CN104465230A - 集成高压接触器和断路器 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的示例性方面，一种集成接触器/断路器组件包括固定触点，相对于固定触点选择性地可移动的可移动触点和配置用于阻止可移动触点接触固定触点的断路器单元。

Description

集成高压接触器和断路器
技术领域
本发明涉及电气化车辆，并且更具体但不排他地涉及可以作为标准接触器和手动操作的断路器操作的集成接触器/断路器组件。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)，插电式混合动力电动车辆(PHEV)，电池电动车辆(BEV)，电池电动车辆以及其它已知的电气化车辆与传统的机动车辆不同，其区别之处在于除了使用内燃机之外或作为替代，他们使用一个或多个电机(即电动机和/或发电机)来驱动车辆。通常由一个或多个电池组件供应高压电流，该电池组件储存和供应给电机供电的电能。
电气化车辆使用的电池组件可以包括接触器，该接触器使储存在电池中的能量与负载隔离以防止电流过载。例如，接触器可以担当高压继电器，用于转换传输到电机的电源电流。在正常的车辆运行过程中，接触器将电池组件与高压总线断开。远离接触器的单独的断路器也可以用于准备维修电气化车辆的高压组件。
发明内容
根据本发明的示例性方面，一种集成接触器/断路器组件(integratedcontactor/service disconnect assembly)包括，固定触点，选择性地相对于固定触点可移动的可移动触点和配置用于阻止可移动触点接触固定触点的断路器单元，以及其他。
在上述组件的进一步非限制性实施例中，固定触点是高压引脚。
在上述组件的任何一个进一步非限制性实施例中，可移动触点是由轴支撑的总线。
在上述组件的任何一个进一步非限制性实施例中，线圈至少部分缠绕在轴周围。
在上述组件的任何一个进一步非限制性实施例中，断路器单元在第一位置和和第二位置之间可移动，在第一位置，固定触点和可移动触点可以彼此接触，在第二位置，阻止固定触点和可移动触点彼此接触。
在上述组件的任何一个进一步非限制性实施例中，断路器单元包括维修按钮和从维修按钮延伸出的尖头。
在上述组件的任何一个进一步非限制性实施例中，尖头可移动到固定触点和可移动触点之间的位置。
在上述组件的任何一个进一步非限制性实施例中，断路器单元可在第一方向移动且可移动触点可在不同的第二方向移动。
在上述组件的任何一个进一步非限制性实施例中，控制单元配置用于命令可移动触点朝向固定触点移动。
在上述组件的任何一个进一步非限制性实施例中，传感器配置用于检测通过固定触点的电流，且保险丝配置用于中断电流的流动。
根据本发明的示例性方面，一种储能设备包括接触器和与接触器结合的断路器单元，以及其他。
在上述储能设备的进一步非限制性实施例中，接触器包括可移动触点和固定触点。断路器单元在第一位置和第二位置之间可移动以防止可移动触点与固定触点之间接触。
在上述储能设备的任何一个进一步非限制性实施例中，断路器单元包括相对于接触器外壳的外壁设置的维修按钮和在外壳内部延伸的尖头。
在上述储能设备的任何一个进一步非限制性实施例中，尖头可移动到接触器的两个接触点之间的位置以禁止高压电流通过接触器。
在上述储能设备的任何一个进一步非限制性实施例中，控制单元配置用于使接触器的线圈通电。
根据本发明的示例性方面，一种车辆维修方法包括，接合集成接触器/断路器组件的断路器单元；如果断路器单元在第一位置和第二位置之间不可移动，移除组件；如果断路器单元从第一位置移动到第二位置，禁用高压电流；以及其他。
在上述方法的进一步非限制性实施例中，该方法包括按下断路器单元的维修按钮。
在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，执行移除步骤以响应接触器的触点粘结在一起。
在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，禁用步骤包括将断路器单元的尖头置于接触器的至少两个触点之间。
在上述方法的任何一个进一步非限制性实施例中，该方法包括在移除步骤之后，用新的集成接触器/断路器组件替换该组件。
前述段落、权利要求或以下说明书和附图中的实施例、示例和可选方案，包括它们的各种方面或各自的个体特征，可以独立地或以任意组合的形式获得。关于一个实施例描述的特征适用于所有的实施例，除非这些特征互不相容。
从以下的详细说明中，本发明的各种特征和优势对本领域技术人员来说是显而易见的。伴随详细说明的附图可以简要描述如下：
附图说明
图1图示地说明了电气化车辆的动力系统。
图2说明了可以合并到电气化车辆的储能设备中的集成接触器/断路器组件。
图3说明了集成接触器/断路器组件的断路器位置。
图4图示地说明了一种车辆维修方法。
具体实施方式
本发明涉及一种用于电气化车辆的集成接触器/断路器组件。示例性组件在一个单一的组合单元中作为标准接触器和手动操作的断路器操作。在某些车辆条件期间，可以使用集成组件以将高压储能设备(例如蓄电池)与高压总线隔离。本发明的集成接触器/断路器组件通过集成组件和功能减小了重量和花费并且提高了储能设备的可靠性，以及其他。
图1图示地说明了一种用于电气化车辆12(如HEV)的动力系统10。虽然被描述为HEV，但是应当理解的是，在此描述的概念不限于HEV且可以延伸至其它电气化车辆，包括但不限于PHEV、BEV以及燃料电池车辆。
在一个实施例中，动力系统10是功率分流动力系统，其使用第一驱动系统和第二驱动系统，其中第一驱动系统包括发动机14和发电机16(即第一电机)的结合，第二驱动系统至少包括一个电机36(即第二电机)，发电机16和储能设备50。例如，电机36，发电机16和蓄电池50可以组成动力系统10的电驱动系统25。第一和第二驱动系统产生转矩以驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮30，如下文更详细地讨论。
发动机14(如内燃机)和发电机16可以通过动力传输单元18连接。在一个非限制性实施例中，动力传输单元18是行星齿轮组。当然，其它类型的动力传输单元，包括其它齿轮组和变速器，可以用于连接发动机14至发电机16。动力传输单元18可以包括环形齿轮20，中心齿轮22和托架组件24。当发电机16担当发电机以转变动能为电能时，其由动力传输单元18驱动。作为选择，发电机16能够起电机的作用以转变电能为动能，从而输出转矩至连接到动力传输单元18托架组件24的轴26。因为发电机16可操作地连接到发动机14，发动机14的速度可以由发电机16控制。
动力传输单元18的环形齿轮20可以被连接至轴28，轴28通过第二动力传输单元32被连接至车辆驱动轮30。第二动力传输单元32可以包括具有多个齿轮34A、34B、34C、34D、34E和34F的齿轮组。其它动力传输单元也是适合的。齿轮34A-34F从发动机14传递转矩至差速器38为车辆驱动轮30提供牵引力。差速器38可以包括多个能够传递转矩至车辆驱动轮30的齿轮。第二动力传输单元32通过差速器38机械地与车桥40耦接以分配转矩至车辆驱动轮30。
电机36也可以通过输出转矩至也连接至第二动力传输单元32的轴46来驱动车辆驱动轮30。在一个实施例中，电机36和发电机16是再生制动系统的一部分，其中，电机36和发电机16都可以用作电机以输出转矩。例如，电机36和发电机16各自能够输出电能至高压总线48和储能设备50。储能设备50可以是一个能够输出电能以操作电机36和发电机16的高压电池。电气化车辆12也可以结合其它类型的储能设备和/或输出设备使用。
电机36、发电机16、动力传输单元18以及动力传输单元32通常被称为电气化车辆12的变速驱动桥42或变速器。因此，当驾驶员选择一个特定的档位时，通过为车辆驱动轮30提供牵引力，适当地控制变速驱动桥42为使电动车辆12前进提供相应的档位。
此外，动力系统10可以包括用于监测和/或控制电气化车辆12的各个方面的控制系统44。例如，控制系统44可以与电驱动系统25、动力传输单元18、32或其它组件通信以监测和/或控制电气化车辆12。控制系统44包括电子设备和/或软件以为操作电气化车辆12执行必要的控制功能。在一个实施例中，控制系统44是车辆系统控制器和动力系统控制模块的组合(VSC/PCM)。虽然被示为单个硬件设备，但是控制系统44可以包括多种以多种硬件设备或一个或多个硬件设备中的多种软件控制器的形式的控制器。
控制器局域网络(CAN)52允许控制系统44与变速驱动桥42通信。例如，控制系统44可以接收来自变速驱动桥42的信号以表明档位之间的转变是否正在发生。控制系统44也可以与储能设备50的电池控制模块或其它控制设备通信。
此外，电驱动系统25可以包括一个或多个控制器54，例如逆变器系统控制器(ISC)。控制器54配置用于控制变速驱动桥42内的特定组件，例如发电机16和/或电机36，例如用于支持双向功率流。在一个实施例中，控制器54是一个与可变电压转换器结合的逆变器系统控制器(ISC/VVC)。
除了储能设备50之外，电气化车辆12也可以配备有一个或多个额外的电源。例如，电气化车辆12可以包括用于给各种车辆负载提供动力的燃料电池系统55和/或超限额系统(ultra cap system)57。在一个实施例中，燃料电池系统55和超限额系统57设置为与储能设备50平行的电源。应当领会的是，电气化车辆12可以配备有任意电源的结合。
储能设备50可以包括一个或多个接触器60，用于选择性地打开和关闭储能设备50和电气化车辆12的在高压总线48上的电机16，36或其它负载之间的连接。在一个实施例中，接触器60担当高压继电器，用于以电子方式转换至电动车辆12的各种负载的电源电流。例如，接触器60可以连接或断开储能设备50中产生的传送至或来自电机16，36的高压电能。
当处于关闭位置时，接触器60将储能设备50连接至高压总线48上的电机16，36。作为选择，当接触器60处于打开位置时，从高压总线48上断开或隔离储能设备50。
在一个非限制性实施例中，储能设备50可以使用两个接触器60，其中一个接触器是预充电接触器。接触器60都关闭以响应车点火开关启动的条件。在电气化车辆12正常操作期间，预定电量达到之后，预充电接触器打开。其它接触器打开以从高压总线48上隔离储能设备50以响应车点火开关关闭的条件。
在另一个非限制性实施例中，至少储能设备50的接触器60之一包括集成断路器单元，其可以被驱动以使电气化车辆12准备维修程序。一个这样的集成接触器/断路器组件描述如下并相对于图2，3和4进行了说明。
图2说明了一种集成接触器/断路器组件99，其可以用在储能设备中，例如电池组件或图1的电气化车辆12的储能设备50。集成接触器/断路器组件99包括接触器60和与接触器结合的断路器单元80。在本发明中，术语“集成”意思是接触器60和断路器80被包装在一个单一的组合单元而不是在储能设备50中彼此遥远地设置。
集成接触器/断路器组件99的接触器60包括外壳62，至少一个固定触点64((图2所示的两个)，至少一个可移动触点66和线圈68。固定触点64，可移动触点66和线圈68各自封装在外壳62内。
在一个实施例中，固定触点64是高压引脚。固定触点64连接到高压总线48。在另一个实施例中，可移动触点66配置为母线。这些示例性配置不用于限制本发明的范围。
集成接触器/断路器组件99的接触器60在图2中的打开位置进行了描述。在打开位置，可移动触点66与固定触点64分开，以便缺口65延伸到它们之间。在这样的位置，储能设备50(见图1)与高压总线48隔离。换言之，当接触器60处于打开位置时，将储能设备50与它的各种负载断开。
可移动触点66由轴74支撑。线圈68至少部分缠绕在轴74周围。线圈68的通电由控制单元86控制以控制轴74的运动。例如，为了关闭集成接触器/断路器组件99的接触器60，线圈68由电流激发以朝向固定触点64的D1方向移动可移动触点66。接触器60可以关闭以响应车辆启动的条件或其它条件。一旦接触器60关闭，高压电流可以流过固定触点64至高压总线48给电气化车辆12的一个或多个负载(如电机36，控制器54等)提供动力。
在一个实施例中，断路器单元80包括维修按钮82和连接到维修按钮82上的尖头84。断路器单元80可以由一件组成或可以由多件构造成。尖头84可以延伸到外壳62内。维修按钮82可以相对于外壳62的外壁88设置以便维修技术员可以够到。
断路器单元80可在第一位置X(见图2)和第二位置X’(见图3)之间移动以阻止可移动触点66接触固定触点64。在一个实施例中，维修按钮82可以在方向D2驱动，例如通过按下，以移动尖头84至可移动触点66与固定触点64之间的位置。方向D2是不同于方向D1的方向。在一个非限制性实施例中，方向D2与方向D1垂直。
一旦移动到图3所示的第二位置X’，断路器单元80阻止可移动触点66接触固定触点64，从而防止高压电流流过集成接触器/断路器组件99至高压总线48。在一个实施例中，在第二位置X’，维修按钮82直接抵接外壳62的外壁88。一旦移动断路器单元80到图3所示的第二位置X’，可以维修电气化车辆12。
此外，集成接触器/断路器组件99可以包括作为蓄电池保护电路的一部分的传感器90和保险丝92。传感器90配置用于检测从接触器60的固定触点64流出的电流的电压。检测到的信息被传送到控制单元86。可以将控制单元86编程为执行一个或多个与集成接触器/断路器组件99有关的操作。在一个非限制性实施例中，为了打开/关闭接触器60，根据它从传感器90接收到的信息，控制单元86可以命令线圈68的通电/不通电。
保险丝92可以选择性地中断电路以防止高压电流被传送到高压总线48。例如，在传感器90检测到电池过载的情况下，保险丝92可以提供短路保护。
图4继续参考图1，2和3图示地说明了一种用于维修电气化车辆的高压组件的车辆维修方法100。例如，为了维修电气化车辆12的储能设备50，控制器54，电机36或任何其它组件，可以执行该方法100。该方法100可以由维修技术员或一些其它授权的个人执行。
该方法100开始于框102以响应车辆点火开关关闭的条件，在图中图示地示出。下一步，在框104，技术员可以接合集成接触器/断路器组件99的断路器单元80。然后，在框106中可以确定断路器单元80的维修按钮82是否关闭。在一个实施例中，框106包括按下维修按钮82以试图将尖头84置于接触器60的可移动触点66和固定触点64之间。
如果在框106断路器单元80的维修按钮82可移动到例如图3所示的第二位置X’，在框114禁用车辆高压。然而，如果维修按钮82不关闭，这表明接触器60的固定触点64和可移动触点66很可能粘结到一起了(见框108)。
如果在框106和108可以确定接触器60已粘结在一起，在框110手动移除集成接触器/断路器组件99且在框112用新的集成接触器/断路器组件99进行替换。然后，该方法100转到框114，禁用车辆高压电流。在一个实施例中，通过将断路器单元80从第一位置X移动到第二位置X’(见图2和3)禁用车辆高压电流。当断路器单元80移动至第二位置X’时，阻止可移动触点66接触固定触点64。
最后，在框116，技术员可以在电气化车辆12上执行想要的维修过程。每当在电气化车辆上需要维修程序时，维修技术员可以执行方法100。
虽然不同的非限制性实施例被示为具有特定的组件或步骤，但是本发明的实施例不限于那些特定的结合。使用来自于一些非限制性实施例的一些组件或特征结合来自于一些其它非限制性实施例的特征或组件是可能的。
应当理解的是，在几个附图中，同样的附图标记标识相应的或相似的元件。应当理解的是，虽然在这些示例性实施例中公开和说明了特定的组件排布，但是其它排布也可以受益于本发明的教导。
前面的描述应当被解释为说明性的而不是限制的意义。本领域普通技术人员可以理解，在本发明的范围内可以作某些修改。因为这些理由，应该研究以下的权利要求以确定本发明真实的范围和内容。

Claims (10)

1.一种集成接触器/断路器组件，其特征在于，包括：
固定触点；
可移动触点，其相对所述固定触点选择性地可移动；以及
断路器单元，其配置用于阻止所述可移动触点接触所述固定触点。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述固定触点是高压引脚。
3.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述可移动触点是由轴支撑的母线。
4.根据权利要求3所述的组件，其特征在于，包含至少部分缠绕在所述轴周围的线圈。
5.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述断路器单元在第一位置和第二位置之间可移动，在第一位置，所述固定触点和所述可移动触点可以彼此接触，在第二位置，阻止所述固定触点和所述可移动触点彼此接触。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述断路器单元包括维修按钮和从所述维修按钮延伸的尖头。
7.根据权利要求6所述的组件，其特征在于，所述尖头可移动到所述固定触点和所述可移动触点之间的位置。
8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述断路器单元可在第一方向移动且所述可移动触点可在不同的第二方向移动。
9.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，包含配置用于命令所述可移动触点向所述固定触点移动的控制单元。
10.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，包含传感器和保险丝，所述传感器配置用于检测通过所述固定触点的电流，所述保险丝配置用于中断所述电流流动。
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