。希望能有可用的几种供电电压，例如12V和24V(或者更高)，从而特别地为这些设备供电。例如，虽然装备车辆的照明设备和小电动马达以12V供电，和以前一样，但是其他设备(诸如例如发电机-起动器)如果以更高的供电电压供电，则会具有优势。两种或者更多种配电网络共存，要求设计布线，且不能有任何连接错误(特别是在维护操作场合)。
发明内容
本发明可以将能够满足车辆需求的一套电能储存单元周围的专用和固紧连接装置组织在一起。
更确切地说，本发明涉及用于机动车的供电设备，其特征在于，其包括至少两个电能储存单元；和连接箱，该连接箱至少局部覆盖至少一个这种储存单元并且包含连接元件回路，该回路在储存元件的端子和至少两个配电网络之间建立电连接，其中一个配电网络被安装在所述箱本身上的两个可触及端子连接。
因此限定了这样一种新颖、紧凑并且功能合理的组件，其能够向几个给不同系统供电的网络输送不同的具体电压。应该注意，其中一个网络(典型地输送12V电压的电流)保持传统连接，而其他网络(优选全部其他网络)受到保护，而不能被非技术人员触及，并且通过“防错”专用插座连接到所述连接箱。
如上所述，所述连接箱至少局部覆盖至少一个所述电能储存单元。该连接箱能构成一种保护盖，覆盖其中一个或者全部所述单元。后者可以安装在容器内，在这种情况下，所述连接箱形成用于所述容器的一种盖子。电能储存单元可以是不同种类的单元。例如，可以提供至少一个电化学蓄电池，且另一个单元是不同种类的单元，诸如例如“超高电容”。根据另一种实施例，提供了至少两个相同的电化学蓄电池，它们能串联或者并联。为此，连接箱可以包含电子或者机电类型的受控开关，能将这两个蓄电池串联或者并联。在一种变形中，所述开关被包括至少两个开关的回路所取代或者被包括一个开关和一个断路器的回路所取代。通过这种简单的装置，因此可能在启动阶段时刻产生可用的高电压，例如24V，并且当热机工作时，返回到通常的低电压(12V)。
如上所述，至少一个前述电能储存单元可以是所谓的超高电容部件，就是说，实际上是一个电容非常高的电容器。这种部件可以特别用于与能量恢复系统有关的场合，或者用于根据需要提供电能峰值，例如在起动时。
具有优势的是，所述连接箱也可以包括DC到DC转换器。
具有优势的是，所述连接箱包括凸耳，用来连接所述储存单元的端子。这种凸耳包括两条彼此铰接的刚性臂，允许调节具有其端子任意间隔的储存单元。这些连接凸耳刚性但仍可调，可以组成这样的装置，其用来将所述箱机械安装到电能储存单元顶部。
应该注意，将连接箱设置在并排组织在一起的储存单元顶部是有优势的。因此实现了作为盖子的额外作用，该盖子提供一定程度的热保护，并且还防止危险物质泄漏，或者防止引入特定的液体。储存单元的所有端子可以都被覆盖，或者至少由形成盖子的所述连接箱使其不可触及，这样可以防止没有经验的工人触及不同于传统低电压(12V)的电压。
附图说明
按照以下通过示例给出或者参照附图给出的根据本发明原理的供电设备的说明，本发明将得到更好的理解，且其他优势将会更清楚地显现，其中：
图1是包括并排放置的两个电化学蓄电池的供电设备的平面图；
图2是该设备的立面图；
图3是透视详图，图示了与图1和图2所示实施例的专用连接插座的电连接；
图4至7图示了制造图1和2所示连接箱的步骤；
图8图示了另一种实施例，其中连接箱形成容器的盖子，该容器包含多个已知为“超高电容”的单元；
图9是带有断路器和开关的示例实施例的供电设备的回路的示意图。
具体实施方式
所示供电设备11包括两个电能储存单元12a、12b，它们并排放置；和连接箱14，其至少局部覆盖所述两个储存单元。在所述示例中，所述两个储存单元是两个电化学蓄电池或者电化学电池，每个额定电压为12V。在一种变形中，其中一个储存单元可以是电化学蓄电池，而另一个可是“超高电容”，就是说，带有更高的电容(超级电容)。可以预想存在大量的储存单元。
供电设备11例如用来形成机动车布置的一部分，所述机动车包括可逆多相旋转电动设备，诸如发电机-起动器，和至少两个电能储存单元12a、12b，正如文件WO08/088471和文件WO/02/80334所述的一样，可以参照这些文件获取更多信息。
这种类型的布置可以在制动过程中回收能量，并且包括两个配电网络，至少一个开关或者带有两个断路器的回路以及直流到直流的转换器，称为DC/DC转换器，其可以转换电压并且在两个不同的电压下工作。
作为记录，需要说明，发电机-起动器是可逆发电机，当其工作在发电机模式时，其首先将机械能转化为电能，特别用来给电池充电和/或给机动车的至少一个机载网络的用电器供电，其次，当其工作在电动马达模式时，称为起动器模式，其将电能转化为机械能，特别用来启动机动车的内燃机或者热机，而且在一种实施例中，防止热机熄火。
应该注意，在起动器模式时(工作在电动马达模式)，该布置可以用高于发电机模式时的电压给该发电机-起动器供电。该发电机-起动器包括整流装置，称为逆变器，该逆变器例如包括MOSFET型晶体管，其受到电气促动和控制单元控制，如文件FRA 2745444和FRA 2745445所述。
所述电气促动和控制单元接收来自传感器的该设备转子角度位置信号，还包括控制器，称为驱动器，该控制器是动力元件并且控制所述MOSFET型晶体管。在一种实施例中，所述驱动器属于动力级，该动力级也包括逆变器的MOSFET型晶体管，所述逆变器构成交流到连续可逆流的电转换器，在发电机模式下称为“AC/DC”。在发电机模式下，逆变器的MOSFET型晶体管被控制在双稳态(two-state)模式，从而全波控制所述设备定子绕组，或者在一种变形中，被可变脉宽指令控制。
控制元件属于低动力级。
根据前述两篇文件WO 03/088471和WO02/080334，可以看出，两个能量源可以由电池和大值电容或者超高电容构成。在一种变形中，如文件WO02/080334的图9所示，可以是存在DC/DC转换器和开关的两个电池。
在另一种实施例中，以下所述供电设备11可以形成机动车布置的一部分，所述供电设备包括两个电池和发电机-起动器或者发电机和起动器，所述起动器或者发电机-起动器处于起动器模式，适配成通过所述两个电池以24V供电，从而起动所述机动车的热机，同时所述发电机或者发电机-起动器在发电机模式以12V供电。
这是通过至少一个开关或者两个断路器来实现的，所述两个断路器能让两个电池在起动时串联或者并联来增加两个电池的能量储备。
所述开关或者断路器可以被发电机-起动器的促动和控制单元控制。
两个电能储存单元12a、12b设置成它们的电连接端子16尽可能彼此远离，如图所示。连接箱14用电绝缘材料制成，这里用绝缘塑料材料制成。该箱14，根据一项特征，覆盖储存单元12a、12b的至少中心部分，特别是让所述连接端子16无法触及，或者在任何情况下都难于触及。
连接箱14包含回路，该回路包括连接元件18，所述连接元件在这里是金属的并且是平坦的，可以在储存元件的端子16和两个不同的配电网络之间建立电连接。其中一个网络连接到两个可触及的端子20，这两个端子安装在该箱自身上。与传统电池一样，所述端子20用来接地和连接车辆机载网络的正极线。另一个网络连接到两个不可触及的端子，这两个端子安装在所述箱上，如下所述。连接箱14包括连接凸耳22，用来将其连接到所述储存单元的端子16。在图1中，可以看见4个这种类型的金属连接凸耳22。每个包括两条彼此铰接的刚性臂26、28，允许在所述连接箱的端子和相应的储存单元上的端子16之间调节长度。
从图1和2中可以看出，臂28安装成在其一端铰接到第一导电凸耳(未示出)上，所述凸耳安装在端子16上。
臂28安装成在其另一端铰接到臂26的端部，该端部相对于臂26承载端子20或者不可触及的端子(在图9中，示为20’)的端部，所述不可触及的端子安装在连接箱14上。
所述端子20、20’例如由螺栓构成，其头部承载在带孔的臂26上，所述螺栓的螺纹部分穿过这个孔。
因此，这种安装使用了三个元件，即第一凸耳和彼此铰接的两条臂26、28，在能量储存单元的端子和箱14的端子之间形成了伸缩器(pantograph)。这种安装允许在端子16和箱14的可触及和不可触及的端子之间产生垂直偏移，以及纵向和宽度方向偏移。
因此，相同的连接箱可以用于任何不同尺寸的储存单元。类似地，借助凸耳22，在另一种实施例中，箱14完全覆盖储存单元12a、12b，或者甚至覆盖两个储存单元。
在示例中，插入连接箱内的金属连接元件18在连接凸耳22和(机电或者电子型)受控开关30之间建立电连接，所述开关集成在连接箱14的结构内。这种开关能根据需要串联或者并联所述两个电能储存单元。在一种变形中，所述开关被两个受控断路器取代。
连接箱14连接到两个不同的配电网络，其中一个网络被两个可触及的端子连接，这两个端子设置在所述箱本身上。为此目的，所述箱包括两个凸起38a、38b，所述凸起用塑料材料制成，在所述箱侧面包围凸耳22的连接端子，所述凸起是开放的或者是闭合的。当所述凸起是开放(38a)的时候，可以将配电网络(典型为12V网络)连接到所述端子。另一方面，根据一项特征，另一个网络的其他端子(图9中的20’)不存在其他连接，因为它们被闭合凸起38b保护起来。这里的其他网络，不能让非技术工人触及，且连接到专用的连接插座42，该插座可以防错并且受到保护。例如，对于向发电机-起动器或者发电机供电，也是这种情况。插座42通过连接元件1 8连接到所述开关。
除了连接到所述箱内的各种平坦连接元件18的受控断路器或者受控开关30外，所述设备可以包括至少一个DC到DC转换器34，该转换器与储存单元关联，如文件WO03/088471和WO02/080334一样。这种电子和/或机电部件优选安装成与散热冷却器36热接触，所述冷却器出现在所述箱的顶面上。
冷却器36在这里是金属的，并且包括翼片，如图1至3、6和7所示。该冷却器例如用铝制成。
图3示出了将要连接到连接插座42的电连接件的示例。这形成了基部42a，用绝缘塑料材料制成的柱台63安装在该基部上，包围两个半圆形金属端子A和B，这两个端子被绝缘保护杆64分开，所述保护杆仿形制作，从而组成正极(positive)定位设备。与这两个端子A和B绝缘的螺钉65在所述柱台的中心凸起。另外，连接件66上连接有两条电缆A’、B’，这两条电缆将分别与端子A、B连接，所述连接件包括孔68，该孔出现在壳体67的底部，能接收螺母69。连接件66还包括相应于杆64的凹痕(不可见)。
组装时，连接件啮合到柱台上，让螺钉65从壳体67的中心凸起。
拧紧螺母，提供了两个电连接件。这种布置类似于属于本申请人的WO02/060038所述的布置。
端子A相应于低压电平(地)。端子B相应于正压，其值V取决于操作模式。
典型地，在发电机模式下，V＝12伏，而在起动器模式下，V＝12+X伏。连接箱允许通过改变储存单元的组合来改变所述电压。
图4至7图示了制造所述连接箱14的各种步骤。用绝缘塑料材料制成的底部单板46通过模制获得。其包括安装孔47、4个用于分别穿过可触及的端子20和被凸起3 8b覆盖的不可触及的端子(图9中的20’)的孔48a、用于电连接件18的孔48b以及复制电连接件18的形状用来容纳电连接件18的凹痕49。该部件在图4中可见。如图5所示，金属连接件18放置在为该连接件的目的而设置的凹痕49内。塑料材料制成的中间部分50模制而成并且覆盖连接件18以及不可触及的连接端子。
元件18因此夹在单板46和中间部分50之间。在一种变形中，通过插入模制将其制成单个部件。
产生的结果是图6中的配置，可以看见开放的凸起(38a)和闭合的凸起(38b)围绕所述连接箱的连接端子位置。另外，中空空间56设置成容纳诸如开关30和/或转换器34的电子或者机电部件。这些部件中至少一些部件被散热冷却器36冷却，该冷却器出现于覆盖所述箱的整个中部的盖子55上。
根据上述内容，结果是壳体14可以包括至少发电机-起动器的动力级或者甚至发电机-起动器的控制级，线缆将所述发电机-起动器的相位输出连接到所述箱14，所述箱包含例如三相型发电机-起动器的动力级和控制级。在这种情况下，柱台63包围三个金属端子，这三个金属端子彼此被三个突出杆64分开。冷却器36冷却这些级。
动力级可以是SMI类型的回路，该回路包括金属基部，该基部例如用铝制成，压靠在冷却器36的底面上，就是说压靠在冷却器上相对于其携带翼片的表面上。在一种实施例中，这种压靠通过将所述基部螺钉连接到所述冷却器来实现，或者在一种变形中，通过将所述基部结合(bond)到所述冷却器来实现。
通过电绝缘粘结剂，被称为引线架的导电体网络结合到所述基部的底面。
所述导体网络设置有接收一个或者多个电子部件的表面，所述电子部件特别是MOSFET型晶体管。
这些导体局部包括导电支柱(strut)。这些支柱，例如是是中空圆柱类型的，每个都承载连接元件18。元件18在单板46上的孔48b处打孔，这些支柱内部开有螺纹。
螺钉设置成电气和机械连接到元件18和所述支柱。螺钉头部容纳在孔48b内，且承载在所述元件18的内表面上。每个螺钉的螺纹部分穿过所述元件18上的孔，从而拧入关联的支柱。在一种变形中，可以焊接支柱和元件18。孔47用来将盖子55与单板46以及中间部分50拧在一起。螺钉还用来将冷却器36与单板以及中间部分组装在一起。
发电机-起动器的控制回路在一种实施例中是放置在SMI类型的动力回路旁边的PCB类型的回路。该回路例如通过螺钉连接固定到冷却器36底面。
图8图示了一种变形，此时连接箱14覆盖至少一个储存单元，并且形成一种能提供一定程度保护的盖子。
在该示例中，绝缘塑料材料制成的容器70罩住几个储存单元，诸如“超高电容”71。所述储存单元串联-并联连接在一起，从而形成串联的S单元和并联的P单元，从而实现了需要的电压和电容。为了安全方面的考虑，连接箱14固紧到容器70，形成一种保护盖，因为存在有“超高电容”。
和前面一样，输出端子还是两个端子38a。它们输送12V电压。一般来说，如果连接壳体仅覆盖一个储存单元或者其中的某一些单元，其将首先是其中一个“超高电容”。
从附图和说明书中清楚的看到，根据本发明，用于机动车的供电设备结构紧凑，并且形成单体组件，该组件可以用两个可触及的端子20操作和运输，就像电连接件长度缩短并且电连接件简化的正常电化学电池或者蓄电池一样。
这种紧凑的布置能减小连接电感，特别是逆变器和DC到DC转换器之间的连接电感，或者逆变器和超高电容之间的连接电感，这种电感会产生电压波动以及各种部件之间的谐振，以及在设备的各零件之间通信的信号的地线漂移(earth shift)。
减小连接电感也能减小逆变器的雪崩效应，该效应是本领域技术人员公知的一种效应，其能产生热问题。
另外，这种紧凑布置避免了这种类型的供电设备的爆炸式设计的缺陷，爆炸式设计涉及增加机动车内电气箱的数目并且因此增加了每个箱的密封和冷却需求，以及车辆内的许多布线问题和连接件强度问题。
因此，改善了车辆内储存单元、逆变器和开关或者断路器的集成和紧凑程度，以及改善了在该设备工作过程中，它们的热特性和电气特性。
自然，本发明不限于所述的示例实施例，因为本发明允许许多应用场合。
因此，在一种变形中，所述箱包括用于两个能量储存源的电流、电压或者温度传感器，特别是为了检测电压降，或者一般来说监测这些能量源的状态。
用来在发生碰撞的情况下断开能量储存源的促动器集成在该箱中。
该箱可以包括至少一个辅助端子，其连接到电气部件，从而例如与机动车发动机控制器对话和通信。因此，所述箱可以包括用于诸如发电机-起动器的旋转电动设备的电压调节器。
电化学蓄电池可以是任何类型的电池，例如铅电池、NiMH(镍金属混合物)电池或者锂电池。
用来将能量储存源串联连接和并联连接的回路具有各种形式，因为在所述箱内，每样东西都是组织在一起的。
因此，这种回路可以是文件EP A1360090的图4和5中的类型。这种回路还可以包括受控开关和受控断路器。
在一种变形中，如图9所示，根据本发明的设备可以形成包括机电单元的回路的一部分，所述机电单元包括并联的发电机A”和起动器S，同时它们通过第一端子和第二端子E接地。在一种变形中，该机电单元包括发电机-起动器，其取代发电机A”和起动器S。以已知的方式，发电机A”包括桥式整流器和电压调节器，线缆A’将端子42连接到端子E。端子42然后专用来向起动器和发电机供电，或者给发电机-起动器供电。
所述设备包括断路器K1和开关K2。
开关K2和断路器K1形成开关单元100，其集成在图2内的箱14内。
在图9中，开关K2处于位置R，而断路器K1打开。
在这种配置中，两个能量储存单元12a、12b串联。
在第二位置(K1和K2以点线所示)，开关K2处于位置T，且断路器K1闭合，使得两个源12a、12b并联，点C处于端子E的电势。在一种实施例中，开关单元100包括被硬线连接的控制器所控制的电子部件。标记15表示车辆机载网络的正极供电线，而M表示地线。

Claims (13)

1.一种用于机动车的供电设备，其特征在于，包括至少两个电能储存单元(12a、12b)和连接箱(14)，所述连接箱至少局部覆盖至少一个所述储存单元并且包围连接元件回路(18)，所述回路在所述储存元件的端子和至少两个不同的配电网络之间建立电连接，其中一个所述配电网络通过安装于所述箱本身的两个可触及端子连接。
2.如权利要求1所述的供电设备，其特征在于，所述连接箱(14)包括用来连接所述储存单元的端子的凸耳(22)，其中所述凸耳每个包括两条彼此铰接的刚性臂(26、28)，允许适配其端子任意间隔的储存单元。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，包括所述刚性臂的所述连接凸耳(22)构成机械连接所述箱的装置，所述装置由所述电能储存单元(12a、12b)承载。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述连接箱(14)用绝缘塑料材料制成，且其中前述连接元件(18)是插入到该塑料材料中的平坦导体。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述连接壳体包围受控开关(30)，该开关串联或者并联连接到至少两个前述储存单元。
6.如前一个权利要求所述的设备，其特征在于，所述连接箱包围DC到DC转换器(34)。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述连接箱至少集成了发电机-起动器的动力级。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备包括散热冷却器(36)，其与包括在所述箱内的部件热接触。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述壳体包括专用连接插座(42)，其用于其他电流配电网络的受保护的连接件。
10.如权利要求9所述的设备，其特征在于，所述其他配电网络特别专用于给起动器和发电机或发电机-起动器供电。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个电能储存单元是电化学蓄电池。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，至少一个电能储存单元是已知为超高电容的部件。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，这种储存单元安装在容器(70)内，其中所述连接箱(14)固紧于该容器。
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