JP2012213313A - バッテリ切断ユニット及びそのバッテリ切断ユニットの組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリパックを負荷に選択的につなげるためのバッテリ切断ユニットが提供される。
【解決手段】該ユニットは、その上に、第１及び第２の接触器、前充電リレー、及び充電リレーを、保持するように構成されたベース部分を含む。該ユニットは、さらに、その上に配置される第１、第２、第３、及び第４のバスバーを有する回路基板を含む。該第１及び第２バスバーは、それぞれ、第１接触器の第１及び第２端子につながれる。第１バスバーは、さらに、該バッテリパックに繋がれ、第２バスバーは、さらに、負荷に繋がれる。該第３及び第４バスバーは、さらに、それぞれ、第２接触器の第３及び第４端子に繋がれる。第３バスバーは、さらに、バッテリパックに繋がれ、そして第４バスバーは、さらに、負荷に繋がれる。
【選択図】図１

Description

バッテリをハイブリッド車両パワートレインから切断することができるバッテリ電気システムが使用されている。しかしながら、そのバッテリ電気システムは、各コンポーネントと繋がっている個々の明確なワイヤを有しており、組立てるのに極端に時間を浪費し、組み立ての誤りになりやすい。

したがって、ここの発明者らは、上述の欠点を減少させる、及び／又は、最小化させる改善されたバッテリ切断ユニットが必要であることを認識している。

実施形態に従った選択的にバッテリパックを付加に繋げるためのバッテリ切断ユニットが提供されている。バッテリ切断ユニットは、その上の、第１及び第２の接触器、前充電リレー、及び充電リレーを、保持するように構成されたベース部分を含む。バッテリ切断ユニットは、さらに、回路基板から外側に延在して、そこにつながれている第１、第２、第３、及び第４のバスバーを有する回路基板を含む。第１及び第２バスバーは、第１及び第１接触器のそれぞれ第１及び第２端子に繋がれる。第１バスバーは、さらに、バッテリパックに繋がれるように構成されている。第２バスバーは、さらに、負荷に繋がれるように構成されている。第３及び第４バスバーは、さらに、第２接触器のそれぞれ、第３及び第４端子に繋がれる。第３バスバーは、さらに、バッテリパックに繋がれるように構成されており、第４バスバーは、さらに、負荷に繋がれるように構成されている。

別の実施形態に従ったバッテリ切断ユニットを組立てる方法が提供されている。その方法は、ベース部分上に、第１及び第２の接触器、前充電リレー、及び充電リレーを配置することを含む。その方法は、さらに、第１、第２、第３及び第４のバスバーを有する回路基板を、ベース部分の上方に配置することを含む。その方法は、さらに、第１及び第２バスバーを、第１接触器のそれぞれ、第１及び第２の端子に繋げることを含む。その方法は、さらに、第３及び第４バスバーを、第２接触器のそれぞれ、第１及び第２の端子に繋げることを含む。その方法は、さらに、第１及び第２の接触器、充電リレー、及び回路基板が、ベース部分及びカバー部分の間に配置されるように、カバー部分をベース部分に繋げることを含む。

典型的な実施形態に従ったバッテリ切断ユニットを有するハイブリッド車両の概略図である。 図１のバッテリ切断ユニットの等角図である。 図１のバッテリ切断ユニットの一部の別の等角図である。 図１のバッテリ切断ユニットの一部の平面図である。 図１のバッテリ切断ユニットの一部の別の平面図である。 図１のバッテリ切断ユニットの一部の別の平面図である。 図４のバッテリ切断ユニットにおいて使用される回路基板の等角図である。 別の典型的な実施形態に従った図１のバッテリ切断ユニットを組立てるための方法のフローチャートである。

図１及び２を参照して、典型的な実施形態によるバッテリ切断ユニット３０を有するハイブリッド車両１０が提供される。ハイブリッド車両１０は、バッテリパック２０、バッテリ切断ユニット３０、ハイブリッドパワートレインシステム３４、コンデンサ３６、充電システム４５０、及びマイクロプロセッサ４２を含む。理解の目的のため、ここで使用される負荷という用語は、電気的負荷を指す。例えば、負荷は、コンデンサ３６とハイブリッドパワートレインシステム３４の少なくとも１つを含めることができる。

バッテリパック２０は、ハイブリッドパワートレインシステム３４のための作動電圧を出力するように構成される。１つの典型的な実施形態において、バッテリパック２０は、互いに直列又は並列に一緒に繋がった複数のリチウムイオンバッテリモジュールを含む。もちろん、代わりの実施形態においては、当業者に知られているように、別の種類のバッテリモジュールが、バッテリ２０において使用されることができる。

バッテリ切断ユニット３０は、バッテリパック２０を電気的な負荷であるハイブリッドパワートレインシステム３４に選択的に電気的に繋げるように構成されている。バッテリ切断ユニット３０は、ベース部分６０、充電リレー６２、前充電リレー６４、第１及び第２の接触器７０、４７、回路基板８０、第１、第２、第３、第４バスバー９０、９２、９４、９６、前充電抵抗１１０、第１、第２、及び第３コネクタ端子アセンブリ１２０、１３０、１４０、及びカバー部分１４２を含む。

ベース部分６０は、充電リレー６２、前充電リレー６４、第１及び第２接触器７０、７４、及び回路基板８０をその上に保持するように構成されている。１つの典型的な実施形態において、ベース部分６０は、プラスチックから作られている。また、ベース部分６０は、充電リレー６２、前充電リレー６４、及び第１及び第２接触器７０、７４にねじ又はボルトを利用して取り付けられている。もちろん、別の取り付け装置が、代替的な実施形態においては、熟慮されている。

図１及び３〜６を参照して、充電リレー６２は、充電システム４０とバッテリパック２０との間で電気的につながれている。充電リレー６２は、充電リレースイッチ１６０、充電リレーコイル１６２、第１及び第２充電リレー端子１６４、１６６、ナット１６８、１７０、及びシャフト１７２、１７４を含む。充電リレーコイル１６２は、充電リレースイッチ１６０を、マイクロプロセッサ４２からの制御信号を受け取る充電リレーコイル１６２に応答して閉鎖された作動位置を有するように誘導する。マイクロプロセッサ４２がコイル１６２から制御信号を除去するとき、スイッチ１６０は、開放作動位置を有する。１つの典型的な実施形態において、充電リレースイッチ１６０は、４０アンペアの電流容量を有している。もちろん、代替的な実施形態においては、充電リレースイッチ１６０は、４０アンペアよりも少ないか又は４０アンペアよりも大きい電流容量を有することができる。第１充電リレー端子１６４は、ノード２６０に電気的につながれており、そのノードは、バッテリパック２０の正電圧端子にさらに電気的につながれている。第２充電リレー端子１６６は、充電システム４０に電気的につながれている。図３、５及び７を参照して、ナット１６８は、シャフト１７２を回路基板８０につなぐために利用されている。ナット１７４は、シャフト１７４を回路基板８０につなぐために利用されている。充電リレー６２は、ねじ１７６、１７８を利用してベース部分６０につながれている。

図１及び３〜６を参照して、前充電リレー６４は、バッテリパック２０とハイブリッドパワートレインシステム３４との間で電気的につながっている。ノード２６０は、バッテリパック２０の正電圧端子に電気的につながっており、ノード２７０はハイブリッドパワートレインシステム３４に電気的につながっている。前充電リレー６４は、前充電リレースイッチ１９０、前充電リレーコイル１９２、第１及び第２の前充電リレー端子１９４、１９６、ナット１９８、２００、及びシャフト２０２、２０４を含む。前充電リレーコイル１９２は、前充電リレースイッチ１９０を、マイクロプロセッサ４２からの制御信号を受け取る前充電リレーコイル１９２に応答して閉鎖された作動位置を有するように誘導する。マイクロプロセッサ４２がコイル１９２から制御信号を除去するとき、スイッチ１９０は、開放作動位置を有する。１つの典型的な実施形態において、前充電リレースイッチ１９０は、１５アンペアの電流容量を有している。もちろん、代替的な実施形態においては、前充電リレースイッチ１９０は、１５アンペアよりも少ないか又は１５アンペアよりも大きい電流容量を有することができる。第１前充電リレー端子１９４は、ノード２６０に電気的につながれており、そのノードは、バッテリパック２０の正電圧端子にさらに電気的につながれている。第２前充電リレー端子１９６は、前充電抵抗器１１０に、直列に電気的につながれており、その前充電抵抗器１１０は、ハイブリッドパワートレインシステム３４にさらに電気的につながれているノード２７０につながれている。図３、５及び７を参照して、ナット１９８は、シャフト２０２を回路基板８０につなぐために利用されている。ナット２００は、シャフト２０４を回路基板８０につなぐために利用されている。前充電リレー６４は、ねじ２０６、２０８を利用してベース部分６０につながれている。

図１、及び３〜６を参照して、第１接触器７０は、バッテリパック２０の正電圧端子とハイブリッドパワートレインシステム３４との間で電気的につながれている。第１接触器７０は、第１接触器スイッチ２１０、第１接触器コイル２１２、第１及び第２端子２１４、２１６、ナット２１８、２２０を含む。第１接触器コイル２１２は、第１接触器スイッチ２１０を、マイクロプロセッサ４２からの制御信号を受け取る第１接触器コイル２１２に応答して閉鎖された作動位置を有するように誘導する。マイクロプロセッサ４２がコイル２１２から制御信号を除去するとき、スイッチ２１０は、開放作動位置を有する。第１端子２１４は、ノード２６０に、そして第１バスバー９０を経由してバッテリパック２０に、電気的につながれる。第２端子２１６は、ノード２７０に、そして第２バスバー９２を経由してハイブリッドパワートレインシステム３４に、電気的につながれる。図３、５及び７を参照して、ナット２１８は、第１端子２１４を第１バスバー９０につなぐために利用され、ナット２２０は、第２端子２１６を第２バスバー９２につなぐために利用されている。ねじ２２２、２２４は、第１接触器７０をベース部分６０につなぐために利用されている。１つの典型的な実施形態において、第１接触器スイッチ２１０は、５００アンペアの電流容量を有している。もちろん、代替的な実施形態においては、第１接触器スイッチ２１０は、５００アンペアよりも少ないか又は５００アンペアよりも大きい電流容量を有することができる。

図１、及び３〜６を参照して、第２接触器７４は、バッテリパック２０の負電圧端子とハイブリッドパワートレインシステム３４との間で電気的につながれている。第２接触器７４は、第２接触器スイッチ２３０、第２接触器コイル２３２、第１及び第２端子２３４、２３６、ナット２３８、２４０を含む。第２接触器コイル２３２は、第２接触器スイッチ２３０を、マイクロプロセッサ４２からの制御信号を受け取る第２接触器コイル２３２に応答して閉鎖された作動位置を有するように誘導する。マイクロプロセッサ４２がコイル２３２から制御信号を除去するとき、スイッチ２３０は、開放作動位置を有する。第１端子２３４は、ノード２６０に、そして第３バスバー９４を経由してバッテリパック２０に、電気的につながれる。第２端子２３６は、ノード２７０に、そして第４バスバー９６を経由してハイブリッドパワートレインシステム３４に、電気的につながれる。図３、５及び７を参照して、ナット２３８は、第１端子２３４を第３バスバー９４につなぐために利用され、ナット２４０は、第２端子２３６を第４バスバー９６につなぐために利用されている。ねじ２４２、２４４は、第２接触器７４をベース部分６０につなぐために利用されている。１つの典型的な実施形態において、第２接触器スイッチ２３０は、５００アンペアの電流容量を有している。もちろん、代替的な実施形態においては、第２接触器スイッチ２１０は、５００アンペアよりも少ないか又は５００アンペアよりも大きい電流容量を有することができる。

図１及び７を参照して、回路基板８０は、第１、第２、第３、第４バスバー９０、９２、９４、９６、前充電抵抗器１１０、及び第１及び第２コネクタ端子アセンブリ１２０、１３０をその第１側に保持するように構成される。バスバー９０、９２、９４、９６は、回路基板を通じて延在するタブを有し、回路基板８０上の電気配線に半田付けされる。１つの典型的な実施形態において、そのバスバー９０、９２、９４、９６は、回路基板８０の下部に直接に配置されていない接触器の端子につなげるために、回路基板８０から外側に延在している。さらに、第１、第２、第３、第４バスバー９０、９２、９４、９６は、それぞれ、そこを通る、端子２１４、２１６、２３４、２３６を受容するように構成されている、それぞれの、開口部２９０、２９２、２９４、２９６を有している。１つの典型的な実施形態において、第１、第２、第３、第４バスバー９０、９２、９４、９６は、銅から作られている。もちろん、代替的な実施形態において、バスバーは、当業者に知られた別の導電性材料から作られることができる。１つの典型的な実施形態において、前充電抵抗器１１０は、２５オームの抵抗値で２アンペアの電流容量を有している。もちろん、代替的な実施形態において、前充電抵抗器１１０は、２５オームよりも大きいか又は２５オームよりも小さい抵抗を有することができる。また、前充電抵抗器１１０は、２アンペアよりも大きいか又は２アンペアよりも小さい電流容量を有することができる。さらに、代替的な実施形態において、前充電抵抗器１１０は、回路基板８０からはなれた別の場所に配置されることができる。回路基板８０上のコンポーネントは、充電システム４０又はハイブリッドパワートレインシステム３４の機能的及び電気的要件を基に変えることができることも注記される。

図１及び５を参照して、第１コネクタ端子アセンブリ１２０は、充電リレーコイル１６２及び前充電リレーコイル１９２に電気的につなげられる。第１コネクタ端子アセンブリ１２０は、第１コネクタ端子アセンブリ１２０を経由して充電リレーコイル１６２及び前充電リレーコイル１９２にエネルギーを与えるために制御信号を発生させるマイクロプロセッサ４２に、さらに電気的に繋がれる。

第２コネクタ端子アセンブリ１３０は、第１接触器７０の第１及び第２端子２１４、２１６、第１接触器コイル２１２、第２接触器７４の第１及び第２端子２１４、２１６、並びに、第２接触器コイル２３２に電気的に接続される。第２接触器端子アセンブリ１３０は、第２接触器端子アセンブリ１３０を経由して第１及び第２接触器コイル２１２、２３２にエネルギーを与えるために制御信号を発生させるマイクロプロセッサ４２に、さらに電気的に繋がれる。そのマイクロプロセッサ４２は、また、接触器７０、７４上で、第１接触器７０の第１及び第２端子２１４、２１６を渡る電圧、並びに、第２コネクタ端子アセンブリ１３０を経由して第２接触器７４の第１及び第２端子２１４、２１６を渡る電圧を測定することにより、診断を実行することができる。

第３コネクタ端子アセンブリ１４０は、ベース部分６０に繋がれる。第３コネクタ端子アセンブリ１４０は、充電リレーコイル１６２及び前充電リレーコイル１９２に繋がれる。第３コネクタ端子アセンブリ１４０は、マイクロプロセッサ４２にさらに電気的に繋がれる。マイクロプロセッサ４２は、また、充電リレーコイル１６２及び前充電リレーコイル１９２上で、第３コネクタ端子アセンブリ１４０を経由して、充電リレーコイル１６２の電圧、並びに、前充電リレーコイル１９２の電圧を測定することにより、診断を実行することができる。

図２を参照して、カバー部分１４２は、バッテリ切断ユニット３０の残余のコンポーネントが、ベース部分６０とカバー部分１４２との間に配置されるように、ベース部分６０に選択的に接続される。１つの典型的実施形態において、カバー部分１４２はプラスチックから作られている。

図１を参照して、ハイブリッドパートレインシステム３４は、ノード２７０，２８０と電気的接触器７０、７４との間で電気的につながれている。接触器７０、７２は、閉鎖された作動位置を有している場合、バッテリパック２０はハイブリッドパワートレインシステム３４に電気的に接続されて、バッテリパック２０からの作動電圧がハイブリッドパワートレインシステム３４に印加される。少なくとも１つの接触器７０、７２は、開放された作動位置を有する場合、バッテリパック２０からの作動電圧はハイブリッドパワートレイン３４から除去される。

コンデンサ３６は、ノード２７０、２８０の間でつながれ、並列にハイブリッドパワートレインシステム３４と電気的につなげられている。コンデンサ３６は、電気的負荷の一部でもある。

作動の間、マイクロプロセッサ４２は、前充電リレー６４が閉鎖された作動位置を有し、接触器７０が閉鎖された作動位置を有し作動電圧をコンデンサ３６に印加してコンデンサ３６を充電するように、誘導する制御信号を生成する。その後、前充電リレー６４が開放された作動位置を有する場合、マイクロプロセッサ４２は、両方の接触器７０、７２を閉鎖された作動位置を有するように誘導する制御信号を生成して、バッテリパック２０をハイブリッドパワートレインシステム３４につなげて、バッテリパック２０からの作動電圧がハイブリッドパワートレインシステム３４に印加されるようにする。マイクロプロセッサ４２が、ハイブリッドパワートレインシステム３４から作動電圧を除去することを決定した場合、マイクロプロセッサ４２は、接触器７０、７２のコイルから制御信号を除去して、ハイブリッドパワートレインシステム３４からバッテリパック２０を切断するために接触器７０、７２が開放された位置を有するように誘導する。マイクロプロセッサ４２が、バッテリパック２０が充電システム４０により充電される必要があると判断した場合、マイクロプロセッサ４２は、制御信号を生成して、充電リレー６２と接触器７４が閉鎖された作動位置を有するように誘導して、充電システム４０からバッテリパック２０に作動電圧を印加する。

図８を参照して、別の典型的な実施形態に従うバッテリ切断ユニット３０を組立てるための方法のフローチャートが示される。

ステップ３００で、オペレータが、ベース部分６０上に、第１及び第２接触器７０、７４、前充電リレー６４、並びに充電リレー６２を配置する。

ステップ３０２で、オペレータが、第１、第２、第３及び第４のバスバー９０、９２、９４、９５、前充電抵抗器１１０、及びそれに繋げられている第１及び第２コネクタ端子アセンブリ１２０、１３０を有する回路基板８０を、ベース部分の上方に配置する。第１コネクタ端子アセンブリ１２０は、充電リレー６２に、そして前充電リレー６４に、電気的につながれている。第２コネクタ端子アセンブリ１３０は、第１及び第２接触器７０、７４に、電気的につながれている。

ステップ３０４で、オペレータが、第１及び第２のバスバー９０、９２を、それぞれ、第１接触器７０の、第１及び第２端子２１４、２１６に繋ぐ。

ステップ３０６で、オペレータが、第３及び第４のバスバー９４、９６を、それぞれ、第２接触器７４の、第１及び第２端子２３４、２３６に繋ぐ。

ステップ３０８で、オペレータが、第１及び第２接触器７０、７４、前充電リレー６４、充電リレー６２及び回路基板８０が、ベース部分６０とカバー部分１４２の間に配置されるように、カバー部分１４２をベース部分６０に繋ぐ。

バッテリ切断ユニット３０とそのユニット３０の組み立ての方法は、他のユニット及び方法に対して相当な利点を提供する。特に、バッテリ切断ユニット３０は、第１、第２、第３及び第４のバスバーを有する回路基板と、そこの上に配置される前充電抵抗器を利用して、他のユニット及び方法と比較して、バッテリ切断ユニット３０の組立を顕著に単純化し、組み立てエラーを減少させる、技術的効果を有する。

請求項に記載された発明は、わずかな限られた数の実施形態と関連して詳細に説明されている一方、本発明は、そのような開示された実施形態に限定されないものと直ぐに理解されるべきである。むしろ、請求項に記載された発明は、これまで記載されていない多くの数の変形例、修正例、置換例又は均等な配置を組み込んで修正されることができるが、それらは本発明の精神及び範囲に相応なものである。さらに、請求項に記載された発明の様々な実施形態が記載されているが、本発明の態様は、記載された実施形態の幾つかのみを含んでもよいことが理解されるべきである。したがって、請求項に記載された発明は、前の記載により限定されるものと解釈されてはならない。

１０ ハイブリッド車両
２０ バッテリパック
３０ バッテリ切断ユニット
３４ ハイブリッドパワートレインシステム
３６ コンデンサ
４２ マイクロプロセッサ
６０ ベース部分
６２ 充電リレー
６４ 前充電リレー
７０、４７ 第１及び第２の接触器
８０ 回路基板
９０、９２、９４、９６ 第１、第２、第３、第４バスバー
１１０ 前充電抵抗、
１２０、１３０、１４０ 第１、第２、及び第３コネクタ端子アセンブリ
１４２ カバー部分
１６０ 充電リレースイッチ
１６２ 充電リレーコイル
１６４、１６６ 第１及び第２充電リレー端子
１６８、１７０ ナット
１７２、１７４ シャフト
１９０ 前充電リレースイッチ
１９２ 前充電リレーコイル
１９４、１９６ 第１及び第２の前充電リレー端子
１９８、２００ ナット
２０２、２０４ シャフト
２１０ 第１接触器スイッチ
２１２ 第１接触器コイル
２１４、２１６ 第１及び第２端子
２１８、２２０ ナット
２３０ 第２接触器スイッチ
２３２ 第２接触器コイル
２３４、２３６ 第１及び第２端子
２３８、２４０ ナット
２６０ ノード
２７０ ノード
２８０ ノード
４５０ 充電システム

Claims (8)

1. バッテリパックを負荷に選択的につなぐためのバッテリ切断ユニットであって、
   その上に、第１及び第２の接触器、前充電リレー、及び充電リレーを、保持するように構成されたベース部分；
   回路基板から外側に延在して、そこにつながれている第１、第２、第３、及び第４のバスバーを有する回路基板；
   第１及び第２バスバーであって、該第１及び第２バスバーは、それぞれ、第１接触器の第１及び第２端子につながるようにされ、第１バスバーは、さらに、該バッテリパックに繋がれるように構成され、第２バスバーは、さらに、負荷に繋がれるように構成される、第１及び第２バスバー；並びに、
   第３及び第４バスバーであって、該第３及び第４バスバーは、さらに、第２接触器のそれぞれ、第３及び第４端子に繋がれるように構成され、第３バスバーは、さらに、バッテリパックに繋がれるように構成されており、第４バスバーは、さらに、負荷に繋がれるように構成されている、第３及び第４バスバー；
   を含むバッテリ切断ユニット。
2. 前記回路基板は、さらに、その上に配置される前充電抵抗器を含み、該前充電リレーと該前充電抵抗器は互いに直列につながれ、さらに第１接触器と並列につながれて、
   第１制御信号は、該前充電リレーが、バッテリパックを、該前充電抵抗器を通して該負荷に接続することを誘導し、そして、第２制御信号は、該第２接触器が、バッテリパックを、該負荷を前充電するため、該負荷に接続することを誘導する、ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ切断ユニット。
3. 第３制御信号は、第１接触器が、該バッテリパックを、該負荷にエネルギーを与えるため該負荷につなげるように誘導することを特徴とする請求項２に記載のバッテリ切断ユニット。
4. 前記回路基板は、さらに、そこにつながれる第１及び第２コネクタ端子アセンブリを含むことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ切断ユニット。
5. 前記第１コネクタ端子アセンブリは、該前充電リレー中の前充電リレーコイルに電気的に接続され、そして第１コネクタ端子アセンブリは、該充電リレー中の充電リレーコイルにさらに電気的に接続されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリ切断ユニット。
6. 該第２コネクタ端子アセンブリは、該第１接触器の第１接触器コイルに電気的に接続され、そして該第２コネクタ端子アセンブリは、該第２接触器の第２接触器コイルにさらに電気的に接続されることを特徴とする請求項４に記載のバッテリ切断ユニット。
7. さらに該ベース部分に取り付けられるように構成されるカバー部分を備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ切断ユニット。
8. バッテリ切断ユニットを組立てる方法であって、
   ベース部分上に、第１及び第２の接触器、前充電リレー、及び充電リレーを配置すること、
   第１、第２、第３及び第４のバスバーを有する回路基板を、ベース部分の上方に配置すること、
   第１及び第２バスバーを、それぞれ、第１接触器の第１及び第２の端子に繋げること、
   第３及び第４バスバーを、それぞれ、第２接触器の第１及び第２の端子に繋げること、及び、
   第１及び第２の接触器、充電リレー、及び回路基板が、ベース部分及びカバー部分の間に配置されるように、カバー部分をベース部分に繋げることを含む、バッテリ切断ユニットを組立てる方法。