DE102017128310A1

DE102017128310A1 - Antriebsstrang mit hochleistungsverteilermodul und hochstrom-ringklemmverbindung für diesselben

Info

Publication number: DE102017128310A1
Application number: DE102017128310.2A
Authority: DE
Inventors: Konking Wang; Brendan M. Conlon; Leo F. Schwab; Alexander M. Bilinski; Stephen G. Heien
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-12-02
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2018-06-07
Also published as: CN108146247A; US10005366B1; US20180154783A1

Abstract

Ein System beinhaltet ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) mit einem Gehäuse, Batteriezellen, Schaltschützen, einem ersten Paar Hochspannungsverriegelungs (HVIL)-Anschlüssen und Blind-Mate-Elektrosteckdosen, die selektiv über die Schaltschütze mit den Batteriezellen verbunden sind. Die Batteriezellen und Schaltschütze befinden sich im RESS-Gehäuse. Das System beinhaltet ein Hochleistungsverteilermodul (HPDM) mit einem weiteren Gehäuse, Blind-Mate-Elektrostiften, einem zweiten Paar HVIL-Anschlüsse, die mit dem ersten Paar aktiviert werden können, Ringklemmenverbindungen, die mit den Blind-Mate-Elektrostiften verbunden sind und an Hochstromkomponenten angeschlossen werden können, und HV280-Elektrosteckverbindern, die mit einem oder mehreren der männlichen Blind-Mate-Elektrostiften elektrisch verbunden sind. Die Blind-Mate-Elektrostifte werden direkt in die Blind-Mate-Elektrosteckdosen des RESS-Gehäuses eingesteckt und rasten dort ein. Ein Fahrzeug beinhaltet das System, ein Getriebe und einen Elektromotor.

Description

EINLEITUNG
Elektrische Antriebsstränge verwenden einen oder mehrere elektrische Traktionsmotoren, um ein Drehmoment an ein Getriebeeingangselement abzugeben. Die elektrische Energie, die zur Energieversorgung der Traktionsmotoren und anderer elektrischer Komponenten benötigt wird, kann in Batteriezellen eines wiederaufladbaren Energiespeichersystems (RESS) gespeichert werden, z. B. in einem Batteriepack und den zugehörigen Hochspannungsschützen und Sicherungen. Aufgrund des begrenzten Bauraums und des begrenzten Energiebedarfs kann es erforderlich sein, dass bestimmte elektrische Komponenten in Bezug auf das RESS entfernt platziert werden müssen. Diese elektrischen Komponenten werden elektrisch zu einer Energieverteilerbox, einem so genannten Hochleistungsverteilermodul (HPDM), gespleißt, wobei das HPDM wiederum über ein Bündel elektrischer Hochspannungskabeln, Niederspannungs-Steuerleitungen und elektrischer Hochspannungssteckverbindern mit verhältnismäßig hohem Profil mit dem RESS verbunden ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System für einen Antriebsstrang, z. B. für ein batterieelektrisches, ein mit verlängerter Reichweite betriebenes Elektro-, ein hybrides Elektrofahrzeug oder eine andere mobile Plattform, oder für ein stationäres Triebwerk. Das hierin dargelegte System soll die Verwendung von Hochspannungskabeln und Steckverbindern zwischen verschiedenen Gehäusen eines wiederaufladbaren Energiespeichersystems (RESS) und eines Hochleistungsverteilermoduls (HPDM) überflüssig machen. Zusätzlich kann das offenbarte System die Verwendung von Niederspannungssteuerungs- und Abtastsignalen zwischen den RESS- und HPDM-Gehäusen überflüssig machen. Stattdessen werden die RESS und HPDM so modifiziert, dass flache Ringkabelschuhanschlüsse und integrierte Hochspannungssteckverbinder vorgesehen sind, damit das HPDM-Gehäuse direkt in das RESS-Gehäuse eingesteckt werden kann.
In einer bestimmten Ausführungsform kann das System ein RESS-System mit einem RESS-Gehäuse, Batteriezellen, Schaltschützen, einem ersten Paar Hochspannungsverriegelungs (HVIL)-Anschlüssen und Blind-Mate-Elektrosteckdosen beinhalten, die selektiv mit den Batteriezellen durch den Betrieb eines entsprechenden Schaltschützes verbunden sind. Die Batteriezellen und die Schaltschütze befinden sich im RESS-Gehäuse. Das System kann auch ein Hochleistungsverteilermodul (HPDM) mit einem HPDM-Gehäuse, Blind-Mate-Steckerstiften, einem zweiten Paar HVIL-Anschlüssen mit dem ersten Paar HVIL-Anschlüssen, Ringkabelschuhen, die elektrisch mit den Blind-Mate-Steckerstiften verbunden sind und an eine Vielzahl von Hochleistungskomponenten angeschlossen werden können, und HV280-Steckverbindern, die elektrisch mit einem oder mehreren der Blind-Mate-Steckerstiften verbunden sind, beinhalten. Die Blind-Mate-Elektrostecker des HPDM-Gehäuses sind so konfiguriert, dass sie direkt in die Blind-Mate-Elektrosteckdosen des RESS-Gehäuses eingesteckt und mit diesen verbunden werden, um das HPDM-Gehäuse direkt, d. h. ohne zwischengeschaltete Kabel, elektrisch mit dem RESS-Gehäuse zu verbinden.
Das System kann ein RESS-Heizmodul im RESS-Gehäuse beinhalten, das über einen der Schaltschütze mit den Batteriezellen elektrisch verbunden ist. Das System kann auch ein Hilfsspannungsversorgungsmodul, ein Steuermodul für die Kabinenheizung, ein Onboard-Lademodul und/oder ein Klimasteuermodul beinhalten, von denen jedes über einen der entsprechenden elektrischen Anschlüsse HV280 mit einem Paar der elektrischen Blind-Mate-Steckern verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen kann das System elektrische Kabel beinhalten, die jeweils an ein entsprechendes Hilfsstromversorgungsmodul, ein Steuermodul für die Kabinenheizung, ein On-Board-Lademodul und ein Klimasteuerungsmodul angeschlossen sind, sowie eine Winkelverschraubung, die so konfiguriert ist, dass die Kabel zu den elektrischen Blind-Mate-Steckern geführt werden.
Die Hochstromkomponenten können ein Gleichstromladegerät und ein Wechselrichtermodul beinhalten, die über die Ringklemmen mit dem HPDM-Gehäuse elektrisch verbunden werden können.
Das System kann eine Wasserdichtung beinhalten, die das Eindringen von Wasser und Schmutz in das HPDM-Gehäuse verhindert.
Das RESS-Gehäuse kann mehrere Tragschienen beinhalten, wobei die Batteriezellen zwischen den Tragschienen auf einer ersten Seite der Tragschienen angeordnet sind und das HPDM-Gehäuse mit mindestens einer der Tragschienen, die zwischen dem RESS-Gehäuse und dem HPDM-Gehäuse angeordnet sind, mit einer zweiten Seite der Tragschienen verbunden ist.
In einigen Ausführungsformen kann das System ferner ein Getriebe mit einem Eingangselement und einem Elektromotor beinhalten, das mit den Batteriezellen elektrisch verbunden ist und zum Erzeugen und Abgeben eines Motordrehmoments an das Eingangselement betrieben werden kann.
Die Hochstromkomponente kann 300 Ampere oder mehr ziehen.
Ein Fahrzeug wird ebenfalls offenbart, das ein Getriebe mit einem Eingangselement, ein RESS mit einem RESS-Gehäuse, Batteriezellen, Schaltschütze, ein erstes Paar HVIL-Anschlüsse und Blind-Mate-Elektrosteckdosen aufweisen kann. Die Blind-Mate-Elektrosteckdosen des HPDM-Gehäuses sind selektiv mit den Batteriezellen durch Betätigen eines entsprechenden Schaltschützes verbunden. Die Batteriezellen und die Schaltschütze befinden sich im RESS-Gehäuse.
Das Fahrzeug beinhaltet auch einen Elektromotor mit einer Motorwelle, die mit dem Eingangselement gekoppelt ist und mit den Batteriezellen elektrisch verbunden ist, und der zum Erzeugen und Liefern eines Motordrehmoments an das Eingangselement betrieben werden kann. Zusätzlich beinhaltet das Fahrzeug eine Vielzahl von Hochstromkomponenten, von denen jede mindestens 50 Ampere (A) oder 300A in einer weiteren Ausführungsform bezieht. Ein HPDM beinhaltet ein HPDM-Gehäuse, Blind-Mate-Elektrostecker, ein zweites Paar HVIL-Anschlüsse mit dem ersten Paar von HVIL-Anschlüssen, Ringkabelverbindungen, die mit den Blind-Mate-Elektrosteckern verbunden sind und an eine Vielzahl von Hochleistungskomponenten angeschlossen werden können, und elektrische HV280-Steckverbinder, die elektrisch mit einem oder mehreren der Blind-Mate-Elektrostecker verbunden sind. Die Blind-Mate-Elektrostecker des HPDM-Gehäuses sind so konfiguriert, dass sie direkt mit der Vielzahl von Blind-Mate-Elektrosteckdosen des RESS-Gehäuses eingreifen und mit diesen verbunden werden, um das HPDM-Gehäuse direkt mit dem RESS-Gehäuse zu verbinden.
Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Fahrzeugs mit einem elektrischen Antriebsstrang und einem elektrischen Verteilersystem, wie hierin offenbart.
2 ist ein schematischer Schaltplan einer exemplarischen Ausführungsform eines elektrischen Verteilersystems zur Verwendung im elektrischen Antriebsstrang von 1.
3 ist eine schematische perspektivische Veranschaulichung einer Ringklemmenverbindung zwischen einem Hochspannungsverteilermodul (HPDM) und einem wiederaufladbaren Energiespeichersystem (RESS) im elektrischen System gemäß 2.

Für die vorliegende Offenbarung können verschiedene Modifikationen und alternative Formen zur Anwendung kommen und einige exemplarische Ausführungsformen werden hierin anhand der Zeichnungen in Form von Detailbeispielen dargestellt. Es versteht sich allerdings, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten besonderen Formen beschränkt sind. Vielmehr umfasst die Offenbarung alle Modifikationen, Entsprechungen, Permutationen, Kombinationen, Teilkombinationen und Alternativen, die dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Offenbarung entsprechen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Kennziffern gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, wird in 1 ein System 10 in Form eines exemplarischen Fahrzeugs dargestellt. Das System 10 beinhaltet ein elektrisches Verteilsystem 20. In verschiedenen Ausführungsformen kann das System 10 als batteriebetriebenes Elektrofahrzeug, als Elektrofahrzeug mit erweiterter Reichweite, als Hybridfahrzeug oder als anderes stationäres oder mobiles System mit einem wiederaufladbaren Energiespeichersystem (RESS) 12 und einem Hochleistungsverteilermodul (HPDM) 16 konfiguriert werden. Wie hierin dargelegt, mit besonderem Bezug auf die 2 und 3 wird das HPDM 16 direkt in das RESS 12 eingesteckt und damit verbunden, wie allgemein bei 40 angegeben, und zwar in einer Weise, die sich dadurch auszeichnet, dass zwischen dem RESS 12 und dem HPDM 16 keine elektrischen Hochspannungskabel und keine hochprofiligen externen Anschlüsse vorhanden sind. Ebenso entfällt bei der aktuellen Konfiguration die Verwendung von Niederspannungssteuerungs- und Abtastsignalen des RESS 12 zum HPDM 16.
Das RESS 12 kann ein Batteriepack 13 mit einer Vielzahl von Batteriezellen 14 beinhalten, z. B. Lithium-Ionen oder andere geeignete Batteriezellen 14. Das RESS 12 kann je nach Ausführung und/oder Betriebsart Gleichstrom (DC)-Hochspannungsniveaus von ca. 60 VDC bis 450 VDC oder mehr tragen. Der hierin verwendete Begriff „Hochspannung“ bezieht sich daher auf eine Hilfsspannung, die typischerweise in der Größenordnung von 12-15 VDC liegt. Das HPDM 16 kann als eine elektrische Anschlussdose ausgeführt werden, die Hochspannungsleistung vom RESS 12 auf eine Vielzahl von Hochspannungskomponenten mit der Bezeichnung 26A-D, F und G in 1 verteilt.
Das System 10 kann in der dargestellten Ausführungsform als Fahrzeug in bestimmten Betriebsarten ausschließlich mit elektrischer Energie aus dem RESS 12 betrieben werden, wobei diese Betriebsarten als Elektrofahrzeug oder EV-Modi bezeichnet werden. Zu diesem Zweck kann das elektrische System 20 eine oder mehrere Elektromotoren 25 (M_A), z. B. einen elektrischen Traktionsmotor, beinhalten. Jeder Elektromotor 25 verfügt über ein Motorabtriebsdrehmoment (Pfeil T_M) über eine Motorausgangswelle 25S zu einem Eingangselement 15 eines Getriebes (T) 28, z. B. ein Getriebe mit einem oder mehreren Planetenradsätzen (nicht dargestellt). Somit stellen das Motordrehmoment (Pfeil T_E) und das Motorausgangsdrehmoment (Pfeil T_M) dem Getriebe 28 ein kombiniertes Eingangsdrehmoment (Pfeil T_I) zur Verfügung.
In dem in 1 dargestellten, nicht beschränkenden Beispiel können eine Vielzahl von Hochspannungs-/Hochstromkomponenten ein Hilfsspannungsversorgungsmodul (APM) 26A, ein Kabinenheizungs-Steuerungsmodul (CHCM) 26B, ein On-Board-Lademodul (OBCM) 26C und ein Klimasteuerungsmodul (ACCM 26D) beinhalten. Das APM 26A kann als Spannungsregler ausgeführt werden, der konfiguriert ist, um eine Spannungsausgabe des RESS 12 je nach Bedarf zu erhöhen oder zu verringern. Das CHCM 26B versorgt und steuert die Heizung einer Fahrgastkabine (nicht dargestellt), wenn das System 10 als dargestelltes Fahrzeug ausgeführt ist. Das OBCM 26C kann verwendet werden, um das RESS 12 selektiv über ein externes Ladegerät (nicht dargestellt) aufzuladen, z. B. eine AC-Wandsteckdose. Das ACCM 26D ist zum Kühlen eines bestimmten Bereichs, wie zum Beispiel der zuvor genannten Fahrgastkabine (nicht dargestellt) oder anderer Komponenten oder Abteile, geeignet.
Das elektrische System 20 kann auch zusätzliche Hochspannungs-/Hochstromkomponenten in Form eines exemplarischen RESS-Heizmoduls 26E, eines Wechselrichtermoduls (PIM) 26F und eines DC-Ladegerätes (DCC) 26G beinhalten. Das PIM 26F und das DC-Ladegerät 26G werden nachfolgend als „Hochstromkomponenten“ bezeichnet, die eine höhere Stromkapazität als das APM 26A, CHCM 26B, OBCM 26C und ACCM 26D erfordern. So kann der Begriff „Hochstrom“ beispielsweise feste Stromstärken von mehr als etwa 50 Ampere in einigen Ausführungsformen, oder 300 Ampere in anderen Ausführungsformen, oder höhere Stromstärken über kürzere Zeiträume, z. B. 600 Ampere für 30-Sekunden-Intervalle, beinhalten. Hochspannungssteckverbinder, die zum Ableiten derartiger Ströme benötigt werden, sind im Allgemeinen recht groß dimensioniert und weisen ein hohes Profil auf oder sind ansonsten groß und sperrig. Wie hierin dargelegt, ist der Platzbedarf für derartige Steckverbinder in einigen Anwendungen möglicherweise zu hoch und könnte daher mit dem Platzbedarf konkurrieren, der für die Verpackung von Hardware erforderlich ist, wie beispielsweise die in 1 dargestellten Batteriezellen 14. Der Einsatz einer Vielzahl von Ringklemmenverbindungen 44 zum Anschluss der Hochstromkomponenten an das HPDM 16 - in diesem Fall das PIM 26F und DC-Ladegerät 26G - soll daher den Bauraum optimieren.
Das RESS-Heizmodul 26E kann innerhalb eines externen RESS-Gehäuses 22, z. B. eines externen Kastens oder Gehäuses aus einem geeigneten Werkstoff, positioniert und umschlossen werden und konfiguriert werden, um die Batteriezellen 14 und andere Komponenten des RESS 12 zu erwärmen oder anderweitig thermisch zu konditionieren. Wenn der Elektromotor 25 als mehrphasiger Elektromotor ausgeführt ist, kann das RESS 12 dem PIM 26F elektrische Energie in Form einer DC-Spannung zuführen, die dann über den Betrieb des PIM 26F in eine für die Übertragung an den Elektromotor geeignete AC-Spannung 25 über einen Wechselspannungsbus (VAC) umgewandelt wird. Das DC-Ladegerät 26G kann an das HPDM 16 angeschlossen und in einigen Ausführungsformen auch zum DC-Schnellladen des RESS 12 verwendet werden.
Ein optionaler Verbrennungsmotor (E) 30 kann zum selektiven Erzeugen des Motordrehmoments (Pfeil T_E) über eine Kurbelwelle 11 verwendet werden. Die Kurbelwelle 11 kann selektiv über eine Eingangskupplung C_I mit dem Eingangselement 15 des Getriebes 28 verbunden werden. Ein Ausgangselement 17 des Getriebes 28 überträgt letztlich ein Getriebeabtriebsdrehmoment (Pfeil T_O) auf eine oder mehrere Antriebsachsen 21 und damit auf einen Satz Laufräder 19 in der nicht beschränkenden Ausführungsform von 1. Andere Konfigurationen des Fahrzeugs können im Rahmen des vorgesehenen Umfangs der Offenbarung denkbar sein, ebenso wie nicht fahrzeuggebundene Triebwerke oder andere Anwendungen mit Hochspannungskomponenten, die den in 1 dargestellten und vorstehend beschriebenen Hochspannungskomponenten entsprechen oder sich von diesen unterscheiden. Das exemplarische Fahrzeug wird nachfolgend aus Gründen der veranschaulichenden Konsistenz beschrieben, so dass das System 10 im Folgenden auch als das Fahrzeug 10 bezeichnet wird, ohne Beschränkung der Ausführungsformen auf ein derartiges Fahrzeug 10.
In Bezug auf 2 sind das RESS 12 und das HPDM 16 von 1 als Schaltpläne dargestellt. Das RESS 12 beinhaltet das RESS-Gehäuse 22, das seinerseits mehrere externe Blind-Mate-Steckverbinderanschlüsse 31 aufweist, die als Buchsen- oder Buchsenanschlüsse konfiguriert sind und mit A-D gekennzeichnet sind, um der jeweiligen Komponente 26A-D zu entsprechen. Jeder der Blind-Mate-Steckverbinderstifte 31 ist mit einer entsprechenden Blind-Mate-Steckverbinderbuchse 42, ähnlich der bezeichneten A-D, aktivierbar. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Blind-Mate-Steckverbinder“ auf eine bestimmte Art von elektrischen Steckverbindern, die eine Strom- oder Signalverbindung ermöglichen. Diese Steckverbinder verwenden einen starren, selbstausrichtenden mechanischen Retentionsmechanismus, der die Kupplung ohne den Einsatz von Schlüsseln oder anderen Werkzeugen erreicht. Blind-Mate-Steckverbinder können zur Verbesserung der Retention mit einer Arretierung oder einem Hinterschnitt versehen sein. Andere Konfigurationen beinhalten glatte Anschlüsse mit Außen- und Innengewinde.
Das RESS-Gehäuse 22 beinhaltet ein Paar Hochspannungs-Verriegelungs (HVIL)-Steckverbinderanschlüsse mit den Bezeichnungen HVIL_S und HVIL_R in 2, die jeweils der „Quelle“ und dem „Rücklauf“ entsprechen. Das HPDM 16 verfügt über ein entsprechendes Paar HVIL-Stecker, ebenfalls mit den Bezeichnungen HVIL_S und HVIL_R, versehen, wobei die HVIL-Stecker des HPDM 16 als Teil des vorliegenden Verbindungsansatzes direkt in die HVIL-Stecker des RESS Gehäuses 22 eingesteckt sind. Eine derartige direkte Verbindung erübrigt die Verwendung von Niedervolt-HVIL-Drähten oder Kabeln zwischen dem RESS-Gehäuse 22 und dem HPDM-Gehäuse 24, wie bereits zuvor erwähnt.
Das in 2 dargestellte RESS-Gehäuse 22 beinhaltet den Batteriepack 13 und seine verschiedenen Batteriezellen 14 sowie Hochspannungsleistungsschalter, Relais, Schaltschütze und zugehörige Sicherungen (nicht dargestellt). In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Batteriepack 13 mit positiven (+) und negativen (-) Spannungsschienen 33P und 33N eine Hauptsicherung F1 und einen Stromsensor S_I, sowie ein Paar Hauptschütze MC, einen Vorladeschütz PC in elektrischer Reihenschaltung mit einem Vorladewiderstand R_PC, und DC-Ladeschütze CC beinhalten. Diese Vorladekomponenten können über eine externe Batteriesteuerung (nicht dargestellt) gesteuert werden, um den Anlaufstrom während des Ladevorgangs des RESS 12 zu begrenzen, während das Hauptschütz MC zum schnellen Abschalten des Batteriepacks 13 beim Abschalten des Systems 10 aus 1 oder zum Erfassen eines elektrischen Fehlers verwendet werden kann.
Ein Zusatzschütz AC kann zum selektiven Trennen eines bestimmten Stromversorgungszubehörs verwendet werden, z. B. das RESS Heizmodul 26E innerhalb des RESS 12, wie vorstehend beschrieben. Ein derartiges RESS-Heizmodul 26E kann innerhalb des RESS-Gehäuses 22 untergebracht und durch eine andere Sicherung (F2) und ein Halbleiterrelais (SSR), wie dargestellt, elektrisch geschützt werden. Durch das Platzieren des RESS-Heizmoduls 26E innerhalb des RESS-Gehäuses 22 entfällt eine weitere Kabelverbindung und es entsteht ein zusätzlicher Bauraum, der wie in 3 dargestellt in einigen Anwendungen, wie zum Beispiel für das Verpacken von Kraftfahrzeugbatterien, von Vorteil sein kann.
Darüber hinaus ist ein Satz von Hochspannungssteckverbindern 34 mit dem Gehäuse HPDM 24 in 2 verbunden, z. B. die elektrischen Steckverbinder des Typs HV280, von denen jeder über die zuvor genannten Kabel (nicht dargestellt) mit den entsprechenden Hochspannungskomponenten 26A, 26B, 26C und 26D elektrisch verbunden ist, d. h. das APM 26A, CHCM 26B, OBCM 26C und ACCM 26D. Die Plus (+)-Leitungen einiger Hochspannungskomponenten, wie z. B. APM 26A und CHCM 26B, können durch eine entsprechende Sicherung (F3) abgesichert, dann elektrisch miteinander verbunden und an einem Steckverbinder 42E angeschlossen werden, der mit dem Steckverbinder 31E des RESS-Gehäuses 22 korrespondiert und in Reihe geschaltet ist. Der Blind-Mate-Steckverbinderanschluss 31E kann ebenfalls als Anschluss vom Typ HV280 ausgeführt werden, während der verbleibende Blind-Mate-Steckverbinderanschluss 31, d. h. 31A-D, als PP2000-Steckverbinder ausgeführt werden kann.
Die Negativleitungen der Hochspannungssteckverbinder 34 können, wie dargestellt, elektrisch miteinander und mit einer Negativ (-)-Leitung einer der Ringklemmenverbindungen 44 verbunden werden. Die Ringklemmenverbinder 44 werden direkt mit dem HPDM-Gehäuse 24 auf einen der entsprechenden Hochspannungssteckverbinderstifte 31 verdrahtet, die wiederum, wie zuvor bereits erwähnt, direkt in eine der entsprechenden Blind-Mate-Anschlussbuchsen 31 des RESS-Gehäuses 22 eingesteckt werden können. Daher können mit den Ringklemmenverbindungen 44 gekennzeichnete Hochstromkomponenten, in diesem Fall das DC-Ladegerät 26G und das in 1 dargestellte PIM 26F, mit dem HPDM-Gehäuse 24 verbinden, mit einer einfachen steckbaren Verbindung des HPDM-Gehäuses 24 an das RESS-Gehäuse 22.
In Bezug auf 3 wird eine mögliche Anwendung der Ringklemmenverbindungen 44 zum Verbinden von Hochstromkomponenten mit dem HPDM-Gehäuse 24 aus 2 als exemplarische Batterieverpackungsanwendung dargestellt. Das HPDM-Gehäuse 24 wird direkt mit dem RESS-Gehäuse 22 innerhalb eines vorderen Raumes 80 verbunden, der durch das RESS-Gehäuse 22 definiert ist, in diesem Fall ein mehrstrahliges Gehäuse. Das RESS-Gehäuse 22 kann als allgemein geradliniger Rahmen mit seitlichen Rahmenschienen 45 und Längsrahmenschienen 46 ausgeführt werden, wobei sich „längs“ in dieser Konfiguration auf eine Längsachse des in 1 dargestellten Fahrzeugs 10 bezieht und „quer“ oder orthogonal auf die Längsrahmenschienen 46. Die Batteriezellen 14 können zwischen den Rahmenschienen 45 und 46 angeordnet und von diesen getragen werden. So können beispielsweise die Batteriezellen 14 flach zwischen den Längsschienen 45 und über Halterungen 49 beabstandet angeordnet werden, um den Batteriezellen 14 eine gewünschte strukturelle Festigkeit zu verleihen. Ein derartiges RESS Gehäuse 22 kann in dem als System in 1 dargestellten exemplarischen Fahrzeug 10 verwendet werden, wobei der Pfeil F von 3 eine Vorwärtsfahrtrichtung eines derartigen Fahrzeugs 10 darstellt.
Bezogen auf die Vorwärtsfahrtrichtung (Pfeil F) kann das RESS-Gehäuse 22 einen Querbalken 48 beinhalten, der einen ersten vorderen Abschnitt 47A mit einer Unterseite 51 definiert, wobei die Unterseite 51 einen nicht rechteckigen vorderen Raum 80 definiert. Das RESS-Gehäuse 22 kann auch einen zweiten vorderen Abschnitt 47B beinhalten, der ebenfalls eine nicht rechteckige oder unregelmäßige Form aufweist. Obgleich aus Vereinfachungsgründen weggelassen, können Teile des RESS 12 von 1 in den vorderen Abschnitten 47A und/oder 47B vorhanden sein, wie zum Beispiel die verschiedenen Schaltschütze MC, CC, PC und die Sicherungen F1 und F2 der in 2 dargestellten RESS 12.
Aufgrund der nicht rechtwinkligen Form der vorderen Abschnitte 47A und 47B ist der unterhalb der Unterseite 51 definierte vordere Raum 80 möglicherweise nicht für die Aufnahme von zusätzlichen, tendenziell rechteckigen Batteriezellen 14 geeignet. Ein derart nach vorne gerichtetes Abteil kann, wie hierin für die Aufnahme des HPDM-Gehäuses 24 der 1 und 2 dargelegt, verwendet werden, wobei das HPDM-Gehäuse 24 am vorderen Abschnitt 47A im vorderen Raum befestigt ist (Pfeil 80). Auf diese Weise kann das HPDM-Gehäuse 24 an einer Position unterhalb des RESS-Gehäuses 22 verbunden oder getrennt werden, ohne auf das RESS 12 zugreifen zu müssen. Dies nutzt auch die Vorteile dessen, was sonst aufgrund der nicht idealen Geometrie des vorderen Raumes (Pfeil 80) verschwendet werden könnte.
3 bildet zudem ein Kabelbündel 70 ab, das über eine Ringklemmenbaugruppe 44C in das HPDM-Gehäuse 24 eingeführt wird und die Vielzahl der zuvor genannten Ringklemmen 44 enthält. Die Ringklemmenbaugruppe 44C kann an ein Gehäuse 75, z. B. eine Winkelverschraubung oder einen anderen Kanal angeschlossen werden, der einzelne Kabel 70C des Kabelbündels 70C in das HPDM-Modul 24 führt. So können beispielsweise zwei Kabel 70C an die in den 1 und 2 dargestellten Hochstromkomponenten 26G und 26F angeschlossen werden. Die Kabel 70C können Wasserabschirmungen 72 beinhalten, die an einer Schnittstelle zwischen dem Kabelbündel 70 und der Ringklemmenbaugruppe 44C angeordnet sind, um das Eindringen von Wasser und Schmutz in das Gehäuse 75 zu verhindern.
Die Ringklemmenbaugruppe 44C mit den zuvor genannten und in 2 dargestellten Ringklemmen 44 wird verwendet, um die Hochstromkomponenten 26G und 26F direkt mit dem HPDM-Gehäuse 24 elektrisch zu verbinden, während das HPDM-Gehäuse 24 direkt mit dem RESS-Gehäuse 22 verbunden wird. Die Ringklemmenbaugruppe 44C, die im Vergleich zu den HV280-Steckverbindern 34 einen geringen Platzbedarf und ein niedriges Profil aufweist, ist innerhalb des HPDM-Gehäuses 24 mit den Blind-Mate-Steckverbinderstiften 42 elektrisch verbunden. Obwohl in 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen, befinden sich die Blind-Mate-Steckverbinderbuchsen 31 der 2 innerhalb des RESS-Gehäuses 22 und sind direkt mit den Blind-Mate-Steckverbinderstiften 42 des HPDM-Gehäuses 24 in Eingriff zu bringen. Diese Steckverbinder vom Typ Blind-Mate können umgebungsseitig abgedichtete Drucklaschen beinhalten, z. B. 360° drehbare Press-to-Release Konfigurationen.
Unter Verwendung des zuvor beschriebenen Ansatzes kann Bauraum gewonnen werden, während gleichzeitig hochwertige HV-Steckverbinder und Kabel ersetzt werden. Darüber hinaus können zusätzliche Einsparungen erzielt werden, da die Signale für die Niederspannungssteuerung und -abtastung zwischen dem RESS-Gehäuse 22 und dem HPDM-Gehäuse 24 eliminiert werden, außer bei lokalisiertem HVIL-Schutz. Die Hochspannungsausgänge des HPDM-Gehäuses 24 werden damit zu Niedrigprofil-Ringklemmanschlüssen für externe Hochspannungs- oder Hochleistungsmodule oder - zubehör mit integrierten HV-Steckverbindern, wie hier dargelegt. Zusätzliche Verkabelung und HVIL-Schaltung kann durch Verschieben des RESS-Heizmoduls im RESS-Gehäuse 22 entfallen. Dadurch kann das HPDM-Gehäuse 24 bei Bedarf direkt in das RESS-Gehäuse 22 eingesteckt oder mit den im RESS-Gehäuse 22 enthaltenen erforderlichen Leistungsschaltern und Relais einfach abgeklemmt werden. Darüber hinaus kann in bestimmten Anwendungen, wie in 3 dargestellt, auf das HPDM-Gehäuse 24 von unterhalb der Ebene des RESS-Gehäuses 22 zugegriffen werden, z. B. von der Unterseite des Fahrzeugs 10 der 1, um ein schnelles Abschalten von Hochspannungskomponenten zu ermöglichen, ohne auf das RESS-Gehäuse 22 zugreifen zu müssen. Diese und andere Vorteile werden sich dem Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet leicht erkannt.
Während die besten Arten der Ausführung der Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, werden die mit der hier beschriebenen Technik vertrauten Fachleute diverse alternative Ausgestaltungen und Ausführungen erkennen, mit denen die Offenbarung im Rahmen der nachfolgend aufgeführten Patentansprüche ausgeführt werden kann.

Claims

System, umfassend: ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) mit einem RESS-Gehäuse, einer Vielzahl von Batteriezellen, einer Vielzahl von Schaltschützen, einem ersten Paar Hochspannungsverriegelungs (HVIL)-Anschlüsse und einer Vielzahl von Blind-Mate-Elektrosteckdosen, die selektiv mit den Batteriezellen durch Betrieb eines entsprechenden der Schaltschützes verbunden sind, worin die Batteriezellen und die Schaltschütze im RESS-Gehäuse enthalten sind; und ein Hochleistungsverteilermodul (HPDM) mit einem HPDM-Gehäuse, einer Vielzahl von Blind-Mate-Elektrosteckern, einem zweiten Paar HVIL-Anschlüssen, die mit dem ersten Paar von HVIL-Anschlüssen aktivierbar sind, einer Vielzahl von Ringklemmenverbindungen, die elektrisch mit den Blind-Mate-Elektrosteckern verbunden sind und an eine Vielzahl von Hochstromkomponenten anschließbar sind, und eine Vielzahl von elektrischen HV280-Steckverbindern, die elektrisch mit einem oder mehreren der Blind-Mate-Elektrosteckern verbunden sind; worin die Vielzahl von Blind-Mate-Elektrosteckern des HPDM-Gehäuses sind so konfiguriert, dass sie direkt in die Vielzahl von Blind-Mate-Elektrosteckdosen des RESS-Gehäuses eingesetzt werden und mit diesen eingreifen, um so das HPDM-Gehäuse direkt mit dem RESS-Gehäuse elektrisch zu verbinden.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein RESS-Heizmodul, das im RESS-Gehäuse enthalten ist und über einen der Schaltschütze mit den Batteriezellen elektrisch verbunden ist.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: mindestens ein Hilfsspannungsversorgungsmodul, ein Steuermodul für die Kabinenheizung, ein Onboard-Lademodul und ein Klimasteuerungsmodul, wovon jedes über einen der entsprechenden elektrischen Anschlüsse HV280 mit einem Paar der Blind-Mate-Elektrosteckern verbunden ist.
System nach Anspruch 3, das jeweils das Hilfsspannungsmodul, das Steuerungsmodul für die Kabinenheizung, das Onboard-Lademodul und das Klimasteuerungsmodul beinhaltet.
System nach Anspruch 4, ferner umfassend: ein Bündel elektrischer Kabel, wobei jedes Kabel an ein entsprechendes Hilfsspannungsmodul, das Steuerungsmodul für die Kabinenheizung, das On-Board-Lademodul und das Klimasteuerungsmodul angeschlossen ist; und eine Winkelverschraubung, die konfiguriert ist, um die Kabel zu den Blind-Mate-Elektrostiften zu führen.
System nach Anspruch 4, ferner umfassend: ein Gleichstromladegerät und ein Leistungswechselrichtermodul, das elektrisch über die Ringklemmenverbindungen mit dem Gehäuse des HPDM verbunden ist, worin die Vielzahl von Hochstromkomponenten das Gleichstromladegerät und ein Leistungswechselrichtermodul umfasst
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Wasserdichtung, die konfiguriert ist, um das Eindringen von Wasser und Schmutz in das HPDM-Gehäuse zu verhindern.
System nach Anspruch 1, worin das RESS-Gehäuse mehrere Tragschienen beinhaltet, wobei die Batteriezellen zwischen den Tragschienen auf einer ersten Seite der Tragschienen angeordnet sind und das HPDM-Gehäuse mit mindestens einer der Tragschienen, die zwischen dem RESS-Gehäuse und dem HPDM-Gehäuse angeordnet sind, mit einer zweiten Seite der Tragschienen verbunden ist.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Getriebe mit einem Eingangselement und einem Elektromotor, das mit den Batteriezellen elektrisch verbunden ist und zum Erzeugen und Abgeben eines Motordrehmoments an das Eingangselement betrieben werden kann.
System nach Anspruch 1, worin die Hochstromkomponente mindestens 300 Ampere zieht.