CN110048042A - 用于电动化车辆电池组的外壳组件中间托盘 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了“用于电动化车辆电池组的外壳组件中间托盘”。一种电池组,包括电池阵列和容纳所述电池阵列的外壳组件。所述外壳组件包括托盘、盖子和中间托盘。多个内部部件固定在所述中间托盘内,以在所述外壳组件内建立电气子组件。
Description
技术领域
本公开涉及电动化车辆电池组,并且更具体地,涉及一种电池组外壳组件,其利用中间托盘在电池组外壳组件的内部建立电气子组件。
背景技术
减少汽车燃料消耗和排放的需求在文献中有大量记载。因此,正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的电动化车辆。通常,电动化车辆与常规的机动车辆不同,因为电动化车辆选择性地通过由电池供电的一个或多个电机驱动。相反,常规的机动车辆完全依赖内燃发动机来推进车辆。
高压电池组通常向电动化车辆的电机和其他电气负载供电。电池组的外壳组件容纳多个电池单元,所述多个电池单元存储用于向这些电气负载供电的能量。各种其他内部部件,包括但不限于电池电气控制模块(BECM)、母线电气中心(BEC)、布线和I/O连接器,也必须容纳在外壳组件内。车辆内用于封装电池组的可用空间量在一定程度上受到限制。因此,期望改善电池组的封装密度并简化其组装过程。
发明内容
一种根据本公开的示例性方面的电池组包括电池阵列和外壳组件等,所述外壳组件容纳所述电池阵列并包括托盘、盖子和中间托盘。多个内部部件固定在所述中间托盘内,以在所述外壳组件内建立电气子组件。
在前述电池组的另一非限制性实施例中,所述托盘是基于膨胀聚合物的托盘。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述中间托盘是基于膨胀聚合物的中间托盘。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述中间托盘由膨胀聚丙烯制成。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述盖子是基于固态聚合物的盖子。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述盖子由片状模塑料制成。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的凹穴内的母线电气中心(BEC)。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的凹穴内的电池电气控制模块(BECM)。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的通道内的线束或接线束。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的芯孔内的I/O连接器。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述中间托盘固定并密封到所述托盘,并且所述盖子以嵌套方式与所述中间托盘一起被接收。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述多个内部部件中的一个被接收在所述中间托盘的凹穴内,通过凹穴壁在X方向和Y方向上被固持,并且通过从所述凹穴壁中的一个向内突出的突起在Z方向上被固持。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述多个内部部件中的一个被接收在所述中间托盘的通道内,通过通道壁在X方向和Y方向上被固持,并且通过从所述通道壁中的一个向内突出的突起在Z方向被固持。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述多个内部部件包括母线电气中心(BEC)、电池电气控制模块(BECM)、线束和I/O连接器。
在任一前述电池组的另一非限制性实施例中,所述多个内部部件中的一个包括凸缘,所述凸缘安置在模制到所述中间托盘中的接收凹穴内。
一种根据本公开的另一个示例性方面的方法包括在电池组外壳组件内建立电气子组件等步骤。所述电气子组件包括中间托盘和固定在所述中间托盘内的多个内部部件。
在前述方法的另一非限制性实施例中,建立所述电气子组件包括:将母线电气中心(BEC)定位在所述中间托盘的第一凹穴内。
在任一前述方法的另一非限制性实施例中,建立所述电气子组件包括:将电池电气控制模块(BECM)定位在所述中间托盘的第二凹穴内。
在任一前述方法的另一非限制性实施例中,所述方法包括:将第一线束布线并固定在所述中间托盘的第一通道内,然后将所述线束连接到所述BEC。
在任一前述方法的另一非限制性实施例中,建立所述电气子组件包括:将接线束定位在所述中间托盘的通道内,使所述接线束蜿蜒通过所述中间托盘的芯开口,然后将I/O连接器连接到所述接线束。
前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代方案(包括它们的各个方面或相应的各个特征中的任何一个)可以独立地或以任何组合方式采用。结合一个实施例描述的特征可应用于全部实施例,除非此类特征是不兼容的。
参考以下具体实施方式部分,本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得显而易见。具体实施方式部分的附图可以简要描述如下。
附图说明
图1示意性地示出了电动化车辆的动力传动系统。
图2示出了电动化车辆的电池组。
图3是图2的电池组的分解图。
图4示出了图2的电池组的中间托盘。
图5示出了图4的中间托盘,所述中间托盘与多个内部部件封装在一起用于建立电气子组件。
图6A和图6B示出了图4和图5的中间托盘的示例性卡扣式固持特征。
图7示出了图4和图5的中间托盘的另一示例性卡扣式固持特征。
图8示出了固持到图4和图5的中间托盘的壁的示例性I/O连接器。
图9示出了固持到图4和图5的中间托盘的壁的另一示例性I/O连接器。
具体实施方式
本公开详述了在电动化车辆中使用的示例性电池组设计。本公开的示例性电池组包括电池阵列和容纳所述电池阵列的外壳组件。所述外壳组件包括托盘、盖子和中间托盘。可相对于中间托盘固定多个内部部件,以便在外壳组件内建立电气子组件。该具体实施方式部分的以下段落中更详细地讨论了这些和其他特征。
图1示意性地示出了用于电动化车辆12的动力传动系统10。虽然被描绘为混合动力电动车辆(HEV),但应理解,本文描述的概念并不限于HEV并且可扩展到其他电动化车辆,包括但不限于插电式混合动力电动车辆(PHEV)、纯电动车辆(BEV)、燃料电池车辆等。
在一个实施例中,动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即,第二电机)、发电机18和电池组24。在此示例中,第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统均能够产生扭矩以驱动电动车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。尽管图1中描绘了动力分配配置,但本公开延伸至任何混合动力车辆或电动车辆,包括完全混合动力车辆、并联式混合动力车辆、串联式混合动力车辆、轻度混合动力车辆或微混合动力车辆。
发动机14(可以是内燃发动机)与发电机18可以通过诸如行星齿轮组的动力传递单元30来连接。当然,可以使用其他类型的动力传递单元(包括其他齿轮组和变速器)将发动机14连接至发电机18。在一个非限制性实施例中,动力传递单元30为行星齿轮组,该行星齿轮组包括齿圈32、太阳齿轮34和行星架总成36。
发电机18可以由发动机14通过动力传递单元30驱动,以将动能转换成电能。发电机18可以替代地用作马达以将电能转换成动能,从而向连接至动力传输单元30的轴38输出扭矩。因为发电机18操作性地连接至发动机14,所以发动机14的转速可由发电机18控制。
动力传递单元30的齿圈32可以连接至轴40,轴40通过第二动力传递单元44连接至车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可以包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48,以最终向车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在一个非限制性实施例中,第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50,以将扭矩分配给车辆驱动轮28。
通过向同样连接到第二动力传递单元44的轴52输出扭矩,马达22也可以用于驱动车辆驱动轮28。在一个非限制性实施例中,马达22和发电机18配合作为再生制动系统的一部分,在该再生制动系统中,马达22和发电机18两者均可用作马达来输出扭矩。例如,马达22和发电机18可各自向电池组24输出电力。
电池组24是示例性电动车辆电池。电池组24可以是高压动力电池,其包括能够输出电力以操作马达22、发电机18和/或电动化车辆12的其他电气负载的多个电池阵列25(即,电池组件或电池单元组),用于提供电力以推进车轮28。其他类型的储能装置和/或输出装置也可用于以电力方式为电动车辆12提供动力。
在一个实施例中,电动化车辆12具有两种基本操作模式。电动车辆12可以在电动车辆(EV)模式下操作,在电动车辆模式下,马达22用于车辆推进(通常没有来自发动机14的辅助),从而消耗电池组24的剩余电量直到其在某些驱动模式/循环下的最大容许放电率。EV模式是电动车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在EV模式期间,蓄电池组24的剩余电量在一些情况下可能例如由于一段时间的再生制动而增加。发动机14在默认EV模式下通常是关闭的,但可基于车辆系统状态或在驾驶员允许时根据需要进行操作。
电动车辆12还可以以混合动力(HEV)模式操作,在混合动力模式下发动机14和马达22两者均用于车辆推进。HEV模式是电动车辆12的电荷维持操作模式的示例。在HEV模式期间,电动车辆12可以减小马达22的推进使用,以便通过增加发动机14推进使用来将电池组24的剩余电量维持在恒定或近似恒定的水平。除了本公开范围内的EV和HEV模式之外,电动车辆12还可以在其他操作模式下进行操作。
图2和图3示意性地示出了可在电动化车辆内采用的电池组24。例如,电池组24可以是图1的电动车辆12的动力传动系统10的一部分。图2是电池组24的透视图,并且图3是电池组24的分解图,以便更好地示出电池组24的内部部件。
电池组24容纳多个电池单元56(参见图3),这些电池单元存储用于为电动车辆12的各种电气负载供电的能量。电池组24可采用本公开范围内的任何数量的电池单元。因此,本公开不限于图3中所示的具体配置。
电池单元56可并排堆叠以构成一组电池单元56,有时称为“电池堆”或“电池阵列”。在一个实施例中,电池单元56是棱柱式锂离子电池。然而,在本公开的范围内可以替代性地使用具有其他几何形状(圆柱形、袋状等)、其他化学物质(镍-金属氢化物、铅酸等)或两者的电池单元。
电池单元56以及任何支撑结构(例如,阵列框架、间隔件、导轨、壁、板、捆扎件等)可统称为电池阵列或电池组件。图3中描绘的电池组24包括第一电池阵列25A以及与所述第一电池阵列25A并排的第二电池阵列25B。尽管图3的电池组24被描绘为具有两个电池阵列,但电池组24可包括更多或更少数量的电池阵列并且仍然落入本公开的范围内。
第一电池阵列25A的电池单元56沿第一纵向轴线A1分布,并且第二电池阵列25B的电池单元56沿第二纵向轴线A2分布。在一个实施例中,第一纵向轴线A1与第二纵向轴线A2横向间隔开。因此,在此实施例中,第一电池阵列25A和第二电池阵列25B相对于彼此并排定位。
外壳组件58容纳电池组24的每个电池阵列25A、25B。在一个实施例中,外壳组件58是密封的外壳。外壳组件58在本公开的范围内可包括任何尺寸、形状和配置。
在一个实施例中,外壳组件58包括托盘60、中间托盘62和盖子64。托盘60、中间托盘62和盖子64配合以围绕并封闭电池阵列25A、25B。托盘60提供开放区域66以容纳电池阵列25A、25B。在一个实施例中,第一电池阵列25A和第二电池阵列25B定位在托盘60的开放区域66内。然后可将中间托盘62安置并密封到托盘60上,诸如经由榫舌和榫槽连接。中间托盘62的宽度和长度可与托盘60大致相同,使得中间托盘62在安置到托盘60上时至多接合托盘60的四个侧面。接下来,可将盖子64安置到中间托盘62上方并与其密封以封闭电池阵列25A、25B。中间托盘62和盖子64一旦都固定在它们各自的位置,两者就以嵌套方式一起被接收。
如图2所示,中间托盘62的一部分可暴露于外壳组件58的外部。然而,中间托盘62可替代地可完全容纳在外壳组件58的内部。
外壳组件58可具有本公开范围内的其他配置。例如,中间托盘62、盖子64或两者可提供开放区域66中的一部分,用于接收第一电池阵列25A和第二电池阵列25B。此外,尽管被示出为基本上矩形,但外壳组件58可以是三角形、圆形等。
在一个实施例中,托盘60和中间托盘62由基于膨胀聚合物的材料构造(例如,模制)而成,并且盖子64由基于固态聚合物的材料构造(例如,模制)而成。在另一个实施例中,盖子64也由基于膨胀聚合物的材料构造而成。在又一实施例中,盖子64由金属材料构造而成。在又一实施例中,托盘60由基于固态聚合物的材料或金属基材料构造而成。
示例性的基于膨胀聚合物的材料可包括但不限于膨胀聚丙烯、膨胀聚苯乙烯和膨胀聚乙烯。通常,这些基于膨胀聚合物的材料被认为是相对结构性的发泡的聚合物基材料。
示例性的基于固态聚合物的材料可包括但不限于片状模塑料(例如,玻璃纤维增强的聚酯)、聚丙烯和聚胺。通常,这些聚合物基材料被认为比上面讨论的基于膨胀聚合物的材料更硬。
参考图4,并继续参考图2和图3,示出了外壳组件58的中间托盘62的附加细节。中间托盘62可包括各种模内嵌入特征,用于将内部部件布线和/或固持在中间托盘62内。图4中所示的模内嵌入特征的尺寸、形状、位置和配置仅是示例性的,并不旨在限制本公开。
在一个实施例中,中间托盘62包括凹穴68A、68B、通道70和芯孔72,它们各自被设计成容纳电池组24的一个或多个内部部件。凹穴68A、68B和通道70可形成在中间托盘62的上表面74内。当中间托盘62定位在外壳组件58内时,上表面74面向盖子64。凹穴68或通道70中的一部分可延伸穿过中间托盘62的下表面76或者形成在其中。芯孔72可穿过中间托盘62的侧壁78形成。在另一个实施例中,芯孔72穿过中间托盘62的上表面74或下表面76中的槽形成。在又一实施例中,芯孔72可具有从顶部边缘到孔切入其中的狭槽,用于将内部部件滑入芯孔72中。
图5示出了封装在一起的中间托盘62和多个内部部件(参见特征82至88),以用于建立电气子组件80。在进行外壳组件58的最终组装之前,可将中间托盘62和内部部件预先组装在一起以形成电气子组件80。以此方式,当在制造期间组装外壳组件58时,中间托盘62和内部部件已封装在一起。因此,通过允许中间托盘62和内部部件与电池组24的其余部件并行组装,电气子组件80提高了生产线效率,从而降低了制造复杂性和成本。
在一个实施例中,可封装在中间托盘62内的内部部件包括母线电气中心(BEC)82、电池电气控制模块(BECM)84、第一线束86、第二线束88、多个接线束90和多个I/O连接器92。当然,其他内部部件也可固持在中间托盘62内。BEC 82和BECM 84可固定在中间托盘62的相应凹穴68A、68B内,线束86、88和接线束90可固定在中间托盘62的相应通道70内,并且I/O连接器92可固定在中间托盘62的相应芯孔72内。
可将内部部件82至88布线和/或固持在中间托盘62内,以便用以下非限制性方式组装电气子组件80。首先,将BEC 82插入第一凹穴68A中,并将BECM 84插入中间托盘62的第二凹穴68B中。接下来,将第一线束86插入中间托盘62的通道70A中并连接到BEC82。然后,使接线束90按路线穿过它们各自的通道70,蜿蜒通过芯孔72中的一个,然后连接到I/O连接器92中的一个。可替代地,可将I/O连接器92预先组装到接线束92,在这种情况下,组装过程将包括首先通过芯孔72馈送接线束90,然后将接线束90定位在它们各自的通道70内。最后,将第二线束88插入中间托盘62的通道70B中并连接到BECM 84。
在另一个实施例中,凹穴68A、68B和通道70各自包括模制到中间托盘62中的手指间隙91。手指间隙91使组装工人在组装过程期间更容易相对于中间托盘62对电子部件82至88进行布线和固持。
第一凹穴68A和第二凹穴68B中的每一者都包括凹穴壁93(参见图6A和图6B),用于在X和Y方向上固持内部部件(这里为特征82和84)。第一凹穴68A和第二凹穴68B可另外包括卡扣式特征,所述卡扣式特征模制到凹穴壁93中,用于在Z方向上固持内部部件。例如,如图6A和图6B所示,一个或多个突起94可从凹穴壁93向内突出。当BEC 82和BECM 84分别插入凹穴68A、68B中时,这些部件卡扣配合就位并被固持,防止沿Z方向的进一步移动。
此外,通道70A、70B中的每一者都包括通道壁96,用于在X和Y方向上固持内部部件(这里为特征86和88)。通道70A、70B可另外包括卡扣式特征,所述卡扣式特征模制到通道壁96中,用于在Z方向上固持内部部件。例如,如图7所示,一个或多个突起98可从通道壁96向内突出。因此,当第一线束86和第二线束88插入到中间托盘62中时,这些部件可分别卡扣配合就位并固持在通道70A、70B内,防止沿Z方向的进一步移动。包含接线束90的通道70也可包括卡扣式特征,用于在Z方向上固持接线束90。
由于电气子组件80的内部部件通过突起94、98和壁93、98机械地固持在X、Y和Z方向上,所以不需要另外的紧固件来将任何部件固持在中间托盘62内。
现在参考图8,可使用一个或多个紧固件100将I/O连接器92(仅示出了两个)固持在芯孔72内。可替代地,如图9所示,接收凹穴102可模制到中间托盘62的侧壁78中。当I/O连接器92插入芯孔72中时,I/O连接器92的凸缘104安置在接收凹穴102内,从而将I/O连接器92固持在其相应的芯孔72内。
本公开的示例性电池组包括外壳组件,所述外壳组件利用中间托盘来将电气子组件封装在外壳组件内。这提供了在制造期间将电气子组件与电池组组件并行组装的能力。本发明的设计减少了组装中总体零件的数量,增加了电池组的能量吸收和电气绝缘能力,并简化了整个电池组制造过程。
尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定部件或步骤,但是本公开的实施例不限于这些特定组合。可以将来自任何非限制性实施例的一些部件或特征与来自任何其他非限制性实施例的特征或部件进行组合使用。
应理解,在几个附图中,相同的附图标记标识相应或相似的元件。应当理解,尽管在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置,但是其他布置也可受益于本公开的教导。
前面的描述应被解释为是说明性的而不是具有任何限制意义。本领域普通技术人员将理解某些修改可以落入本公开的范围内。出于这些原因,应研究以下权利要求来确定本公开的真实范围和内容。
根据本发明,提供了一种电池组,其具有:电池阵列;壳体组件,所述壳体组件容纳所述电池阵列并且包括托盘、盖子和中间托盘;以及多个内部部件,所述多个内部部件固定在所述中间托盘内,以在所述外壳组件内建立电气子组件。
根据一个实施例,所述托盘是基于膨胀聚合物的托盘。
根据一个实施例,所述中间托盘是基于膨胀聚合物的中间托盘。
根据一个实施例,所述中间托盘由膨胀聚丙烯制成。
根据一个实施例,所述盖子是基于固态聚合物的盖子。
根据一个实施例,所述盖子由片状模塑料制成。
根据一个实施例,所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的凹穴内的母线电气中心(BEC)。
根据一个实施例,所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的凹穴内的电池电气控制模块(BECM)。
根据一个实施例,所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的通道内的线束或接线束。
根据一个实施例,所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的芯孔内的I/O连接器。
根据一个实施例,所述中间托盘固定并密封到所述托盘,并且所述盖子以嵌套方式与所述中间托盘一起被接收。
根据一个实施例,所述多个内部部件中的一个被接收在所述中间托盘的凹穴内,通过凹穴壁在X方向和Y方向上被固持,并且通过从所述凹穴壁中的一个向内突出的突起在Z方向上被固持。
根据一个实施例,所述多个内部部件中的一个被接收在所述中间托盘的通道内,通过通道壁在X方向和Y方向上被固持,并且通过从所述通道壁中的一个向内突出的突起在Z方向被固持。
根据一个实施例,所述多个内部部件包括母线电气中心(BEC)、电池电气控制模块(BECM)、线束和I/O连接器。
根据一个实施例,所述多个内部部件中的一个包括凸缘,所述凸缘安置在模制到所述中间托盘中的接收凹穴内。
根据本发明,一种方法包括:在电池组外壳组件的内部建立电气子组件,其中所述电气子组件包括中间托盘和固定在所述中间托盘内的多个内部部件。
根据一个实施例,建立所述电气子组件包括:将母线电气中心(BEC)定位在所述中间托盘的第一凹穴内。
根据一个实施例,建立所述电气子组件包括:将电池电气控制模块(BECM)定位在所述中间托盘的第二凹穴内。
根据一个实施例,上述发明的进一步特征在于,将第一线束布线并固定在所述中间托盘的第一通道内,然后将所述线束连接到所述BEC。
根据一个实施例,建立所述电气子组件包括:将接线束定位在所述中间托盘的通道内,使所述接线束蜿蜒通过所述中间托盘的芯开口,然后将I/O连接器连接到所述接线束。
Claims (15)
1.一种电池组,其包括:
电池阵列;
外壳组件,所述外壳组件容纳所述电池阵列并包括托盘、盖子和中间托盘;和
多个内部部件,所述多个内部部件固定在所述中间托盘内,以在所述外壳组件内建立电气子组件。
2.如权利要求1所述的电池组,其中所述托盘是基于膨胀聚合物的托盘。
3.如权利要求1或2所述的电池组,其中所述中间托盘是基于膨胀聚合物的中间托盘。
4.如任一项前述权利要求所述的电池组,其中所述盖子是由片状模塑料制成的基于固态聚合物的盖子。
5.如任一项前述权利要求所述的电池组,其中所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的凹穴内的母线电气中心(BEC)或电池电气控制模块(BECM)。
6.如任一项前述权利要求所述的电池组,其中所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的通道内的线束或接线束。
7.如任一项前述权利要求所述的电池组,其中所述多个内部部件包括固定在所述中间托盘的芯孔内的I/O连接器。
8.如任一项前述权利要求所述的电池组,其中所述中间托盘固定并密封到所述托盘,并且所述盖子以嵌套方式与所述中间托盘一起被接收。
9.如任一项前述权利要求所述的电池组,其中所述多个内部部件中的一个被接收在所述中间托盘的凹穴内,通过凹穴壁在X方向和Y方向上被固持,并且通过从所述凹穴壁中的一个向内突出的突起在Z方向上被固持。
10.如任一项前述权利要求所述的电池组,其中所述多个内部部件中的一个被接收在所述中间托盘的通道内,通过通道壁在X方向和Y方向上被固持,并且通过从所述通道壁中的一个向内突出的突起在Z方向被固持。
11.如任一项前述权利要求所述的电池组,其中所述多个内部部件中的一个包括凸缘,所述凸缘安置在模制到所述中间托盘中的接收凹穴内。
12.一种方法,其包括:
在电池组外壳组件的内部建立电气子组件,其中所述电气子组件包括中间托盘和固定在所述中间托盘内的多个内部部件。
13.如权利要求12所述的方法,其中建立所述电气子组件包括:将母线电气中心(BEC)定位在所述中间托盘的第一凹穴内,以及将电池电气控制模块(BECM)定位在所述中间托盘的第二凹穴内。
14.如权利要求13所述的方法,其包括:将第一线束布线并固定在所述中间托盘的第一通道内,然后将所述线束连接到所述BEC。
15.如权利要求12至14所述的方法,其中建立所述电气子组件包括:将接线束定位在所述中间托盘的通道内,使所述接线束蜿蜒通过所述中间托盘的芯开口,然后将I/O连接器连接到所述接线束。
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