CN108146247A - 具有大功率配电模块的动力系统及用于该动力系统的大电流环形端子连接件 - Google Patents

具有大功率配电模块的动力系统及用于该动力系统的大电流环形端子连接件 Download PDF

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Abstract

一种系统包括可再充电储能系统(RESS)，RESS具有外壳、电池单元、接触器、第一对高压互锁(HVIL)端口以及通过接触器选择性地连接到电池单元的凹盲配电插座。电池单元和接触器都在RESS外壳内。该系统包括大功率配电模块(HPDM)，HPDM具有另一外壳、凸盲配电引脚、可与所述第一对HVIL端口接合的第二对HVIL端口、连接到所述盲配电引脚并可连接到大电流部件的环形端子连接件，以及电连接到所述凹盲配电引脚中的一个或多个凹盲配电引脚的HV280电连接器。凸盲配电引脚直接插入RESS外壳的凹盲配电插座并与其接合。一种车辆包括该系统、变速器和电机。

Description

具有大功率配电模块的动力系统及用于该动力系统的大电流 环形端子连接件
背景技术
电力动力系统使用一个或多个电力牵引电动机将扭矩传递到变速器输入构件。牵引电动机和其他电气部件通电所需的电力可以存储在可再充电储能系统(RESS)的电池单元内，例如电池组及相关的高压接触器和熔断器。有限的封装空间和功率要求可能需要将某些电气部件放在相对RESS较远的地方。使用一束高压电缆、低压控制线和具有较高设置的高压电连接器，将这种电气部件电连接到被称为大功率配电模块(HPDM)的电源接线盒，而HPDM又连接到RESS。
发明内容
本发明涉及一种用于动力系统(例如电池电动车，增程电动车，混合动力电动车或其他移动平台)或用于固定动力装置的系统。本文所述的系统旨在消除对可再充电储能系统(RESS)与大功率配电模块(HPDM)的不同外壳之间的高压电缆和高设置电连接器的需要。此外，所公开的系统还可以消除对RESS和HPDM外壳之间的低压控制和感测信号的需要。相反，RESS和HPDM被修改为包括低设置环形端子连接件和嵌入式高压连接器，从而使HPDM外壳能够直接插入到RESS外壳中。
在一个具体实施例中，系统可以包括RESS，其具有RESS外壳，电池单元，接触器，第一对高压互锁(HVIL)端口以及通过接触器中的一个相应接触器的操作选择性地连接到电池单元的凹盲配电插座。电池单元和接触器都容纳在RESS外壳内。系统还可以包括：大功率配电模块(HPDM)，其具有HPDM外壳；凸盲配电引脚，；与第一对HVIL端口接合的第二对HVIL端口；电连接到盲配电引脚并可连接到多个大电流部件的环形端子连接件；以及电连接到凸盲配电引脚中的一个或多个的HV280电连接器。HPDM外壳的凸盲配电引脚配置为直接插入RESS外壳的凹盲配电插座并与其接合，从而将HPDM外壳直接电连接到RESS外壳，即无需电缆的介入。
系统可以包括容纳在RESS外壳内的RESS加热器模块，其通过接触器中的其中之一电连接到电池单元。系统还可以包括辅助电源模块、座舱加热器控制模块、车载充电模块和/或空调控制模块，每个模块都通过HV280电连接器中的一个相应电连接器连接到一对盲配电引脚。
在一些实施例中，系统可以包括电缆，它们各自连接到辅助电源模块，座舱加热器控制模块，车载充电模块和空调控制模块中的一个相应模块，以及配置为将这些电缆路由到盲配电引脚的弯头配件。
大电流部件可以包括直流充电器和电源逆变器模块，其可以通过环形端子电连接到HPDM外壳。
系统可以包括配置为防止水和碎屑进入HPDM外壳的水封。
RESS外壳可以包括多个支撑轨道，电池单元在支撑轨道的第一侧设置在支撑轨道之间，HPDM外壳连接到支撑轨道的第二侧，而支撑轨道中的至少一个设置在RESS外壳与HPDM外壳之间。
在一些实施例中，系统还可以包括具有输入构件和电机的变速器，电机电连接到电池单元，并且其可操作用于产生电机扭矩并将其传递到输入构件。
大电流部件可能形成300安培或更多电流。
还公开了一种车辆，其可以包括具有输入构件的变速器，具有RESS外壳的RESS，电池单元，接触器，第一对HVIL端口和凹盲配电插座。凹盲配电插座通过接触器中的一个相应接触器的操作选择性地连接到电池单元。电池单元和接触器都容纳在RESS外壳内。
车辆还包括具有电机轴的电机，电机轴联接到输入构件，电连接到电池单元，并且可操作用于产生电机扭矩并将其传递到输入构件。此外，在另一个实施例中，车辆还包括多个大电流部件，每个大电流部件形成至少50安培(A)或300A电流。HPDM包括HPDM外壳、凸盲配电引脚、可与第一对HVIL端口接合的第二对HVIL端口、电连接到盲配电引脚并可连接到大电流部件的环形端子连接件，以及电连接到凸盲配电引脚中的一个或多个的HV280电连接器。HPDM外壳的凸盲配电引脚配置为直接插入RESS外壳的凹盲配电插座并与其接合，从而将HPDM外壳直接电连接到RESS外壳。
根据以下结合附图实施本发明的最佳模式的详细描述，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是如本发明所公开的一个示例性车辆的示意图，该车辆具有带分布式电气系统的电力动力系统。
图2是用于图1的电力动力系统的分布式电气系统的一个示例性实施例的示意性电路图。
图3是如图2所示的电气系统中高压配电模块(HPDM)与可再充电储能系统(RESS)之间的环形端子连接件的示意性透视图。
本发明容许各种修改和替代形式，已通过附图中的示例示出了一些代表性实施例，并且将在本文中对此进行详细描述。然而，应当理解的是，本发明的新颖方面并不限于附图中所示的具体形式。相反，本发明旨在涵盖落入由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改，等同物，变换，组合，子组合和替代方案。
具体实施方式
参照附图，其中不同附图中相同的附图标记对应于相同或相似的部件，如图1所示的系统10是示例性车辆的形式。系统10包括分布式电气系统20。在各种实施例中，系统10可以配置为蓄电池电动车，增程电动车，混合动力电动车或其他固定或移动系统，其具有可再充电储能系统(RESS)12和大功率配电模块(HPDM)16。如本文具体参考图2和3所述的，HPDM16直接插入RESS 12并由此直接连接到RESS 12，基本上以40表示，其特征在于RESS 12与HPDM 16之间没有高压电缆或高设置外部连接器。同样，本构型消除了对从RESS 12向HPDM16传送低压控制和感测信号的需要。
RESS 12可以包括电池组13，其具有多个电池单元14，例如锂离子或其他合适的电池单元14。根据实施例和/或操作模式，RESS 12可以承载约60VDC-450VDC或更高的直流(DC)高压电平。因此，本文所用的术语“高压”相对于辅助电压，其通常为12-15VDC的电压量级。HPDM 16可以实施为电源接线盒，其将高压电源从RESS 12分配到图1中标记为26A-D,F和G的多个高压部件。
当实施为如图所示的车辆时，系统10可以仅使用来自RESS 12的电能以某些操作模式供电，这些模式被称为电动车辆或EV模式。为此，电气系统20可以包括一个或多个电机25(MA)，例如电力牵引电动机。每个电机25通过电机输出轴25S将电机输出扭矩(箭头TM)提供给变速器(T)28的输入构件15，例如具有一个或多个行星齿轮组(未示出)的齿轮箱。因此，发动机扭矩(箭头TE)和电机输出扭矩(箭头TM)向变速器28提供组合输入扭矩(箭头TI)。
在如图1所示的非限制性示例性实施例中，多个高压/大功率部件可以包括辅助电源模块(APM)26A，座舱加热器控制模块(CHCM)26B，车载充电模块(OBCM)26C和空调控制模块ACCM 26D)。APM 26A可被实施为电压调节器，其配置为根据需要增加或减小RESS 12的电压输出。当系统10被实施为所示的车辆时，CHCM 26B向乘客舱(未示出)供电并控制其加热。OBCM 26C可以用于通过车外充电器(未示出)(例如AC墙壁插座)对RESS 12选择性地充电。ACCM 26D可操作用于冷却指定区域，例如上述乘客舱(未示出)或其他部件或腔室。
电气系统20还可以包括额外的高压/大功率部件，其形式为示例性RESS加热器模块26E，电源逆变器模块(PIM)26F和DC充电器(DCC)26G。PIM 26F和DC充电器26G在下文中被称为“大电流”部件，其需要比APM 26A，CHCM 26B，OBCM 26C和ACCM 26D更高的电流性能。例如，术语“大电流”可以包括在一些实施例中超过约50安培的稳态电流水平，或者在其他实施例中300安培的稳态电流水平，或者在更短的时间段内的较高电流水平(例如，每隔30秒600安培)。传导这种大电流所需的高压连接器往往体积大，设置高，或者大而笨重。如本文所述，在某些应用中，用于这种连接器的空间可能很有限，因此可能与封装硬件(例如如图1所示的电池单元14)所需的空间竞争。因此，使用多个环形端子连接件44将大电流部件连接到HPDM 16(在这种情况下，PIM 26F和DC充电器26G)旨在优化封装空间。
RESS加热器模块26E可以定位并封装在外部RESS外壳22内，例如由合适材料制成的外盒或壳体内，并且配置为加热或热调节RESS 12的电池单元14和其他部件。当电机25被实施为多相电机时，RESS 12可以向PIM 26F提供电能作为直流电压，然后通过PIM 26F的操作将其转换为适于通过交流电压总线(VAC)传输到电机25的AC电压。在一些实施例中，DC充电器26G可连接到HPDM 16并用于RESS 12的DC快速充电。
可选的内燃机(E)30可以用于通过曲轴11选择性地产生发动机扭矩(箭头TE)。曲轴11可以使用输入离合器CI选择性地连接到变速器28的输入构件15。变速器28的输出构件17最终将变速器输出扭矩(箭头TO)传递到一个或多个驱动轴21，并因此传递到图1的非限制性实施例中的一组车轮19。在本发明的预期范围内可以想到车辆的其他构型，以及具有与图1所示及上述内容相同或不同的高压部件的非车辆动力系统或其他应用。为了说明的一致性，以下将描述示例性车辆，因此以下系统10被称为车辆10，而实施例并不限于这种车辆10。
参照图2，示出了图1的RESS 12和HPDM 16是示意性电路图。RESS 12包括RESS外壳22，RESS外壳22又具有多个外部盲配连接器端口31，其配置为凹端口或插座并且被标记为A-D，以对应于特定部件26A-D。每个凹盲配连接器端口31可与对应的凸盲配连接器引脚42接合，同样被标记为A-D。如本文所使用的，术语“盲配连接器”是指提供电源或信号连接性的特定类型的电连接器。这种连接器使用刚性自对准机械固定机构，其在不使用扳手或其他工具的情况下实现联接。盲配连接器可以包括棘爪或切口，以改善固定。其他构型包括平滑孔凸-凹连接件。
RESS外壳22包括一对高压互锁(HVIL)连接器端口，图2中标记为HVILS和HVILR，以分别对应于“源”和“回路”。HPDM 16具有同样标记为HVILS和HVILR的相应一对HVIL引脚，HPDM 16的HVIL引脚直接插入到RESS外壳22的HVIL端口，作为本发明连接方法的一部分。如上所述，这种直接连接消除了对RESS外壳22与HPDM外壳24之间的低压HVIL电线或电缆的需要。
如图2所示的RESS外壳22容纳并封装电池组13及其各种电池单元14，以及高压电源开关，继电器，接触器和相关的保险丝(未示出)。在示例性实施例中，具有正(+)和负(-)电压总线轨道33P和33N的电池组13可以包括主电池组熔断器F1和电流传感器SI，以及一对主接触器MC，与预充电电阻RPC电串联的预充电接触器PC，和DC充电接触器CC。这种预充电部件可以通过外部电池控制器(未示出)来控制，以限制在RESS 12充电期间的浪涌电流，而主接触器MC可以用于在图1的系统10关闭或检测到电气故障时快速断开电池组13。
附件接触器AC可以用于选择性地断开给定电源附件，例如RESS 12内的RESS加热器模块26E，如上所述。这种RESS加热器模块26E可以容纳在RESS外壳22内，并通过另一个熔断器(F2)和固态继电器(SSR)进行电保护，如图所示。将RESS加热器模块26E定位在RESS外壳22内消除了另一个电缆连接，并无需额外的封装空间，如图3所示，这在一些诸如汽车电池封装等应用中可能是有利的。
如图2所述，一组高压连接器34(例如HV280型电连接器)还连接到HPDM外壳24，每个电连接器通过电缆(未示出)电连接到高压部件26A，26B，26C和26D中的一个相应高压部件，如上所述，即分别为APM 26A，CHCM 26B，OBCM 26C和ACCM 26D。一些高压部件(例如APM26A和CHCM 26B)的正(+)引线，例如APM 26A和CHCM 26B，可以通过相应的熔断器(F3)进行保护，然后电连接在一起并终止于连接器42E，连接器42E对应于RESS外壳22的连接器31E并可与RESS外壳22的连接器31E嵌入式接合。凹盲配连接器端口31E同样可以实施为尺寸HV280型连接件，而其余的盲配连接器端口31(即31A-D)也可以实施为尺寸PP2000连接器。
高压连接器34的负引线可以如图所示电连接在一起，并电连接到环形端子连接器44中的一个环形端子连接器的负(-)引线。环形端子连接器44与HPDM外壳24直接线连接到高压连接器引脚31中的一个相应高压连接器引脚，该高压连接器引脚又可以直接插入RESS外壳22的凹盲配连接器端口31中的一个相应凹盲配连接器端口，如上所述。因此，环形端子连接器44可以用于连接指定的大电流部件，在这种情况下，如图1所示的DC充电器26G和PIM26F，连接到HPDM外壳24，HPDM外壳24通过简单插入式连接连接到RESS外壳22。
参照图3，示出了环形端子连接件件44可能应用于将大电流部件连接到图2的HPDM外壳24是示例性电池封装应用。HPDM外壳24在由RESS外壳22限定的前方空间80内直接连接到RESS外壳22，在这种情况下是多光束外壳。RESS外壳22可以被实施为大致上直线的框，其具有横向框梁45和纵向框梁46，在该构型中“纵向”是指如图1所示的车辆10的纵向轴线，“横向”是指横向于或垂直于纵向框梁46的方向。电池单元14可以设置在框梁45和46之间并由框梁45和46支撑。例如，电池单元14可以平坦地定位在纵向梁45之间并且通过托架49间隔开，以便为电池单元14提供所需量的结构完整性。这种RESS外壳22可以用于如图1中的系统所示的示例性车辆10，图3的箭头F表示这种车辆10的向前行进方向。
相对于向前行进方向(箭头F)，RESS外壳22可以包括横梁48，其限定具有下表面51的第一向前部分47A，下表面51限定非矩形向前空间80。RESS外壳22还可以包括第二向前部分47B，其同样具有非矩形或不规则形状。虽然为了简单起见有所省略，但图1的RESS 12的一部分可以容纳在向前部分47A和/或47B内，例如图2所示的RESS 12的各种接触器MC，CC，PC和熔断器F1和F2。
由于向前部分47A和47B具有非矩形形状，限定在下表面51下方的向前空间80可能不适于容纳额外的电池单元14，这些额外的电池单元往往是矩形的。如本文所述，可以使用一个这样的向前腔室来容纳图1和图2的HPDM外壳24，HPDM外壳24紧固到向前空间内的向前部分47A(箭头80)。通过这种方式，HPDM外壳24可以连接到RESS外壳22下方的位置或从RESS外壳22下方的位置断开，而无需接触RESS 12。这也利用了向前空间(箭头80)的不理想几何形状可能浪费的空间。
图3还示出了通过通过环形端子组件44C进入HPDM外壳24的电缆束70，该环形端子组件包含上述多个环形端子44。环形端子组件44C可以连接到壳体75，例如弯头配件或将电缆束70的各个电缆70C引导到HPDM模块24中的其他导管。例如，两根电缆70C可以连接到大电流部件26G和26F，如图1和图2所示。电缆70C可以包括防水套管72，其设置在电缆束70与环形端子组件44C之间的界面处，用于防止水和碎屑进入壳体75。
包含如上所述和如图1所示的环形端子44的环形端子组件44C用于将大电流部件26G和26F直接电连接到HPDM外壳24，然后HPDM外壳24直接连接到RESS外壳22。相对于HV280型连接器34，环形端子组件44C的尺寸更小，设置更低，且电连接到HPDM外壳24内的凸盲配连接器引脚42。虽然为了简单起见图3有所省略，但图2的凹盲配连接器插座31定位于RESS外壳22内，并可直接与HPDM外壳24的凸盲配连接器引脚42接合。这种盲配式连接器可以包括环境密封式压缩凸耳，例如360°可旋转压放式构型。
使用上述方法，可以获得封装空间，同时取代高设置HV连接器和电缆。此外，由于除了局部HVIL保护之外，消除了RESS外壳22与HPDM外壳24之间的低压控制和感测信号，所以可以实现额外的节省。因此，HPDM外壳24的高压输出变为低设置环形端子连接件，用于外部高压或大功率模块或附件，以及如本文所述的用于低功率模块的嵌入式HV连接器。通过除去RESS外壳22内的RESS加热器模块，可以消除额外的电缆布线和HVIL电路。因此，根据需要，可以将HPDM外壳24直接插入RESS外壳22，或者轻易将其与RESS外壳22断开，而必要的大功率开关和继电器容纳在RESS外壳22内。此外，在某些应用(例如，如图3所示的应用)中，可以从RESS外壳22的水平面以下(例如从图1的车辆10下方)进入HPDM外壳24，以便在无需进入RESS外壳22情况下，将高压部件快速断开。本领域普通技术人员将很容易理解这些和其他益处。
虽然已经详细描述了用于实施本发明的最佳模式，但是本发明所涉及领域的技术人员将想到在所附权利要求的范围内实施本发明的各种替代设计和实施例。

Claims (10)

1.一种系统，包括：
可再充电储能系统(RESS)，其具有RESS外壳、多个电池单元、多个接触器、第一对高压互锁(HVIL)端口，以及通过所述接触器中的相应一个接触器的操作选择性地连接到所述电池单元的多个凹盲配电插座，其中所述电池单元和所述接触器容纳在所述RESS外壳内；以及
大功率配电模块(HPDM)，其具有HPDM外壳、多个凸盲配电引脚、可与所述第一对HVIL端口接合的第二对HVIL端口、电连接到所述盲配电引脚并可连接到多个大电流部件的多个环形端子连接件，以及电连接到所述凹盲配电引脚中的一个或多个凹盲配电引脚的多个HV280电连接器；
其中，所述HPDM外壳的所述多个凸盲配电引脚配置为直接插入所述RESS外壳的所述多个凹盲配电插座并与其接合，从而将所述HPDM外壳直接电连接到所述RESS外壳。
2.如权利要求1所述的系统，还包括：RESS加热器模块，其容纳在所述RESS外壳内并通过所述接触器中的其中之一电连接到所述电池单元。
3.如权利要求1所述的系统，还包括：分别通过所述HV280电连接器中的一个相应电连接器连接到所述盲配电引脚中的一对盲配电引脚的辅助电源模块、座舱加热器控制模块、车载充电模块和空调控制模块中的至少一个模块。
4.如权利要求3所述的系统，包括所述辅助电源模块、所述座舱加热器控制模块、所述车载充电模块和所述空调控制模块中的每个模块。
5.如权利要求4所述的系统，还包括：
一束电缆，每个电缆连接到所述辅助电源模块、所述座舱加热器控制模块、所述车载充电模块和所述空调控制模块中的一个相应模块；以及
弯头配件，其配置为将所述电缆路由到所述盲配电引脚。
6.如权利要求4所述的系统，还包括：直流充电器和电源逆变器模块，所述电源逆变器通过所述环形端子电连接到所述HPDM的所述外壳，其中所述多个大电流部件包括所述直流充电器和电源逆变器模块。
7.如权利要求1所述的系统，还包括：水封，其配置为防止水和碎屑进入所述HPDM外壳。
8.如权利要求1所述的系统，其中所述RESS外壳包括多个支撑轨道，所述电池单元在所述支撑轨道的第一侧设置在所述支撑轨道之间，所述HPDM外壳连接到所述支撑轨道的第二侧，其中所述支撑轨道中的至少一个支撑轨道设置在所述RESS外壳与所述HPDM外壳之间。
9.如权利要求1所述的系统，还包括：变速器，其具有输入构件和电机，所述电机电连接到所述电池单元，并且可操作用于产生电机扭矩并将其传递到所述输入构件。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述大电流部件形成至少300安培的电流。
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