CN101559748B - 高压车辆部件连接方法及设备 - Google Patents

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Abstract

高压车辆部件连接方法及设备，提供高压驱动车辆(HVPV)中不同高压部件之间的电接合，该接合能够是部件的串链或串联连接。该方法包括连接电缆的第一端和第一部件，连接该电缆的第二端和第二部件内的高压母线，来形成接合，同时使用该部件的外壳对该接合提供环境密封和电磁性能(EMC)防护，而非在指定或共享的电力配置箱内提供这种接合。环形端子通过压配工艺或焊接工艺连接电缆一端。部件可以是高压储能系统(ESS)，功率转换模块(PIM)，空调控制模块(ACCM)，辅助动力模块(APM)，动力转向控制器，和电机/发电机。

Description

高压车辆部件连接方法及设备
技术领域
本发明涉及一种电连接或接合(splice)车辆上高压车辆部件内的一对高压电缆的方法。
背景技术
在高压驱动的车辆(HVPV)中，如混合电动车辆(HEV)，插电式混合电动车辆(PHEV)，燃料电池电动车辆(FCEV)，或者纯电动车辆(EV)，相对高压的电源或储能系统(ESS)，例如电池组或其他电化学储能装置，为驱动车辆提供了至少部分所需的电能来源。为了进一步节省燃料，根据车辆的具体设计，当车辆空转或停止时，和/或车辆能完全通过ESS提供的电能运转时，发动机或燃料电池可关闭或可选地断电。
为了提供充足的电能来部分或全部驱动车辆，并为了向车辆上连接于ESS的多个高压部件充电，ESS容纳或储存相对高的电势或电压，通常约在60到300伏或更高。HVPV上使用的常用高压部件可包括，例如，一个或多个电机/发电机，及空调控制模块(ACCM)，动力转向控制器，功率转换模块(PIM)，辅助动力模块(APM)，和/或其他相对高压的部件。
ESS传递大约75到100amps或更高的电流，电流使用具有正极轨与负极轨的高压母线通过专用高压电路传导，传输，或传递。由于有效的直接高压电缆接合方式，例如，通常用来接合如车辆上12V系统内的低压电缆或线路，基本是不可行的，所以，独立的电力配置箱(PDB)，或者可选择地与多个高压部件之一一体设置的PDB，通常用来提供车辆上的高压电分配功能。通过将PDB的功能和结构与高压部件其中之一的功能和结构一体化，部件的总数量可减少。但是，这种一体化部件具有额外的复杂性并且限制了不同车辆型号和平台之间的互换性。
在具有PDB功能的高压部件内，电连接通常使用标准电缆和相对复杂并具有几何偏置结构的母线。其他高压部件接收来自具有一体PDB的高压部件的专用电力线或电缆。虽然这些设计具有某些优点，但是，对于不同的制造、相关费用和装配的原因，这些设计可能并非最佳。
发明内容
因此，提供了一种接合车辆上高压部件内的高压电缆的方法。各相互连接部件的外壳提供了环境密封和电磁性能(EMC)防护来保护接合。该方法包括将第一电缆从第一高压部件连接至第二高压部件的高压母线。
当使用两个以上部件时，该方法包括串联连接各部件，使用各部件的外壳向内置于各外壳的接合提供所需的环境密封和EMC防护。在一实施例中，连接至母线使用能压配或焊接到电缆芯线部分的环形端子。
车辆的高压电力配置网包括：储能系统(ESS)；分别设有外壳并且高压母线设于各外壳内的第一与第二高压部件；和一对电缆。第一电缆连接ESS和第一部件的母线，第二电缆连接第一部件的母线和第二部件的母线。各外壳向设置于其内的电连接或接合提供环境密封和EMC防护。高压部件可以是，但并不限制于，功率转换模块(PIM)，空调控制模块(ACCM)，辅助动力模块(APM)，动力转向控制器，和/或电机/发电机。
结合附图，通过下列对本发明最优实施方式的详细描述，本发明的上述特点和优点及其他特点和优点是显而易见的。
附图说明
图1是车辆上现有技术电力配置网的示意图；
图2是另一现有技术电力配置网的示意图；
图3是根据本发明串联或串链的电力配置网示意图；
图4A是图3电力配置网使用的典型高压电缆装置截面侧视图；
图4B是图3电力配置网和图4A，5和6电缆装置使用的高压电缆截面侧视图；
图5是图4中示出的与高压车辆部件相连时的高压电缆装置截面侧视图；和
图6是图5示出的高压电缆装置另一实施例的截面侧视图。
具体实施方式
参照附图，其中类似的附图标记表示类似的部件，并从图1的现有技术开始，典型的电力配置网10通常设置为使用专用电力配置箱(DB)14向车辆(未示出)的多个部件16，16A和/或16B提供高压电能，如上所述。网10包括通过适当长度的高压电缆11(参照图4B)与部件16，16A，和16B(也分别标示为A，B，和C，)电连接的储能系统(ESS)12。
ESS 12可设置为一个或多个电池，例如镍镉，锂离子，或其他合适的可充电电池装置，当然，可按需交替地向部件16，16A，和/或16B储存并传送电能的其他电和/或电化学装置也在本发明的保护范围之内。ESS 12的尺寸设计可基于其要充电及支持的所需功能，包括所有再生制动需求或推进需求。ESS 12供给约60到300伏，或更高的高压电能，通常为直流电(VDC)，当然，本领域所属技术人员应意识到也可使用交流电(VAC)。网10中传送的电流通常约为75到100amps，当然，取决于车辆(未示出)和网10的具体设计，其他的安培数也在本发明的保护范围之内。
在图1现有技术网10的示例中，配置箱14是独立部件，来自ESS 12的电缆11与内置于配置箱14的高压母线(未示出)电连接。然后，电缆11将配置箱14和多个部件16，16A，和16B中的每一个连接。也就是，多个部件16，16A，和16B分别独立连接于或输入配置箱14。由于各种操作及经济原因，使用专用配置箱14并非最佳。因此，根据下列所述图3-6中示出的本发明，通过接合部件16，16A，和16B内的电缆11，可取消图1现有技术结构中示出的配置箱14，以得到简化的串联或串链(daisy-chain)的电力配置结构(参照图3)，从而在车辆(未示出)中提供了更优分配的电力。
高压部件16，或部件A，通常设置为功率转换模块或PIM，用于接收来自ESS 12的DC电压，并向一个或多个电机/电动机提供AC电流，在图2中其可为部件16A和/或16B(分别为部件B和C)其中之一或两个。部件16也可设置为包括所需电机控制逻辑来控制电机/电动机，如果部件16A和16B之一这样设置。当设置为电机时，部件16A或16B可从ESS 12中获得电能，同时，当设置为发电机时，部件16A或16B可产生电能以存储在ESS 12中。
参照图2，典型的网10A示出了另一现有技术结构，其中，配置箱14与部件16，16A，或16B其中之一组合成共用或整体的配置/部件116。来自共用配置/部件116的电缆11分别供入各部件16和/或16B，或根据需要供入另外的高压部件(未示出)中。但是，图1和图2各自的结构中包括配置箱14(图1)或共用配置/部件116(图2)，其仍需要部件16A，16B分别与其单独连接。参照余下附图来说明，使用根据本发明实现的串链结构可去掉配置箱14或共用配置/部件116，这将参照图3说明。
参照附图3，并根据本发明，提供了网10B，其中，分别具有单个进口和单个出口的部件16，16A，和/或16B通过不同长度的电缆11串联或“串链”。采用这种方式，多个部件的外壳40(参照图5和6)提供了环境或天气密封及所需的电磁性能(EMC)防护来保护各外壳40内的高压电连接或接合，现参照图4A至6来说明。
参照图4A，配线(wiring harness)或电缆装置20有一对电缆11。如图4B所示，各电缆11包括电线或标准电线，此后简化称作芯线28，其置入或包含于介电的内绝缘涂层或绝缘体29B内，例如聚乙烯，橡胶，碳氟化合物，或其他合适的介电或绝缘材料。护封或护罩27，例如编织尼龙或其他合适的材料，置于绝缘体29B和外绝缘体29A之间。在图4A中，电缆11之一可以是来自ESS 12(参照图1，2，和3)，或者是来自另一高压部件16，16A，或16B的进口电缆，同时，另一电缆11可以是串联到部件16，16A，或16B(参照图3)中不同一个的出口电缆。
各电缆11包含芯线28，参照图4A的上述说明，护罩(shield)27和芯线28插过防护板(shield plate)26上形成的或以其他方式设置的开口41。防护板26由铝或其他合适的材料构成。根据导线连接电缆11的位置，各导线28分别连接于一对端子30和30A例如环形端子或其他导电端子的相应一个。根据与其连接的电缆11数量，可以由单件冲压镀锡钢或由其他合适材料成形，按一定尺寸制造，或以其他方式按需设置的端子30，30A与部件16(参见5和6)内的高压母线48(参见图5和6)连接，如下参照图5和6所述。
参照图5，电缆装置20的防护板26由铝或其他合适材料构成，对部件16提供充足的电磁性能(EMC)防护能力。根据部件16外壳40上形成或设置的开口50的尺寸，防护板26可按需成形和/或按一定尺寸制造。外壳40由坚硬但轻质的材料例如铸铝构成，防护板26与外壳40硬性或刚性连接，从而覆盖开口50。采用这种方式，防护板26通过密封开口50向部件16提供了额外或补充的环境密封，外壳40(参见图5和6)对外壳40内的电连接或接合提供了所需的主要环境密封和EMC防护。防护板26可使用任何合适的装置或方法与外壳连接，例如通过使用图5所示实施例中的螺纹紧固件36。
适配器(adaptor)24，例如金属，铜，或铝，限制(circumscribe)护罩27(参见图4B)，并与防护板26邻置，来进一步在护罩27和防护板26之间提供充分的环境密封。端子30和/或30A，可以是图6所示的单个部件或单个端子30，例如通过使用压配和/或焊接工艺，或其他合适的方法，直接与芯线28连接，来确保电连接的充分导电性，强度，及耐用性。为了在安装或连接到部件16之前进一步将电缆11保持于防护板26上，可在防护板26的一侧使用金属凸起(metal boss未示出)，其可挤或压电缆11，来连接或保持电缆11的周边或外周，并将电缆11固定就位。可选地，可在电缆11和防护板26之间使用塑料或粘合剂(未示出)，或者热缩管(未示出)，来保证在运输和车辆制造过程中电缆装置20作为单个装置保持原样或部件数保持原样。一旦如此固定，端子30，30A通过螺钉，螺栓，或其他紧固件35与母线48电连接。
参见图6，图4和5中电缆装置20的实施例作为电缆装置120示出，电缆装置120提供图3示出的串链结构的末端。使用单个端子30A如前所述连接电缆11和母线48。例如，当ESS 12(参见图1，2，和3)与单个部件16连接时，其并不与另一部件16A或16B(参见图3)连接，或当部件16是串联相连或接合部件内的最后一个部件时，可使用这种结构。
根据上文所述，并参照图3-6，提供了一种方法，以在第一高压部件，例如高压储能系统(ESS)或上述多个高压部件16，16A，或16B其中之一，与置于各部件16，16A，和16B内的母线48之间形成电接合。为提供这种接合，电缆11的第一端与ESS 12(参见图1)连接，然后，电缆11的另一端插过或通过外壳40的开口50(参见图5和6)。然后，电缆11与外壳40内的母线48电连接，同时，防护板26与外壳50相连，从而关闭开口50。外壳40，以及更小程度的防护板26，对接合提供了所需的环境和EMC防护能力。如上所述，端子30A(参见图6)或30A，30B(参见图4A和5)可用来连接电缆11和母线48。
采用这种方式，一定程度的设计复杂性从相对昂贵的高压部件16，16A，和16B转到配线装置或电缆装置20上。这样做可能增加了不需重新设计任何主要部件，以在不同车辆平台之间再次使用部件16，16A，和/或16B的机会。另外，通过将电连接的复杂性从内置于部件16的母线48转向电缆装置20上，可由此减少外壳40内的任何所需间隙，从而节约了宝贵的装配空间。将复杂性转至电缆装置20并非希望施加额外部件或所需部件数量方面的显著障碍，因为不同车辆中所用布线的至少一些特征，例如电缆11的长度，在不同车辆平台之间通常是不同，因此已经需要独特的部件编号。
虽然详细描述了本发明的最优实施例，但本领域相关技术人员应意识到实施本发明的不同可选设计及实施例都在所附权利要求的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种提供车辆内第一和第二高压部件之间电连接的方法，该方法包括：
将第一电缆的第一端连接至第一高压部件；
将第一电缆的第二端连接至内置于第二高压部件外壳的高压母线，从而形成第一电接合；和
使用外壳为第一电接合提供环境密封和电磁性能(EMC)防护。
2.权利要求1的方法，进一步包括将第二电缆的第一端连接至第二高压部件的高压母线；
将第二电缆的第二端连接至内置于第三高压部件外壳的高压母线，从而形成第二电接合；和
使用第三高压部件的外壳对第二电接合提供环境密封和电磁性能(EMC)防护。
3.权利要求1的方法，其中，将第一电缆的第二端连接至高压母线包括将环形端子连接至第一电缆的第二端，然后，将该环形端子连接至高压母线。
4.权利要求2的方法，其中，通过压配和焊接工艺之一实施将环形端子连接至第一电缆的第二端。
5.权利要求1的方法，进一步包括：
将第一电缆的第二端穿过适配器；和
将该适配器连接至第一高压部件的外壳。
6.一种串联接合高压驱动车辆(HVPV)内的第一和第二高压部件的方法，第一和第二高压部件分别电连接高压储能系统(ESS)，该方法包括：
将第一高压电缆的第一端连接至储能系统(ESS)；
将第一高压电缆的第二端连接至内置于第一高压部件外壳的高压母线；
将第二高压电缆的第一端连接至内置于第一高压部件外壳的母线，以形成第一高压接合；及
将第二高压电缆的第二端连接至内置于第二高压部件外壳的母线，以形成第二高压接合；
使用第一高压部件的外壳为第一高压接合提供环境密封和电磁性能(EMC)防护；和
使用第一高压部件的外壳为第二高压接合提供主要的环境密封和主要的电磁性能(EMC)防护。
7.权利要求6的方法，进一步包括：将防护板与第一和第二外壳中的至少一个的外表面连接，从而为第一和第二高压接合中的至少一个形成次要密封和次要电磁性能(EMC)防护。
8.权利要求6的方法，其中，第一和第二高压部件中的至少一个设置为高压储能系统(ESS)，功率转换模块(PIM)，空调控制模块(ACCM)，辅助动力模块(APM)，动力转向控制器，和电机/发电机其中之一。
9.权利要求6的方法，其中，连接第一高压电缆的第一端和连接第二高压电缆的第二端中的至少一个包括将环形端子连接至相应的第一端和第二端。
10.权利要求9的方法，其中，连接环形端子选自压配和焊接。
11.一种车辆的高压电力配置网，该网包括：
储能系统(ESS)；
第一和第二电缆；
第一高压部件，具有第一外壳和第一高压母线，高压母线通过第一电缆与储能系统(ESS)电连接；
第二高压部件，串联连接到第一高压部件，并具有第二外壳和第二高压母线，第二高压母线通过第二电缆与第一高压母线电连接；
其中，第一和第二外壳分别为其中相应的电连接提供环境密封和电磁性能(EMC)防护。
12.权利要求11的高压电力配置网，进一步包括第一和第二环形端子，其中，第一环形端子将第一电缆的芯线连接至第一外壳内的高压母线；和
其中，第二环形端子将第二电缆的芯线连接至第二外壳内的高压母线。
13.权利要求12的高压电力配置网，进一步包括一对适配器和一对防护板；
其中，该对适配器中的每一个限制第一和第二电缆中的不同的一个，并且将第一和第二电缆中的不同的一个连接至该对防护板中的不同的一个；和
其中，该对防护板中的每一个适合密封在第一和第二外壳中的不同的一个内的开口。
14.权利要求11的高压电力配置网，其中，第一和第二高压部件中的至少一个是功率转换模块(PIM)，空调控制模块(ACCM)，辅助动力模块(APM)，动力转向控制器，和电机/发电机其中之一。
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