CN105041541A - 可调的起动机电阻器 - Google Patents

Abstract

公开了一种可调的起动机电阻器。一种无源两端子电路元件可包括电阻器，电阻器包括碳-金属复合电阻元件。碳-金属复合电阻元件被构造为温度每变化十度，保持电阻值波动小于十分之一欧姆，直至400摄氏度。

Description

可调的起动机电阻器

技术领域

在此公开的是一种可调的起动机电阻器。

背景技术

车辆通常经由起动马达电路起动。在车辆起动过程中，起动马达可消耗来自车辆电池的大量电流以起动发动机。由于起动马达和电线的电阻低，涌入电流会高，从而在电池上产生大量消耗。这种消耗会导致电池电压显著下降。由于这种涌入状况，在车辆起动过程中可能没有足够的电压剩下来给也从电池吸取电流的车辆的其它系统。

发明内容

一种无源两端子电路元件可包括电阻器，电阻器包括碳-金属复合电阻元件，碳-金属复合电阻元件被构造为温度每变化十度，保持电阻值波动小于十分之一欧姆，直至400摄氏度。

一种用于车辆的起动机电路可包括：电池；起动马达；螺线管开关，布置在电池和起动马达之间，并流体地连接到电池和起动马达，螺线管开关被构造为响应于点火信号而闭合；以及电阻器，包括碳-金属复合电阻元件，电阻器布置在电池和起动马达之间并被构造为响应于螺线管开关闭合而启动消耗电池的电流的作用。

根据本发明的一个实施例，碳-金属复合电阻元件由碳和铜组成。

根据本发明的一个实施例，电阻器包括电线。

根据本发明的一个实施例，电阻器具有大约0.5英寸的长度和大约0.25英寸的直径。

根据本发明的一个实施例，碳-金属复合电阻元件具有大约75％-85％的碳。

根据本发明的一个实施例，电阻器被布置在螺线管开关和马达之间。

根据本发明的一个实施例，电阻器被布置在电池和螺线管开关之间。

根据本发明的一个实施例，电阻器内置到起动马达。

一种用于车辆的起动机电路可包括：电池；起动马达；以及电阻器，包括碳-金属复合电阻元件，电阻器被布置在电池和起动马达之间，并被构造为响应于螺线管开关闭合而启动消耗电池的电流的作用。

根据本发明的一个实施例，碳-金属复合电阻元件被构造为维持电阻率，直到400摄氏度。

根据本发明的一个实施例，在温度变化十度的范围下，碳-金属复合电阻元件的电阻值波动不会超过百分之一欧姆。

根据本发明的一个实施例，碳-金属复合电阻元件具有大约75％-85％的碳。

根据本发明的一个实施例，碳-金属复合电阻元件包括碳颗粒和铜颗粒，碳颗粒沿着与流过碳-金属复合电阻元件的电流平行的轴线延伸。

根据本发明的一个实施例，铜颗粒垂直于碳颗粒延伸。

根据本发明的一个实施例，所述碳颗粒和铜颗粒烧结在一起。

附图说明

图1示出了示例性的混合动力电动车辆系统；

图2示出了示例性的传统的车辆系统；

图3示出了车辆系统的示例性的起动机组件；

图4示出了车辆系统的另一示例性的起动机组件；

图5示出了起动机组件的示例性的刷座组件；

图6示出了电阻器的示例性的截面图；

图7示出了针对起动机电路的电压质量测试的示例性图表；

图8示出了针对起动机电路的五分钟持续测试的示例性图表；

图9示出了显示某些材料的电阻和温度的关系的示例性图表；

图10示出了显示针对示例性的电阻器的温度范围下的电阻的示例性的图表。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的详细的实施例；然而，应理解的是，公开的实施例仅是本发明的示例，本发明的示例可以以多种和可替换的形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此所公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。

在此公开了用于车辆的起动机组件的可调的电阻器。电阻器可与车辆电池或起动马达串联，以防止在车辆起动过程中电池的电流消耗超过预定阈值。电阻器的组成以及构成这种组成的烧结颗粒的取向可以影响电阻器的电阻和热特性。在一个示例中，电阻器可具有大约80％的碳和20％的铜，这可允许在高达400摄氏度下具有稳定的电阻率。低至-40摄氏度时，电阻器的电阻也可以是稳定的。

虽然碳和铜被用作电阻器255的示例性的材料，但是可使用其它材料(例如，其它金属，包括其它合金)。

图1描绘了车辆系统100的示例。系统100的插电式混合动力电动车辆(PHEV)102可包括机械地连接至混合动力传动装置106的一个或更多个电动马达104。另外，混合动力传动装置106机械地连接至发动机108。混合动力传动装置106还可机械地连接至驱动轴110，驱动轴110机械地连接至车轮112。当发动机108开启时，电动马达104能够提供推动力。当发动机108关闭时，电动马达104能够提供减速能力。电动马达104可被构造为用作发电机并且通过回收在摩擦制动系统中通常作为热损失掉的能量而能够提供燃料经济性益处。由于混合动力电动车辆102在特定状况下可在电动模式下运行，因此电动马达104还可减少污染物排放。

电池包(batterypack)114储存可以由电动马达104使用的能量。车辆电池包114通常提供高压DC输出。电池包114电连接至电力电子模块(powerelectronicmodule)116。电力电子模块116还电连接至电动马达104并且提供在电池包114和电动马达104之间双向传输能量的能力。例如，典型的电池包114可以提供DC电压而电动马达104可能需要三相交流(AC)电流来运转。电力电子模块116可以将DC电压转换为电动马达104所需要的三相AC电流。在再生模式下，电力电子模块116将来自用作发电机的电动马达104的三相AC电流转换为电池包114所需要的DC电压。在此描述的方法同样应用于纯电动车辆或使用电池包的任何其它装置。

电池包114除了提供用于推动力的能量之外，还可以给车辆的其它电气系统提供能量。典型的系统可包括将电池包114的高压DC输出转换为与其它车辆负载兼容的低压DC供应的DC/DC转换器模块118。其它高压负载(例如，压缩器和电加热器)可直接连接到来自电池包114的高压总线。在典型的车辆中，低压系统电连接至12V电池120。纯电动车辆可具有类似的结构只是没有发动机108。

电池包114可通过外部电源126再充电。外部电源126可通过电连接至充电端口124向车辆102提供AC或DC电力。充电端口124可以是被构造为将来自外部电源126的电力传送到车辆102的任何类型的端口。充电端口124可电连接到电力转换模块122。电力转换模块可以适配来自外部电源126的电力，以向电池包114提供适合的电压和电流水平。在一些应用中，外部电源126可被配置用于向电池包114提供适合的电压和电流水平，并且电力转换模块122可以不是必需的。在一些应用中，电力转换模块122的功能可存在于外部电源126中。车辆发动机、传动装置、起动马达、电动马达和电力电子产品可通过动力传动系统控制模块(PCM)128控制。

除了示出插电式混合动力车辆之外，图1还可示出电池电动车辆(BEV)，传统的混合动力电动车辆(HEV)和功率分流式混合动力电动车辆(PHEV)。所讨论的多个部件可具有一个或更多个相关的控制器，以控制并监测所述部件的操作。所述控制器可经由串行总线(例如，控制器局域网(CAN))或经由离散导体进行通信。

图2描绘了传统的车辆152的示例。车辆可以是传统的汽油/柴油或天然气车辆。传统的车辆152与图1的PHEV车辆102类似之处可以在于，传统的车辆152可包括发动机108、连接到车轮112的驱动轴110、12V电池120、起动马达205和动力传动系统控制模块128。传动装置可以是传统的传动装置156。额外的负载158(例如，需要电力的车辆的其它系统)可耗费来自12V电池120的电力。

图3是示例性的起动机组件的起动电路200。起动机组件可以在接收到起动信号(例如，来自点火开关的小电流)时，促进车辆的启动。点火开关可包括传统的钥匙点火。点火开关还可包括按钮开关或遥控开关(例如，遥控起动机系统)。在车辆起动过程中，几毫秒内，马达可从电池消耗大的电流(也被称为涌入电流)。在这种短暂的增加过程中，高电流消耗会导致电压跳跃。由于车辆电池向车辆的其它系统(例如，收音机、导航系统等)供应电力，因此供应到这些系统中的电力可能响应于电压跳跃而在车辆起动过程中中断。

起动机组件可包括马达205(例如，起动马达)和螺线管组件210。马达205可包括起动机环形齿轮(未示出)，起动机环形齿轮被构造为将扭矩从起动马达205传递至发动机108，以起动车辆105的发动机108。螺线管组件可包括线圈220和螺线管开关225。起动机开关235可被布置在螺线管组件210的两根导线240与电池包114之间。响应于接收作为起动信号的小电流，起动机开关235可闭合。在起动机开关235闭合时，来自电池114的电流可流到螺线管组件210的导线240。电流可通过线圈220传递，依次地，这可使螺线管开关225朝向两个端子250运动，并接触两个端子250，由此闭合电池114和马达205之间的连接。

因此，螺线管组件210使电池114和马达205之间的电路闭合，允许马达205消耗来自电池114的电流。马达205可使用该电流起动起动机环形齿轮，然后，可使发动机起动。然而，马达205所消耗的来自电池114的电流(即，涌入电流)可能大。如所解释的，大的电流消耗会使电池114的电压显著降低，并会影响供应到车辆的其它系统的电压。

为了防止车辆的其它系统中断，螺线管组件210可通过电阻器255控制涌入电流。电阻器255可防止从电池114所消耗的电流超过预定的阈值电流。阈值电流可以是这样的电流：足够大以起动马达205，而不是太大以至于影响供应到车辆的其它系统的电力(例如，850A)。电阻器255可以是智能可调电阻器，所述智能可调电阻器被构造为限制涌入电流。电阻器255可被布置在端子250和马达205之间。

另外，如图4中所示，电阻器255可被布置在电池114和端子250之间。电阻器255可与马达205串联，以限制马达205从电池114消耗的电流的量。例如，电阻器255可用于将电池电压保持在大约7伏特，从而不降低马达205的曲轴转速。在一个示例中，电阻器可具有可调节的特性(例如，电阻器的尺寸和组成等)，从而对多种电路进行调节。也就是说，根据车辆的设计，电阻器可被设计为实现合适的电流限制。在一个示例中，电阻器255的长度可以为大约0.5英寸，直径可以为大约0.25英寸，并且封装大约1米的6号线规铜线(6gaugecopperwire)。通过使电阻器尺寸小，电阻255可以被封装到现有的起动机电路设计的内部和外部。

图5是示例性的包括电阻器255的刷座组件265。组件265可包括刷头270，并可允许电阻器255添加到现有的起动机电路。

电阻器255的期望的电阻率的大小可依赖于起动机电路200的类型。在不同温度下，某些材料可能对物体的电阻率的影响不同。例如，碳电阻器的电阻可随着温度的增加而减小，但是在相同的条件下铜电阻器的电阻可增加(见图9)。对于电阻器255来说，优点可能是能够承受高温而不失效或劣化。特别是在下述情形下可能是这种情况：当起动机电路200的位置靠近车辆发动机或具有高的工作热量的其它组件时。

电阻器255可具有由部分碳和部分合金制成的电阻元件260(图6中所示)。根据期望的电阻率，每种材料的百分比可不同。在一个示例中，电阻器255可具有大约1.3-大约1.5毫欧姆的期望电阻，并且可以由80％的碳和20％的铜制成。这种组分可允许电阻器255在温度高达400摄氏度时仍然具有稳定的电阻。铜可具有大约1.68×10^-8Ω·m的电阻率，而碳可具有大约3×10^-5-6×10^-5Ω·m的电阻率。由于铜的电阻率低于碳的电阻率，因此，增加铜的百分比可减小电阻器255的电阻值。然而，电阻器255仍然可以具有很高的耐温性。如图9中所示以及下面所讨论的，碳的电阻率可随温度的增加而减小。此外，铜的电阻率可随温度的增加而增加。通过构成具有两种材料的电阻器，电阻率可在极限温度下保持稳定。也就是说，温度每变化十度，电阻值波动不会超过百分之一欧姆。在某些情况下，温度变化超过十度，电阻值波动不会超过十分之一欧姆。此外，可通过将合适量的碳和铜进行复合来实现期望的电阻率。例如，期望高的电阻率可需要较多量的碳，而期望低的电阻率可调整为具有较多量的铜。

电阻材料可通过烧结过程结合在一起，在烧结过程中，每种材料的尘状颗粒被压在一起并被加热。颗粒的尺寸和/或体积以及颗粒的取向也会影响电阻器255的电阻率和热性能。例如，在碳颗粒比铜颗粒大以及数量多的情况下，电阻率可以更大。此外，颗粒的取向可影响电阻器255的电阻率。例如，沿着与流过电阻器255的电流方向相同的方向延伸的颗粒可以比沿着与电流垂直的方向延伸的颗粒对电阻性能的影响大。在一个示例中，碳颗粒可平行于电流流动的方向或沿着电流流动的方向延伸，而铜颗粒可垂直结合到碳颗粒以提供特定的电阻值。

通过修改电阻器255的组分以及特定组分的颗粒的取向，可以改变电阻性能。因此，电阻器255可以是可调的以适合起动机电路的期望的规格。

图6示出了电阻器255的电阻元件260的示例性的截面图。图示出了烧结在一起的至少两种颗粒。在一个示例中，图中暗的部分可表示碳颗粒，亮的部分可表示铜颗粒。组分中的碳颗粒和铜颗粒的尺寸和它们相对强度以及取向可以改变电阻。

电阻器255还可包括绝缘盖245(如图5中绘出)以另外辅助保护电阻值免受外部温度的影响。盖245可允许电阻器255承受高温而不失效或劣化。此外，盖245可保护电阻器255以防止短路和腐蚀。基于电阻器255的设计和绝缘盖245，电阻器255还可以是耐用的并能够具有长的寿命周期。例如，电阻器255能够经受至少200000次起动循环。

图7是针对具有电阻器255和老化的电池的起动机电路200的电压质量测试的示例性的图表。示出了具有5.5毫欧姆内阻的电池的最小电池电压。在图7中所示的分别是电池114的电压及电池114的电流。图7中示出的示例性的测试结果表明用于起动机电路的电池的最终寿命的最小电池电压是7.06V。如果在起动机电路中不存在电阻器255，那么最小电池电压将低于0.6V。

图8是针对起动机电路200的五分钟消耗测试的示例性图表。图表示出了电池电压、电流和电阻器255的温度。如图表中所示，电阻器255的温度可逐渐增加。然而，电阻器255、起动马达205和电池114在五分钟电池消耗测试期间没有失效。此外，绝缘盖也能够承受这种高温测试(例如，材料没有冒烟或劣化)。

图9是示出针对碳和铜每者的电阻和温度的关系的示例性图表。如图中所示，随着温度增加，铜的电阻率增加。然而，与铜不同，碳的电阻率随着温度增加而减小。图10是示出针对包括的80％碳和20％的铜的示例性的电阻器255在温度范围下的电阻的图表。

此外，应理解的是，以上的描述是意在说明性的而不是限制性的。在阅读以上的描述时，除了所提供的示例之外的多个实施例和应用将是明显的。范围不应该参照以上的描述来确定，相反地，而是应该参照权利要求以及权利要求的等同物享有的全部范围来确定。预期并预料到，未来的发展将发生在此处讨论的技术中，并且所公开的系统和方法将包括在这样的未来的实施例中。总之，应该理解的是，本申请能够修改和变型。

权利要求中使用的所有的术语意在给定权利要求最大的合理的解释以及在此描述的技术中的有知识的人所理解的普通的意义，除非明确的指出与在此描述的含义相反。

Claims (5)

1.一种无源两端子电路元件，包括：

电阻器，包括碳-金属复合电阻元件，碳-金属复合电阻元件被构造为温度每变化十度，保持电阻值波动小于十分之一欧姆，直至400摄氏度。

2.根据权利要求1所述的无源两端子电路元件，其中，碳-金属复合电阻元件包括大约75％-85％的碳。

3.根据权利要求1所述的无源两端子电路元件，其中，碳-金属复合电阻元件包括碳颗粒和铜颗粒，碳颗粒沿着与流过电阻元件的电流平行的轴线延伸。

4.根据权利要求3所述的无源两端子电路元件，其中，铜颗粒垂直于碳颗粒延伸。

5.根据权利要求1所述的无源两端子电路元件，其中，碳-金属复合电阻元件还被构造为温度每变化十度，保持电阻值波动小于百分之一欧姆，直至400摄氏度。