CN102611150A - 具有电流感测的电子器件单元 - Google Patents

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CN102611150A CN2012100087400A CN201210008740A CN102611150A CN 102611150 A CN102611150 A CN 102611150A CN 2012100087400 A CN2012100087400 A CN 2012100087400A CN 201210008740 A CN201210008740 A CN 201210008740A CN 102611150 A CN102611150 A CN 102611150A
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Abstract

一种具有电流感测的电子器件单元，其可操作来促进交通工具电池充电或其他能量操纵活动。电子器件单元可以包括可操作来测定输出电流的电流传感器。输出电流确定结果可以被用作对其他电子器件单元电子器件的反馈或输入，诸如促进与电池充电相关的操作或伴随使用电子器件单元的其他操作。

Description

具有电流感测的电子器件单元
技术领域
本发明涉及具有电流感测能力的电子器件单元，诸如但不限于在交通工具内可操作的电子器件单元。
背景
电子器件单元可以被配置成滤波、整流、换流或以其他方式操纵电能。包括电子器件单元的部件可以根据由电子器件单元提供的操作和伴随的能量需求来进行选择。用于在较高电压水平下操纵电能的电子器件单元因增大的电流要求而通常需要更大的电力需求。这在如完全或部分电驱动的交通工具中，诸如但不限于电动交通工具(EV)和混合动力交通工具(HEV)中可能是有问题的，在这些交通工具中高电压源可以用于以电方式给用于驱动交通工具的发动机提供动力。
附图简述
在所附的权利要求中指出了本发明所具有的特殊性。然而，通过参考下面结合附图的详细描述，本发明的其他特征将变得更明显且本发明将获得最佳理解。
图1阐释了根据本发明一个非限制性方面的用于给交通工具电池充电的系统。
图2阐释了根据本发明一个非限制性方面的电子器件单元；
图3a-3d和4阐释了电子器件单元的部分组装视图；
图5a-5b阐释了依据本发明的一个非限制性方面设想的电流传感器；
图6阐释了依据本发明的一个非限制性方面设想的电子器件单元；和
图7a-7b阐释了电子器件单元的部分组装视图。
详述
图1阐释了根据本发明的一个非限制性方面的用于用电网14提供的能量对交通工具电池12进行充电的系统10。电网14可以是住宅的或其他非交通工具的电源，其可操作来给电子器件单元16提供AC电流，电子器件单元16对AC电流进行整流并对交通工具电池12进行DC充电。电缆(未显示)或其他部件可以在电子器件单元16置于交通工具内的情况下被用于将电网14电连接至电子器件单元16，和/或电缆可以在电子器件单元16未置于交通工具内的情况下，诸如电子器件单元16是充电站的一部分的情况下被反过来用于将电子器件单元16连接至交通工具电池12，或连接至交通工具内的插座。
本发明主要关于电子器件单元16进行描述，该电子器件单元16被包括在交通工具内且可操作来整流、换流或以其他方式处理三相AC电流用于电池12的DC充电。电子器件单元16可以作为模块或较大的电池充电器(未显示)的其他部件或电池充电器系统(未显示)的其他部件。这确实是基于示例性的目的且无意于限制本发明的范围和设想，因为本发明充分设想了单相AC能量的使用和用AC或DC能量对电池充电。本发明还设想能量源是交通工具内的设备，诸如交流发电机或发电机，以允许在电网不存在时使用电子器件。
图2阐释了依据本发明的一个非限制性方面设想的电子器件单元16’以将通过第一输入母线20、第二输入母线22和第三输入母线24(如果输入需要接地或其他连接，那么可以包括四个或更多个母线，或也可以包括更少的母线)接收的三相AC处理成由第一输出母线26和第二输出母线28传送至电池12或其他交通工具负载的DC输出。电子器件单元16’包括显示为由第一部分32和第二部分34组成的壳体30。第一部分32大体界定了占用区域(footprint)和侧壁，而第二部分34大体界定了安装到第一部分32之上的帽盖或盖以包封电子器件和其内的其他物品。壳体30显示为在靠近第一部分32的底部处被连接至整流器36。图3a-3d阐释了电子器件16’的部分组装的视图且用多个滑动夹具38、40、42将底部的壳体部分32连接至整流器36的视图。
通过将滑动夹具40安装到壳体30上的夹具46和突起以及整流器36上的盖48上，可拆装地将底部的壳体部分32固定至整流器36(参见图3b)。一旦滑动夹具40相对于壳体30和整流器36被合适地设置，那么当滑动夹具40继续向右移动时(参见图3c到图3d的移动)，滑动夹具40可以被横向滑动以使倾斜的横向构件52产生阻塞配合。在向右移动过程中，滑动夹具40中的顶部开口54接合壳体夹具46，直至壳体夹具的杆56接合滑动夹具40的下面上的凹凸部(未显示)。壳体夹具46被显示为包括挡块58，挡块58突起穿出顶部开口54以防止滑动夹具40进一步向右行进。滑动夹具40的底部唇状物60接合换流器唇状物48以实现压缩配合。由滑动夹具38、40、42提供的紧固可以与用于将电子器件单元16’安装到交通工具结构(未显示)的紧固件62、64、66、68操作，交通工具结构诸如但不限于冷却板。
图4阐释了电子器件单元16’的部分组装的视图。整流器36包括第一输入端子76、第二输入端子78和第三输入端子80以及第一输出端子82和第二输出端子84，其中每一个可操作以便在母线20、22、24、26、28中的相应母线内建立电连接。整流器36可以包括布置在整流器电路(未显示)内的许多开关(未显示)和整流器控制器(未显示)，该整流器控制器可操作来控制开关的开启和闭合，以实现处理被输入的能量所需的AC-DC转换和/或其他能量/电力管理操作，用于如依据本发明设想的那样向电池进行输出。整流器36可以对应于本申请中提到的作为2010年5月25日提交的题目为“Electronics unit With Current Sensing(具有电流感测的电子器件单元)”的美国专利申请12/786,607中描述的电子器件单元的换流器，该专利申请在此通过引用并入。
整流器36可以包括多个电连接片86或其他部件以有利于建立与第一印刷电路板(PCB)90的电连接。该连接可以用于促进建立电控制、信息通信等。第一PCB 90可以包括可操作来促进电子器件单元16’的多种电力管理能力(如下面更详细的描述)的电子器件，其中包括具有可操作来控制整流器36的开关操作的电子器件。可选地，PCB 90可以替代换流器控制器用于控制整流器电路。屏蔽板92被显示为置于整流器36与第一PCB90之间。屏蔽板92可以包括金属材料或其他足以防止或减轻电干扰被施加给第一PCB 90和/或壳体30其他部分的材料，电干扰诸如由换流器开关操作产生的那些干扰。屏蔽92显示为大体覆盖壳体30的整个占用区域以有助于使期望的磁场屏蔽最大。
任选地具有支撑结构的第二多层PCB 96显示为被包括在电子器件单元16’内。第二PCB 96可以与第一PCB 90一起操作来促进管理电力分配、告知/指示依赖电池充电或以其他方式与之相关的交通工具子系统、和/或进行任何数量的其他操作。依据本发明设想的一些管理操作可以包括：
-管理电池充电(有多少电流被输送至电池的调节策略)。由于电池12内的电流和电压可以根据电池充电、使用时间和系统需求来变化，此种管理可以包括根据这种变化调整电池充电工作点。
-电力转换(在电池充电期间对电子器件单元和任选其他交通工具子系统的较高水平的控制)。此种管理可以包括调整不同的电池状态(电压和电流水平)和来自不同的电网(单相、三相、稳定的或不稳定的...)。
-插头检测和状态(确认电缆与交通工具插座正确连接，诸如响应接近度检测电路的输出/消息进行确认)。此种管理可以包括在任何充电之前确保充电系统10是合适的且(对汽车、对使用者......)是安全的。
-管理插头锁定(确保插头正确地锁定)。此种管理可以包括充电时控制电缆插头的打开；避免连接到另一辆汽车中，即防止给两辆交通工具充电-为不同的付费分别充电；和与电网通信以便付费。
-管理系统和外围设备自动诊断(传感器和致动器)以便在充电之前确保安全。
-检测供电网络特征(居民电网和基于该电网按需调节，与电网通信以便付费，电网类型和电力可用性；接地安全连接检测)。
-在充电(充电系统)期间，管理电气箱(PEB-具有开关的单元，其开启或闭合充电路径，或在直接DC充电的情况下绕过充电器)。
-监测和管理温度，原因是充电时冷却是关键的，且因而控制温度的演变，因为电子器件单元16可能经历损失，该损失虽然小(不到5％)，但对传输多倍千瓦时进行管理是重要的。
-管理互锁(检测所有系统连接器关闭)以控制能量流动产生时连接器的开启，使得在万一过早开启时，系统10可以被停止。
-管理过电压/电压不足和电流以在充电过程中保护系统10，使得系统10可以停止。
-管理传感器信息采集和成形。
-管理用于控制和驱动电子器件的内部电源。
-与EVC(具有主控制器的其他交通工具单元)通信和与交通工具的其他数字通信以告知充电过程并接收交通工具命令。
本发明的一个非限制性方面设想测量DC输出的电流以促进上述能量管理。由于是关于在电动交通工具或混合动力交通工具内的使用来描述电池12，因而设想电池是需要相对大量的充电电流的相对高电压的电池。图5a-5b阐释了依据本发明的一个非限制性方面设想的鲁棒的电流传感器100，其测量DC电流输出。电流传感器100包括分流器102和电流测量PCB 104，电流测量PCB 104具有的电子器件可操作来基于在用于以支撑方式使测量PCB 104与分流器102隔开的第一引脚106和第二引脚108之间检测到的压差来确定DC输出电流。引脚106、108可以包括垫片以有利于焊接到分流器102。分流器102可以由多种材料构成，诸如铜和锰铜合金(用于测量压差)。连接器112可以被包括在PCB 104中的一个处以有利于连接至被包括在壳体30内的电子器件。壳体30可以包括孔114和罩116以有利于连接器112设置在壳体内部中。
分流器102可以包括相对于第一输出端子82设置的一端和相对于第二输出母线28设置的第二端。孔118、120可以被包括在每一端处以有利于螺纹紧固件用于建立两端之间的机械和电连接，诸如用于替代焊接，但是也设想使用焊接。壳体30可以包括梯田形露头(terraced-shapeoutcropping)122以支撑分流器102的下面。壳体30还可以包括：第一柄脚128和第二相对的柄脚130，以便有利于牢固地定位分流器102；和可选的引导表面132(仅显示了一个)，以便有利于在插入期间对准分流器。柄脚128、130的每一个可以包括倾斜的接合面136，倾斜的接合面136可与分流器102的前边缘138一起操作以使每一个柄脚128、130在分流器插入期间向外弯曲，直至分流器120的后边缘140超过倾斜的接合面136的末端。一旦后边缘140超过倾斜的接合面136的末端，那么倾斜的接合面136的背面上的固定面144与分流器102的后边缘140接触。可以选择每一个柄脚128、130的长度，使得固定面144相对于分流器的后边缘140被足以定位成产生与壳体30的侧面的过盈配合。
图6和图7a-7b阐释了依据本发明的一个非限制性方面设想的电子器件单元16”以将通过第一输入母线20、第二输入母线22和第三输入母线24接收的三相AC处理成由第一输出母线26和第二输出母线28传送至电池12或其他交通工具负载的DC输出。电子器件单元16”包括显示为由第一部分162和第二部分164组成的壳体160。第一部分162大体界定了占用区域和侧壁，而第二部分164大体界定了安装到第一部分162上的帽盖或盖以包封电子器件和其内的其他物品。壳体160显示为在靠近第一部分162的底部处用多个滑动夹具38、40、42连接至上述整流器36。电子器件单元16”可以包括被包括在上述电子器件16’内的一些电子器件且可操作来执行一些或全部相同的功能。
图6所示的电子器件单元16”的电流传感器170不同于上述电流传感器100。此电流传感器170显示为包括霍耳效应传感器172和c形分流器174(参见图7a)，与上述分流器28不同，分流器174可以是简单的导电板(可忽略电阻且由单一材料构成，如铜)，类似于母线20、22、24、26。壳体162被相应改变以包括孔176和梯田形突起178以便支撑霍耳效应传感器172的底面和分流器174。分流器174显示为被连接在第一输出端子82与第二输出母线28之间以有利于确定输出DC电流。霍耳效应传感器172可以包括中空的中心，分流器174的一部分穿过该中空的中心以有利于电流测量。可以包括柔性的导线180以有利于将霍耳效应传感器172电连接至PCB 96中的一个以支持电流反馈，该电流反馈是支持上述操作所需的。
如上所支持的，依据本发明设想的一种类型的电子器件单元可以根据“顶上组装(assembly-on-top)”结构来组装，其中每一个元件被构建在换流器顶上且彼此可拆装地连接。这导致电子器件单元的集成的、更大的壳体，这将提供用于电子器件和电子器件单元壳体内的其他元件的冷却系统。基于此原因，本发明能够提供冷却表面，同时允许以顺序过程装配模块，其中在部分组件被构建并运输至消费者后可以添加一些元件(如，PCB)。本发明还设想电子器件单元是双向的，至少在于该电子器件单元具有将来自交通工具电池的能量传送至电网(网均衡)的能力，然后在所述功能方面，整流器可以变成逆变器(能量将反向流动且因而软件中的控制策略将是不同的)。当然，双向系统必须比单向整流器遵守更多的要求且里面的硅将需要改进。
如所要求的，本文公开了本发明的详细实施方案；然而，应理解，所公开的实施方案仅仅是本发明的实例，这些实例可以按不同的且可选择的形式被具体实施。附图并不一定是按比例的；一些特征可以被夸大或缩小以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节并不应被解释为限制性的，而仅仅是教导本领域的技术人员以不同方式利用本发明的代表性基础。
虽然上面描述了示例性的实施方案，但是并不期望这些实施方案描述了本发明的所有可能的形式。相反，说明书中所用的词汇是描述性的而不是限制性的词汇，且应理解，可以做出各种变化而并不偏离本发明的主旨和范围，诸如在非交通工具或机动车应用中支持能量操纵、整流、换流等。另外，多个施行的实施方案的特征可以被结合以形成本发明的另外的实施方案。

Claims (20)

1.一种电子器件单元，其能够操作用于在交通工具内将三相AC输入整流成DC输出，所述电子器件单元包括：
组件，所述组件具有：
i.导电的第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子，所述第一输入端子、第二输入端子和第三输入端子中的每一个能够操作以建立至传送所述AC输入的三个输入母线中的一个的电连接；
ii导电的第一输出端子和第二输出端子，所述第一输出端子和第二输出端子中的每一个能够操作以建立至传送所述DC输出的第一输出母线和第二输出母线这二者中的一个的电连接；
iii.整流器，其被设置在所述输入端子与所述输出端子之间，所述整流器具有多个开关，所述多个开关能够操作地连接在所述输入端子与所述输出端子之间，以便将所述三相AC输入整流成所述DC输出；
分流器，其能够操作地耦合在所述第一输出端子与所述第一输出母线之间；
电流传感器，其可操作以确定通过所述分流器的电流；和
至少一个印刷电路板(PCB)，所述至少一个印刷电路板具有控制电子器件，所述控制电子器件能够操作以至少部分基于由所述电流传感器测得的电流来管理在所述电子器件单元与一个或多个交通工具子系统之间的电力分配。
2.如权利要求1所述的电子器件单元，还包括壳体，所述壳体被成形为实质上包封所述组件和所述至少一个PCB的每一个，所述壳体被成形为使每一个所述端子周围的区域暴露以有利于连接至所述分流器和母线。
3.如权利要求2所述的电子器件单元，其中所述电流传感器可拆装地连接至所述壳体。
4.如权利要求2所述的电子器件单元，其中所述分流器包括第一端和第二端，在所述第一端与所述第二端之间的压降被测量，且所述第一端和所述第二端中的每一个位于所述壳体外部。
5.如权利要求4所述的电子器件单元，其中所述分流器的在所述第一端和所述第二端之间延伸的部分实质上位于所述壳体外部。
6.如权利要求4所述的电子器件单元，其中所述分流器的在所述第一端和所述第二端之间延伸的部分实质上位于所述壳体内部。
7.如权利要求2所述的电子器件单元，其中所述壳体被用多个滑动夹具可拆装地接合至所述组件以提供模块化的、顶部组装的结构。
8.如权利要求7所述的电子器件单元，其中所述壳体包括突起，且所述组件包括唇状物，每一个销和夹具被布置成靠近所述壳体的相应侧面横向滑动以接合所述突起和所述唇状物。
9.如权利要求1所述的电子器件单元，其中所述分流器被可拆装地连接至所述第一输出端子。
10.如权利要求1所述的电子器件单元，其中所述分流器是平面的。
11.如权利要求1所述的电子器件单元，其中所述分流器是c形的。
12.如权利要求1所述的电子器件单元，其中所述电流传感器包括霍耳效应传感器，所述霍耳效应传感器被用柔性的导线连接至所述至少一个PCB中的一个，所述柔性的导线从所述壳体的内部穿过孔到达所述壳体的外部，所述柔性的导线连接到在所述壳体的外部的所述电流传感器。
13.如权利要求1所述的电子器件单元，其中所述电流传感器包括一个或多个测量电子器件，所述一个或多个测量电子器件能够操作以基于在第一引脚与第二引脚之间的压降来确定电流，所述第一引脚和所述第二引脚分别被接附到所述分流器的第一部分和第二部分，以便支撑测量PCB与所述分流器隔开。
14.如权利要求1所述的电子器件单元，还包括屏蔽层，所述屏蔽层用于分离所述至少一个PCB与所述整流器，所述屏蔽层由金属材料构成且被成形为延伸遍布所述组件的大体整个占用区域。
15.一种电子器件单元，其能够操作用于在交通工具内管理电池的电力，所述电子器件单元包括：
整流器，其能够操作将AC输入整流成用于给所述电池充电的DC输出；
电流传感器，其具有：
i.分流器，其包括第一部分和第二部分，所述分流器位于所述DC输出与所述电池之间；
ii测量电路，其能够操作以根据所述分流器的所述第一部分与所述第二部分之间测得的压降来测量通过所述分流器的电流；
至少一个印刷电路板(PCB)，其具有控制电子器件，所述控制电子器件能够操作以至少部分基于所测量的电流来管理DC输出；和
壳体，其包封所述整流器和所述至少一个PCB，所述壳体包括第一柔性的柄脚和相对的第二柔性的柄脚，所述第一柄脚和所述第二柄脚被配置成可拆装地将所述分流器定位在所述DC输出与所述电池之间。
16.如权利要求15所述的电子器件单元，其中每一个柄脚包括倾斜的接合面，所述倾斜的接合面导致每一个柄脚在分流器插入期间向外弯曲，直至所述分流器的后端超过所述倾斜的面的末端，由此每一个柄脚至少部分解除弯曲，使得固定面接合所述分流器的所述后端以将所述分流器定位在所述DC输出与所述电池之间。
17.如权利要求16所述的电子器件单元，其中每一个柄脚以一长度伸出所述壳体，所述长度足以在每一个固定面与所述壳体之间产生过盈配合。
18.如权利要求16所述的电子器件单元，其中所述分流器始终是平面的且是被包括在所述分流器内的孔的至少两倍长，以便机械连接至用于促进电连接至所述电池的母线。
19.一种电子器件单元，其能够操作用于在交通工具内管理电池，所述电子器件单元包括：
整流器，其能够操作将AC输入整流成用于给所述电池充电的DC输出；
电流传感器，其具有：
i.分流器，其电连接在所述DC输出与所述电池之间；
ii霍耳效应传感器，其能够操作以根据所述分流器的第一部分与第二部分之间测得的压降来测量通过所述分流器的电流；和
壳体，其包封所述整流器且具有梯田形支撑结构，所述梯田形支撑结构被成形为以支撑方式接合所述霍耳效应传感器的底面以及所述分流器的靠近所述霍耳效应传感器的一端。
20.如权利要求19所述的电子器件单元，其中所述分流器的靠近所述霍耳效应传感器的一端与所述分流器的靠近所述整流器连接的另一端竖直隔开。
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