DE102016114299A1

DE102016114299A1 - Sammelschienen für eine leistungsmodulanordnung

Info

Publication number: DE102016114299A1
Application number: DE102016114299.9A
Authority: DE
Inventors: Michael W. Degner; Guangyin Lei; Chingchi Chen; Edward Chan-Jiun JIH
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-08-04
Filing date: 2016-08-02
Publication date: 2017-02-09
Also published as: CN106450981B; CN106450981A; US20170036563A1; US10137798B2

Abstract

Es wird eine Fahrzeugleistungsmodulanordnung bereitgestellt. Die Anordnung kann eine Ansammlung von gestapelten Rahmen, eine innerhalb jedes der Rahmen beherbergte Leistungsstufe, und Sammelschienen umfassen. Jede der Leistungsstufen kann ein Paar Anschlüsse entgegengesetzter Polarität, die sich davon erstrecken, umfassen. Die Sammelschienen können entlang der Ansammlung verteilt sein, um Anschlüsse gleicher Polarität elektrisch zu verbinden. Die Leistungsstufen können derart miteinander angeordnet sein, dass Anschlüsse gleicher Polarität zueinander benachbart sind und die Sammelschienen eine abwechselnde Folge definieren, die der Polarität der Anschlüsse entspricht. Die Anschlüsse können auf den jeweiligen Leistungsstufen derart angeordnet sein, dass die Sammelschienen abwechselnd in einer linearen Folge entlang einer Seitenfläche, die durch Abschnitte der Rahmen definiert ist, verteilt sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Leistungsmodulanordnungen für Kraftfahrzeuge.
HINTERGRUND
Elektrifizierte Fahrzeuge, wie z.B. batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs), aufladbare Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), Mildhybridelektrofahrzeuge (MHEVs) oder Vollhybridelektrofahrzeuge (FHEVs), enthalten eine Energiespeichervorrichtung, wie z.B. eine Hochvoltbatterie (HV-Batterie). Ein Leistungsumrichter kann zwischen der Batterie und jeder Elektromaschine elektrisch verbunden sein, um Gleichstrom von der Batterie in einen Wechselstrom für die Elektromaschinen umzuwandeln. Der Leistungsumrichter kann außerdem Wechselstrom von den Elektromaschinen in Gleichstrom für die Batterie umwandeln. Komponenten, wie z.B. Sammelschienen, können dabei helfen, die Leistungsumrichter miteinander elektrisch zu verbinden.
KURZDARSTELLUNG
Eine Fahrzeugleistungsmodulanordnung umfasst eine Ansammlung von gestapelten Rahmen, eine innerhalb jedes der Rahmen beherbergte Leistungsstufe, und Sammelschienen. Jede der Leistungsstufen umfasst ein Paar Anschlüsse entgegengesetzter Polarität, die sich davon erstrecken. Die Sammelschienen sind entlang der Ansammlung verteilt, um Anschlüsse gleicher Polarität elektrisch zu verbinden. Die Leistungsstufen sind derart miteinander angeordnet, dass Anschlüsse gleicher Polarität zueinander benachbart sind und die Sammelschienen eine abwechselnde Folge definieren, die der Polarität der Anschlüsse entspricht. Jeder der Anschlüsse kann ferner eine Fläche definieren, die derart dimensioniert ist, dass sie elektrische Komponenten verknüpft. Die Anschlüsse können auf den jeweiligen Leistungsstufen derart angeordnet sein, dass die Sammelschienen abwechselnd in einer linearen Folge entlang einer Seitenfläche, die durch Abschnitte der Rahmen definiert ist, verteilt sind. Die Anschlüsse entgegengesetzter Polarität können derart voneinander versetzt sein, dass die Sammelschienen entlang einer durch die Rahmen definierten Seitenfläche gemäß einer Anschlusspolarität abwechselnd verteilt und voneinander beabstandet sind. Die Anschlüsse können Außenanschlüsse, einen an jedem Ende der gestapelten Rahmen und entgegengesetzte Polarität aufweisend, umfassen. Eine Schutzschicht kann über der Ansammlung von gestapelten Rahmen vergossen sein und es derart abdecken, dass sich die Anschlüsse durch die Schicht erstrecken. Jede Sammelschiene kann an Anschlüssen einer gleichen Polarität von zwei zueinander benachbarten Leistungsstufen befestigt sein.
Eine Fahrzeugleistungsmodulanordnung umfasst eine Ansammlung von gestapelten Leistungsstufen. Jede Leistungsstufe umfasst ein Paar von DC-Anschlüssen entgegengesetzter Polarität, die voneinander beabstandet sind und derart in Bezug aufeinander angeordnet sind, dass benachbarte Anschlüsse von verschiedenen Leistungsstufen eine gleiche Polarität aufweisen. Eine erste Sammelschiene verbindet elektrisch zwei benachbarte positive Anschlüsse. Eine zweite Sammelschiene verbindet elektrisch zwei benachbarte negative Anschlüsse. Die Leistungsstufen können durch Außenrahmen gestützt werden, die Durchführungen definieren, welche derart dimensioniert sind, dass sich die Anschlüsse dadurch erstrecken. Die erste und die zweite Sammelschiene können U-förmig sein. Die Sammelschienen können eine Fläche definieren, die zu einer Seitenfläche der Außenrahmen parallel ist. Die Fläche kann derart dimensioniert sein, dass sie ein Verknüpfen mit einem Verbinder eines Kondensatormoduls erleichtert. Die Ansammlung von gestapelten Leistungsstufen kann Außenleistungsstufen umfassen, die zu jeweiligen Endplatten benachbart sind. Die Anschlüsse, die sich in der Nähe der Endplatten befinden, können in Bezug aufeinander eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Die Anordnung kann außerdem ein Gehäuse umfassen, das durch eine Schicht definiert ist, die über der Ansammlung von gestapelten Leistungsstufen vergossen ist und es derart abdeckt, dass sich die Anschlüsse durch die Schicht erstrecken. Jede Sammelschiene kann eine Außenfläche umfassen, die eine Ebene definiert, die mit anderen Ebenen, die durch andere Außenflächen anderer Sammelschienen definiert sind, komplanar ist.
Ein Fahrzeug umfasst eine Elektromaschine, eine Traktionsbatterie, die mit der Elektromaschine elektrisch verbunden ist, und eine Leistungsmodulanordnung. Die Leistungsmodulanordnung umfasst mindestens zwei Leistungsstufen, die zwischen der Batterie und der Elektromaschine elektrisch verbunden sind und von denen jede ein Paar DC-Anschlüsse entgegengesetzter Polarität und ein Paar erste Verbinder, von denen jeder mit einem von jedem der Anschlüsse verbunden ist, aufweist. Jede aus der Vielzahl von Sammelschienen weist zweite Verbinder für eine elektrische Verbindung mit den ersten Verbindern auf. Die Leistungsstufen sind derart miteinander angeordnet, dass Anschlüsse gleicher Polarität zueinander benachbart sind und in einer abwechselnden Anschlusspolaritätsfolge angeordnet sind. Jede der Sammelschienen kann U-förmig sein. Die zweiten Verbinder jeder Sammelschiene können mit zwei verschiedenen Leistungsstufen mit ersten Verbindern gleicher Polarität elektrisch verbunden sein. Die Leistungsstufen können durch Außenrahmen gestützt werden, die Durchführungen definieren, welche für die ersten Verbinder offen sind und derart dimensioniert sind, dass sie einen Abschnitt einer der Sammelschienen aufnehmen. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten Sammelschienen kann auf einem vorgewählten Strombetrag und einem Material der DC-Anschlüsse basieren. Die Leistungsstufen können durch Außenrahmen gestützt werden und die Anschlüsse können auf den jeweiligen Leistungsstufen derart angeordnet sein, dass die Sammelschienen abwechselnd in einer linearen Folge entlang einer Seitenfläche, die durch Abschnitte der Rahmen definiert ist, verteilt sind. Die Leistungsstufen können durch Außenrahmen gestützt werden und die Anschlüsse entgegengesetzter Polarität können voneinander derart versetzt sein, dass die Sammelschienen entlang einer durch die Rahmen definierten Seitenfläche gemäß einer Anschlusspolarität abwechselnd verteilt sind und voneinander beabstandet sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist schematisches Diagramm eines Beispiels für ein Hybridfahrzeug.
2 ein schematisches Diagramm eines Beispiels eines regelbaren Spannungswandlers und eines Leistungsumrichters.
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für einen Abschnitt einer Leistungsmodulanordnung.
4A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Leistungsstufe, die in dem Abschnitt der Leistungsmodulanordnung von 3 aufgenommen sein kann.
4B ist eine Vorderansicht der Leistungsstufe von 4A.
4C ist eine Draufsicht auf die Leistungsstufe von 4A.
5A ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Sammelschienenanordnung für eine Leistungsstufe.
5B ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Sammelschienenanordnung für eine Leistungsstufe.
6 ist eine Draufsicht auf den Abschnitt der Leistungsmodulanordnung von 3, die mit einem Kondensatormodul dargestellt ist.
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels für einen Abschnitt einer Leistungsmodulanordnung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Es werden hier Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht es sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert sein, um Einzelheiten bestimmter Komponenten darzustellen. Die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Einzelheiten sind daher nicht als eine Beschränkung auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Grundlage, um einen Fachmann zu lehren, die vorliegende Offenbarung auf verschiedene Weisen einzusetzen. Wie ein Durchschnittsfachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizite dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen erwünscht sein.
Ein Beispiel eines PHEV ist in 1 dargestellt, das hier im Allgemeinen als Fahrzeug 16 bezeichnet wird. Das Fahrzeug 16 kann ein Getriebe 12 umfassen und stellt ein Beispiel eines Elektrofahrzeugs dar, das durch eine Elektromaschine 18 mit einer Unterstützung einer Verbrennungskraftmaschine 20 angetrieben wird. Das Fahrzeug 16 kann mit einem externen Stromnetz verbindbar sein. Die Elektromaschine 18 kann ein elektrischer Wechselstrommotor sein, der als Motor 18 in 1 dargestellt ist. Die Elektromaschine 18 empfängt elektrische Leistung und stellt ein Drehmoment für den Fahrzeugantrieb bereit. Die Elektromaschine 18 kann außerdem als ein Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrische Leistung mithilfe eines Nutzbremsens arbeiten.
Das Getriebe 12 kann eine Leistungsverzweigungsausgestaltung aufweisen. Das Getriebe 12 kann eine erste Elektromaschine 18 und eine zweite Elektromaschine 24 umfassen. Die zweite Elektromaschine 24 kann ein elektrischer Wechselstrommotor sein, der als Generator 24 in 1 dargestellt ist. Ähnlich der ersten Elektromaschine 18 kann die zweite Elektromaschine 24 elektrische Leistung empfangen und ein Ausgangsdrehmoment bereitstellen. Die zweite Elektromaschine 24 kann außerdem als ein Generator zum Umwandeln mechanischer Leistung in elektrische Leistung und Optimieren eines Leistungsflusses über das Getriebe 12 arbeiten. In anderen Ausführungsformen weist das Getriebe möglicherweise keine Leistungsverzweigungsausgestaltung auf.
Das Getriebe 12 kann eine Planetengetriebeeinheit (nicht dargestellt) umfassen und kann als ein stufenloses Getriebe und ohne jegliche festen oder Stufenverhältnisse arbeiten. Das Getriebe 12 kann außerdem eine Freilaufkupplung (One-Way-Clutch, O.W.C.) und eine Generatorbremse 33 umfassen. Die O.W.C. kann mit einer Ausgangswelle der Kraftmaschine 20 gekoppelt sein, um eine Rotationsrichtung der Ausgangswelle zu steuern. Die O.W.C. kann einen Rückantrieb der Kraftmaschine 20 durch das Getriebe 12 verhindern. Die Generatorbremse 33 kann mit einer Ausgangswelle der zweiten Elektromaschine 24 gekoppelt sein. Die Generatorbremse 33 kann aktiviert werden, um die Ausgangswelle der zweiten Elektromaschine 24 und des Sonnenrads 28 zu „bremsen“ oder eine Rotation davon zu verhindern. Alternativ können die O.W.C. und die Generatorbremse 33 durch Implementieren von Steuerstrategien für die Kraftmaschine 20 und die zweite Elektromaschine 24 ersetzt werden. Das Getriebe 12 kann mit einer Antriebswelle 46 verbunden sein. Die Antriebswelle 46 kann mit einem Paar Antriebsräder 48 über ein Ausgleichsgetriebe 50 gekoppelt sein. Ein Ausgangsgetrieberad (nicht dargestellt) des Getriebes kann dabei helfen, ein Drehmoment zwischen dem Getriebe 12 und den Antriebsrädern 48 zu übertragen. Das Getriebe 12 kann außerdem in Kommunikation mit einem Wärmetauscher 49 oder einem Automatikgetriebefluidkühler (nicht dargestellt) zum Kühlen des Getriebefluids stehen.
Das Fahrzeug 16 umfasst eine Energiespeichervorrichtung, wie z.B. eine Traktionsbatterie 52 (BAT), zum Speichern elektrischer Energie. Die Batterie 52 kann eine HV-Batterie sein, die in der Lage ist, elektrische Leistung auszugeben, um die erste Elektromaschine 18 und die zweite Elektromaschine 24 zu betrieben, wie nachstehend weiter beschrieben. Die Batterie 52 kann außerdem elektrische Leistung von der ersten Elektromaschine 18 und der zweiten Elektromaschine 24 empfangen, wenn sie als Generatoren arbeiten. Die Batterie 52 kann ein Batteriepack sein, der aus mehreren Batteriemodulen (nicht dargestellt) aufgebaut ist, wobei jedes Batteriemodul eine Vielzahl von Batteriezellen (nicht dargestellt) enthält. Andere Ausführungsformen des Fahrzeugs 16 betrachten alternative Arten von Energiespeichervorrichtungen, wie z.B. Kondensatoren und Brennstoffzellen (nicht dargestellt), die die Batterie 52 ergänzen oder ersetzen können.
Eine Hochvoltsammelschiene kann die Batterie 52 mit der ersten Elektromaschine 18 und der zweiten Elektromaschine 24 elektrisch verbinden. Zum Beispiel kann das Fahrzeug 16 ein Batterieenergiesteuermodul (BECM) 54 zum Steuern der Batterie 52 umfassen. Das BECM 54 kann eine Eingabe empfangen, die bestimmte Fahrzeugbedingungen und Batteriebedingungen, wie z.B. Batterietemperatur, Spannung und Strom, anzeigt. Das BECM 54 kann Parameter der Batterie 52, wie z.B. einen Batterieladezustand (BSOC) und eine Batterieleistungsfähigkeit (Pcap), berechnen und abschätzen. Das BECM 54 kann eine Ausgabe, die den BSOC und die Pcap anzeigt, an andere Fahrzeugsysteme und -steuerungen bereitstellen.
Das Fahrzeug 16 kann einen Gleichspannungswandler oder einen regelbaren Spannungswandler (VVC) 10 und einen Umrichter 56 umfassen. Der VVC 10 und der Umrichter 56 können zwischen der Batterie 52 und der ersten Elektromaschine 18 und der zweiten Elektromaschine 24 elektrisch verbunden sein. Der VVC 10 kann ein Spannungspotential der durch die Batterie 52 bereitgestellten elektrischen Leistung „hochsetzen“ (boost) oder erhöhen. Der VVC 10 kann außerdem ein Spannungspotential der durch die Batterie 52 bereitgestellten elektrischen Leistung „tiefsetzen“ (buck) oder reduzieren. Der Umrichter 56 kann eine durch die Batterie 52 gelieferte DC-Leistung über den VVC 10 in eine AC-Leistung zum Betreiben jeder der Elektromaschinen 18 und 24 umkehren. Der Umrichter 56 kann außerdem AC-Leistung, die durch jede der Elektromaschinen 18 und 24 bereitgestellt wird, in DC-Leistung zum Aufladen der Batterie 52 gleichrichten. In anderen Beispielen kann das Getriebe 12 mit mehreren Umrichtern arbeiten, wie z.B. einem mit jeder der Elektromaschinen 18 und 24 assoziierten Umrichter. Der VVC 10 umfasst eine Induktivitätsanordnung 14 (die ferner unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wird).
Das Getriebe 12 ist in Kommunikation mit einem Getriebesteuermodul (TCM) 58 zum Steuern der Elektromaschinen 18 und 24, des VVC 10 und des Umrichters 56 dargestellt. Das TCM 58 kann derart ausgelegt sein, dass es Bedingungen jeder der Elektromaschinen 18 und 24, wie z.B. Position, Drehzahl und Leistungsaufnahme, überwacht. Das TCM 58 kann außerdem elektrische Parameter (z.B. Spannung und Strom) an verschiedenen Positionen innerhalb des VVC 10 und des Umrichters 56 überwachen. Das TCM 58 stellt Ausgangssignale, die dieser Information entsprechen, für andere Fahrzeugsysteme zum Gebrauch bereit.
Das Fahrzeug 16 kann eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) 60 umfassen, die mit anderen Fahrzeugsystemen und -steuerungen zum Koordinieren von Operationen davon kommuniziert. Obwohl als eine einzelne Steuerung dargestellt, wird in Betracht gezogen, dass der VSC 60 mehrere Steuerungen zum Steuern mehrerer Fahrzeugsysteme und -komponenten gemäß einer Fahrzeuggesamtsteuerlogik oder -software umfassen kann.
Die Fahrzeugsteuerungen, wie z.B. die VSC 60 und das TCM 58, können verschiedene Ausgestaltungen von Mikroprozessoren, ASICs, ICs, Speichern (z.B. FLASH, ROM, RAM, EPROM und/oder EEPROM), und einen Softwarecode umfassen, um miteinander zum Durchführen von Fahrzeugoperation zusammenzuarbeiten. Die Steuerungen können außerdem vorgegebene Daten, oder „Nachschlagetabellen“, umfassen, auf die von dem Speicher zugegriffen werden kann und die auf Berechnungen und Testdaten basieren. Diese vorgegebenen Daten können durch Steuerungen verwendet werden, um eine Steuerung der Fahrzeugoperationen zu erleichtern. Die VSC 60 kann mit anderen Fahrzeugsystemen und -steuerungen (z.B. dem BECM 54 und dem TCM 58) über eine oder mehrere verdrahtete oder drahtlose Verbindungen unter Verwendung von Busprotokollen, wie z.B. CAN und LIN, kommunizieren. Die VSC 60 kann eine Eingabe (PRND) empfangen, die eine aktuelle Position des Getriebes 12 (z.B. Parken, Rückwärtsgang, Neutral (Leerlauf), Drive (Dauerbetrieb)), repräsentiert. Die VSC 60 kann außerdem eine Eingabe (APP) empfangen, die eine Gaspedalposition repräsentiert. Die VSC 60 kann Ausgaben, die ein gewünschtes Raddrehmoment, eine gewünschte Kraftmaschinendrehzahl und einen Generatorbremsbefehl an das TCM 58 repräsentieren, und Schützsteuerung an das BECM 54 bereitstellen.
Das Fahrzeug 16 kann ein Kraftmaschinensteuermodul (ECM) 64 zum Steuern der Kraftmaschine 20 umfassen. Die VSC 60 stellt eine Ausgabe, wie z.B. ein gewünschtes Kraftmaschinendrehmoment, an das ECM 64 bereit, die auf mehreren Eingangssignalen, einschließlich von APP, basieren kann und einer Anforderung eines Fahrers für den Fahrzeugantrieb entsprechen kann.
Die Batterie 52 kann regelmäßig AC-Energie von einer externen Versorgung oder einem Netz über einen Ladeanschluss 66 empfangen. Das Fahrzeug 16 kann außerdem eine fahrzeugeigene Ladeeinrichtung 68 umfassen, die die AC-Energie von dem Ladeanschluss 66 empfängt. Die Ladeeinrichtung 68 kann eine AC/DC-Umwandlungsmöglichkeit umfassen, um die empfangene AC-Energie in DC-Energie umzuwandeln, die zum Aufladen der Batterie 52 während einer Ladeoperation geeignet ist. Obwohl im Kontext eines PHEV dargestellt und beschrieben, wird in Betracht gezogen, dass der Umrichter 56 mit anderen Arten von elektrifizierten Fahrzeugen, wie z.B. einem FHEV oder einem BEV, implementiert werden kann.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Beispiel eines elektrischen Schaltplans des VVC 10 und des Umrichters 56 dargestellt. Der VVC 10 kann eine erste Schalteinheit 70 und eine zweite Schalteinheit 72 umfassen, um die Eingangsspannung (V_bat) zu erhöhen, damit eine Ausgangsspannung (V_dc) bereitgestellt wird. Die erste Schalteinheit 70 ist mit einem ersten Transistor 74 dargestellt, der parallel mit einer ersten Diode 76 verbunden ist und wobei ihre Polaritäten umgetauscht sind (was hier als antiparallel bezeichnet wird). Die zweite Schalteinheit 72 ist mit einem zweiten Transistor 78 dargestellt, der antiparallel mit einer zweiten Diode 80 verbunden ist. Jeder der Transistoren 74 und 78 kann eine Art steuerbarer Schalter sein (z.B. ein Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) oder ein Feldeffekttransistor (FET)). Außerdem kann jeder der Transistoren 74 und 78 einzeln durch das TCM 58 gesteuert werden. Die Induktivitätsanordnung 14 ist als eine Eingangsinduktivität dargestellt, die in Reihe zwischen der Batterie 52 und den Schalteinheiten 70 und 72 verbunden ist. Die Induktivitätsanordnung 14 kann einen magnetischen Fluss erzeugen, wenn ein Strom zugeführt wird. Wenn sich der durch die Induktivitätsanordnung 14 fließende Strom ändert, wird ein zeitveränderliches magnetisches Feld erzeugt und eine Spannung wird induziert. Andere Ausführungsformen des VVC 10 können alternative Schaltungsausgestaltungen (z.B. mehr als zwei Schalter) umfassen.
Der Umrichter 56 kann eine Vielzahl von Halbbrücken 82 umfassen, die in einer Anordnung gestapelt sind. Jede der Halbbrücken 82 kann als eine Leistungsstufe gehäust sein. In dem dargestellten Beispiel umfasst der Umrichter 56 sechs Halbbrücken (obwohl 2 lediglich eine vollständige Halbbrücke 82 kennzeichnet), drei für den Motor 18 und drei für den Generator 24. Jede der Halbbrücken 82 kann eine positive DC-Leitung 84, die mit einem positiven DC-Knoten von der Batterie 52 gekoppelt ist, und eine negative DC-Leitung 86, die mit einem negativen DC-Knoten von der Batterie 52 gekoppelt ist, umfassen. Jede der Halbbrücken 82 kann außerdem eine erste Schalteinheit 88 und eine zweite Schalteinheit 90 umfassen. Die erste Schalteinheit 88 umfasst einen ersten Transistor 92, der parallel mit einer ersten Diode 94 verbunden ist. Die zweite Schalteinheit 90 umfasst einen zweiten Transistor 96, der parallel mit einer zweiten Diode 98 verbunden ist. Der erste Transistor 92 und der zweite Transistor 96 können IGBTs und FETs sein. Die erste Schalteinheit 88 und die zweite Schalteinheit 90 jeder der Halbbrücken 82 wandelt die DC-Leistung der Batterie 52 in eine einphasige AC-Ausgabe an der AC-Leitung 100 um. Jede der AC-Leitungen 100 ist mit dem Motor 18 oder dem Generator 24 elektrisch verbunden. In diesem Beispiel sind drei von den AC-Leitungen 100 mit dem Motor 18 elektrisch verbunden und die anderen drei AC-Leitungen 100 sind mit dem Generator 24 elektrisch verbunden.
3 zeigt ein Beispiel eines Abschnitts einer Leistungsmodulanordnung zum Verwenden mit einem elektrifizierten Fahrzeug, die hier allgemein als eine Leistungsmodulanordnung 200 bezeichnet wird. Die Leistungsmodulanordnung 200 kann eine Vielzahl von Leistungsstufen (in 3 nicht sichtbar), die in einer Ansammlung gestapelt sind, umfassen. Jedes der Leistungsmodule kann einen Rahmen, der hier allgemein als ein Rahmen 202 bezeichnet wird, umfassen, um Komponenten davon zu stützen. Die Leistungsmodulanordnung 200 kann ein Paar Endplatten 206 umfassen, die an jedem Ende der gestapelten Rahmen 202 angeordnet sind. Die Endplatten 206 können dabei helfen, die Leistungsmodule dazwischen festzuhalten. Eine der Endplatten 206 kann einen Einlass 210 und einen Auslass 212 umfassen. Der Einlass 210 und der Auslass 212 können ein Kühlmittel zuführen und abführen, um dabei zu helfen, thermische Bedingungen der Leistungsmodulanordnung 200 zu verwalten.
Jeder der Rahmen 202 kann Durchführungen umfassen, so dass sich elektrische Komponenten dadurch erstrecken. Abschnitte jedes der Rahmen 202 können zusammen eine Seitenfläche der Leistungsmodulanordnung 200 definieren. Die elektrischen Komponenten können mit einer Leistungsstufe, die durch jeden der Rahmen 202 gestützt wird, verbunden werden. Die Durchführungen können zum Beispiel derart dimensioniert sein, dass sich eine erste Reihe von Signalanschlussstiften 216 und eine zweite Reihe von Signalanschlussstiften 218 dadurch erstrecken. Als ein anderes Beispiel können die Durchführungen derart dimensioniert sein, dass sich Anschlüsse, wie z.B. DC-Anschlüsse, oder Sammelschienen, wie z.B. ein erster Satz von Sammelschienen 220 und ein zweiter Satz von Sammelschienen 222, dadurch erstrecken. Die Sammelschienen 220 und die Sammelschienen 222 können entlang einer Seite der Leistungsmodulanordnung 200 verteilt sein, um Leistungsstufenanschlüsse gleicher Polarität elektrisch zu verbinden. Zum Beispiel kann jede der Sammelschienen 220 zwei positive Anschlüsse von verschiedenen Leistungsstufen elektrisch verbinden und jede der Sammelschienen 222 kann zwei negative Anschlüsse von verschiedenen Leistungsstufen elektrisch verbinden. Die Sammelschienen 220 und die Sammelschienen 222 können U-förmig sein. Die Sammelschienen 220 und die Sammelschienen 222 können jeweils eine Außenfläche umfassen, die eine Ebene definiert, welche mit anderen Ebenen, die durch andere Außenflächen anderer Sammelschienen definiert sind, komplanar ist. Die Sammelschienen 220 und die Sammelschienen 222 können jeweils eine Fläche auf einer Ebene, die zu einer anderen Ebene einer Seitenfläche jedes der Rahmen 202 parallel ist, definieren.
4A bis 4C zeigen ein Beispiel eines Paars Leistungsstufen, die zueinander benachbart sind, wobei hier jede Leistungsstufe allgemein als eine Leistungsstufe 230 bezeichnet wird. Jede der Leistungsstufen 230 kann durch einen der Rahmen 202 gestützt werden und kann dabei helfen, eine Batterie und eine Elektromaschine eines Fahrzeugs elektrisch zu verbinden. Anschlussstifte von der ersten Reihe von Signalanschlussstiften 216 und der zweiten Reihe von Signalanschlussstiften 218 sind derart dargestellt, dass sie mit jeder der Leistungsstufen 230 verbunden sind. Jede der Leistungsstufen 230 kann einen ersten Anschluss 234 und einen zweiten Anschluss 235 umfassen. Der erste Anschluss 234 und der zweite Anschluss 235 können entgegengesetzte Polaritäten aufweisen. Zum Beispiel kann jeder von den ersten Anschlüssen 234 positiv sein und jeder von den zweiten Anschlüssen 235 kann negativ sein. Ein Paar Außenanschlüsse kann an gegenüberliegenden Enden der Leistungsmodulanordnung 200 angeordnet sein. Diese Außenanschlüsse können eine entgegengesetzte Polarität in Bezug aufeinander aufweisen und dabei helfen, eine Ansammlung von Leistungsstufen 230 mit anderen Komponenten elektrisch zu verbinden.
Wie vorstehend erwähnt, können die Sammelschienen Anschlüsse von benachbarten Leistungsstufen 230 elektrisch verbinden. Zum Beispiel können die Sammelschienen 220 zwei erste Anschlüsse 234 von benachbarten Leistungsstufen 230 elektrisch verbinden und die Sammelschienen 222 können zwei zweite Anschlüsse 235 von benachbarten Leistungsstufen 230 verbinden. In diesem Beispiel können sich die Sammelschienen 220 und die Sammelschienen 222 durch den jeweiligen Rahmen 202 für eine elektrische Verbindung mit der jeweiligen Leistungsstufe 230 erstrecken. Die Sammelschienen 220 und die Sammelschienen 222 können von jeweiligen benachbarten Sammelschienen um einen Abstand beabstandet sein, der auf einem vorgewählten Strombetrag und einem Material der Anschlüsse basiert. Mehrere Ausgestaltungen der Leistungsstufen 230 sind verfügbar. Es wird in Betracht gezogen, dass die Anschlüsse und Sammelschienen zusätzliche Ausgestaltungen zu den in 4A bis 4C dargestellten Ausgestaltungen aufweisen können. Zum Beispiel können die Anschlüsse und Sammelschienen Verbinder aufweisen, die zueinander passen und elektrische Verbindungsfähigkeit erleichtern. Alternative Positionen der Verbinder sind verfügbar, um einen Packaging-Raum und Leistungsfähigkeitsanforderungen der Leistungsmodulanordnung 200 zu berücksichtigen.
5A zeigt ein Beispiel, in dem ein positiver Anschluss 240 und ein negativer Anschluss 242 außerhalb eines jeweiligen Rahmens 244 verlaufen. In diesem Beispiel ist eine Sammelschiene 246 dargestellt, die die zueinander benachbarten positiven Anschlüsse 240 elektrisch verbindet. Flächen 240a und 242a können miteinander komplanar sein und derart ausgelegt sein, dass sie mit einer elektrischen Komponente, wie z.B. einem Kondensatormodul 300, wie in 6 dargestellt, verknüpft werden, um die Leistungsstufen 230 und das Kapazitätsmodul 300 elektrisch zu verbinden.
5B zeigt ein Beispiel, in dem ein positiver Anschluss 248 und ein negativer Anschluss 250 außerhalb eines Rahmens 252 verlaufen. In diesem Beispiel ist eine Sammelschiene 254 dargestellt, die die zueinander benachbarten positiven Anschlüsse 248 elektrisch verbindet. Die Sammelschiene 254 kann eine Fläche 254a definieren, die mit einer Fläche 256a komplanar ist, welche durch jede von benachbarten Sammelschienen 256 definiert wird. Flächen 254a und 256a können derart ausgelegt sein, dass sie mit einer elektrischen Komponente, wie z.B. dem Kondensatormodul 300, wie in 6 dargestellt, verknüpft werden, um die Leistungsstufen 230 und das Kapazitätsmodul 300 elektrisch zu verbinden.
Die Leistungsstufen 230 können auf der Grundlage der Polarität der Anschlüsse 234 und der Anschlüsse 235 angeordnet werden. Zum Beispiel können die Leistungsstufen 230 der Leistungsmodulanordnung 200 derart miteinander angeordnet werden, dass Anschlüsse gleicher Polarität zueinander benachbart sind und die Sammelschienen 220 und die Sammelschienen 222 eine abwechselnde Folge definieren, die der Polarität der Anschlüsse entspricht. Beispiele abwechselnder Folgen der Sammelschienen 220 und der Sammelschienen 222 umfassen eine im Wesentlichen lineare Verteilung von Sammelschienen (wie in 3 dargestellt).
7 zeigt ein anderes Beispiel eines Abschnitts einer Leistungsmodulanordnung zum Verwenden mit einem elektrifizierten Fahrzeug, die hier allgemein als eine Leistungsmodulanordnung 400 bezeichnet wird. Die Leistungsmodulanordnung 400 kann eine Vielzahl von Leistungsstufen (nicht dargestellt), die in einer Ansammlung gestapelt sind, umfassen. Die Leistungsmodulanordnung 400 kann ein Gehäuse 410 umfassen, um dabei zu helfen, die Leistungsstufen dazwischen festzuhalten. Das Gehäuse 410 kann Durchführungen umfassen, so dass sich elektrische Komponenten dadurch erstrecken. Die Durchführungen können zum Beispiel derart dimensioniert sein, dass sich eine erste Reihe von Signalanschlussstiften 416 und eine zweite Reihe von Signalanschlussstiften 418 dadurch erstrecken. Als ein anderes Beispiel können die Durchführungen derart dimensioniert sein, dass sich Anschlüsse oder Sammelschienen, wie z.B. ein erster Satz von Sammelschienen 420 und ein zweiter Satz von Sammelschienen 422, dadurch erstrecken.
Die Sammelschienen 420 und die Sammelschienen 422 können entlang einer Seite der Leistungsmodulanordnung 200 verteilt sein, um Anschlüsse gleicher Polarität elektrisch zu verbinden. In diesem Beispiel sind die Sammelschienen 420 und die Sammelschienen 422 in einer abwechselnden Folge dargestellt, in der die Sammelschienen voneinander versetzt sind und entlang einer Seite der Leistungsmodulanordnung 400 verteilt sind. Die Sammelschienen 420 und die Sammelschienen 422 können U-förmig sein. Jede Sammelschiene kann eine Außenfläche umfassen, die eine Ebene definiert, welche mit anderen Ebenen, die durch andere Außenflächen anderer Sammelschienen definiert sind, komplanar ist. Die elektrischen Komponenten können mit den jeweiligen Leistungsstufen, die innerhalb des Gehäuses 410 gestützt werden, verbunden sein. Ein Einlass 430 und ein Auslass 432 können dabei helfen, ein Kühlmittel zuzuführen und abzuführen, um thermische Bedingungen der Leistungsmodulanordnung 400 zu verwalten. In einem Beispiel kann das Gehäuse 410 eine Schutzschicht sein, die über die Vielzahl von gestapelten Leistungsstufen vergossen ist und sie abdeckt. Anschlüsse oder die Sammelschienen 420 und die Sammelschienen 422 können sich durch die Schicht erstrecken. In einem anderen Beispiel kann das Gehäuse 410 aus Rahmen gefertigt sein, die die Leistungsstufen stützen.
Obwohl vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, wird nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst sind. Die in der Beschreibung verwendeten Worte sind beschreibende und nicht beschränkende Worte, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Offenbarung zu bilden, die möglicherweise nicht explizite beschrieben oder dargestellt sind. Obwohl verschiedene Ausführungsformen derart beschrieben werden konnten, dass sie in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Charakteristiken Vorteile bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik bevorzugt sind, erkennt ein Durchschnittsfachmann, dass ein oder mehrere Merkmale oder Charakteristiken beeinträchtigt werden können, um gewünschte Eigenschaften des Gesamtsystems zu erzielen, die von der konkreten Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Eigenschaften können Kosten, Beanspruchbarkeit, Dauerhaftigkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinung, Packaging, Größe, Wartungsfreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit des Zusammenbaus usw., umfassen, sie sind jedoch nicht darauf beschränkt. Daher liegen Ausführungsformen, die als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Stands der Technik beschrieben sind, in Bezug auf eine oder mehrere Charakteristiken nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Fahrzeugleistungsmodulanordnung, umfassend: eine Ansammlung von gestapelten Rahmen, eine Leistungsstufe, die innerhalb jedes der Rahmen beherbergt ist und ein Paar Anschlüsse entgegengesetzter Polarität, die sich davon erstrecken, umfasst, und Sammelschienen, die entlang der Ansammlung verteilt sind, um Anschlüsse gleicher Polarität elektrisch zu verbinden, wobei die Leistungsstufen derart miteinander angeordnet sind, dass Anschlüsse gleicher Polarität zueinander benachbart sind und die Sammelschienen eine abwechselnde Folge definieren, die der Polarität der Anschlüsse entspricht.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei jeder der Anschlüsse ferner eine Fläche definiert, die derart dimensioniert ist, dass sie elektrische Komponenten verknüpft.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anschlüsse auf den jeweiligen Leistungsstufen derart angeordnet sind, dass die Sammelschienen abwechselnd in einer linearen Folge entlang einer Seitenfläche, die durch Abschnitte der Rahmen definiert ist, verteilt sind.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anschlüsse entgegengesetzter Polarität derart voneinander versetzt sind, dass die Sammelschienen entlang einer durch die Rahmen definierten Seitenfläche gemäß einer Anschlusspolarität abwechselnd verteilt und voneinander beabstandet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei die Anschlüsse Außenanschlüsse umfassen, einen an jedem Ende der gestapelten Rahmen, und wobei die Außenanschlüsse eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner eine Schutzschicht umfasst, die über der Ansammlung von gestapelten Rahmen vergossen ist und es derart abdeckt, dass sich die Anschlüsse durch die Schicht erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 1, wobei jede der Sammelschienen an Anschlüssen einer gleichen Polarität zweier zueinander benachbarter Leistungsstufen befestigt sind.
Fahrzeugleistungsmodulanordnung, umfassend: eine Ansammlung von gestapelten Leistungsstufen, von denen jede ein Paar von DC-Anschlüssen entgegengesetzter Polarität, die voneinander beabstandet sind, umfasst und die derart in Bezug aufeinander angeordnet sind, dass benachbarte Anschlüsse von verschiedenen Leistungsstufen eine gleiche Polarität aufweisen, eine erste Sammelschiene, die zwei benachbarte positive Anschlüsse elektrisch verbindet, und eine zweite Sammelschiene, die zwei benachbarte negative Anschlüsse elektrisch verbindet.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Leistungsstufen durch Außenrahmen gestützt werden, die Durchführungen definieren, welche derart dimensioniert sind, dass sich die Anschlüsse dadurch erstrecken, und wobei die erste und die zweite Sammelschiene U-förmig sind.
Anordnung nach Anspruch 9, wobei die Sammelschienen eine Fläche definieren, die zu einer Seitenfläche der Außenrahmen parallel ist, und wobei die Fläche derart dimensioniert ist, dass sie ein Verknüpfen mit einem Verbinder eines Kondensatormoduls erleichtert.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei die Ansammlung von gestapelten Leistungsstufen Außenleistungsstufen umfasst, die zu jeweiligen Endplatten benachbart sind, und wobei die in der Nähe der Endplatten befindlichen Anschlüsse in Bezug aufeinander eine entgegengesetzte Polarität aufweisen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, die ferner ein Gehäuse umfasst, das durch eine Schicht definiert ist, die über der Ansammlung von gestapelten Leistungsstufen vergossen ist und es derart abdeckt, dass sich die Anschlüsse durch die Schicht erstrecken.
Anordnung nach Anspruch 8, wobei jede Sammelschiene eine Außenfläche umfasst, die eine Ebene definiert, welche mit anderen Ebenen, die durch andere Außenflächen anderer Sammelschienen definiert sind, komplanar ist.
Fahrzeug, umfassend: eine Elektromaschine, eine Traktionsbatterie, die mit der Elektromaschine elektrisch verbunden ist, und eine Leistungsmodulanordnung, umfassend: mindestens zwei Leistungsstufen, die zwischen der Batterie und der Elektromaschine elektrisch verbunden sind und von denen jede ein Paar DC-Anschlüsse entgegengesetzter Polarität und ein Paar erste Verbinder, von denen jeder mit einem von jedem der Anschlüsse verbunden ist, aufweist, und eine Sammelschiene, die zweite Verbinder für eine elektrische Verbindung mit den ersten Verbindern aufweist, wobei die Leistungsstufen derart miteinander angeordnet sind, dass Anschlüsse gleicher Polarität zueinander benachbart sind und in einer abwechselnden Anschlusspolaritätsfolge angeordnet sind.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei jede der Sammelschienen U-förmig ist.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die zweiten Verbinder jeder Sammelschiene mit zwei verschiedenen Leistungsstufen mit ersten Verbindern gleicher Polarität elektrisch verbunden sind.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Leistungsstufen durch Außenrahmen gestützt werden, die Durchführungen definieren, welche für die ersten Verbinder offen sind und derart dimensioniert sind, dass sie einen Abschnitt einer der Sammelschienen aufnehmen.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei ein Abstand zwischen zwei benachbarten Sammelschienen auf einem vorgewählten Strombetrag und einem Material der DC-Anschlüsse basiert.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Leistungsstufen durch Außenrahmen gestützt werden und wobei die Anschlüsse auf den jeweiligen Leistungsstufen derart angeordnet sind, dass die Sammelschienen abwechselnd in einer linearen Folge entlang einer Seitenfläche, die durch Abschnitte der Rahmen definiert ist, verteilt sind.
Fahrzeug nach Anspruch 14, wobei die Leistungsstufen durch Außenrahmen gestützt werden und wobei die Anschlüsse entgegengesetzter Polarität derart voneinander versetzt sind, dass die Sammelschienen entlang einer durch die Rahmen definierten Seitenfläche gemäß einer Polarität abwechselnd verteilt sind und voneinander beabstandet sind.