电动化车辆电气系统的集成部件和电分配方法与流程

本公开总体上涉及电动化车辆电气系统的集成部件。

背景技术：

一般来讲，电动化车辆与常规的机动车辆不同，因为电动化车辆是使用一个或多个电池供电式电机来选择性地驱动的。与电动化车辆相比，常规的机动车辆仅利用内燃发动机来驱动。代替内燃发动机或者除了内燃发动机之外，电动化车辆可使用电机。示例性电动化车辆包括混合动力电动车辆(hev)、插电式混合动力电动车辆(phev)、燃料电池车辆和电池电动车辆(bev)。在电动化车辆的动力传动系统内，电气系统可以用于控制往来于高压电池组的电力的流量。

技术实现要素：

根据本公开的示例性方面的一种电动化车辆电气系统尤其包括接触器外壳和接触器触头，所述接触器触头容纳在所述接触器外壳内。电阻器容纳在接触器外壳内或容纳在接触器外壳外部的继电器外壳内。

在前述系统的另一个示例中，电阻器与接触器触头一起容纳在接触器外壳内。

在任一前述系统的另一个示例中，继电器与接触器触头一起容纳在接触器外壳内。

在任一前述系统的另一个示例中，继电器是固态电力继电器。

在任一前述系统的另一个示例中，继电器是机电预充电继电器。

在任一前述系统的另一个示例中，电阻器与继电器一起容纳在继电器外壳内。容纳继电器和电阻器两者的继电器外壳在接触器外壳的外部。

在任一前述系统的另一个示例中，继电器是固态电力继电器。

在任一前述系统的另一个示例中，电阻器是预充电电阻器。

在任一前述系统的另一个示例中，继电器是固态电力继电器。

在任一前述系统的另一个示例中，电阻器是正温度系数电阻器。

任一前述系统的另一个示例包括带总线的电气中心外壳。接触器外壳和电阻器设置在带总线的电气中心外壳内。

任一前述系统的另一个示例包括接触器电磁体，所述接触器电磁体容纳在接触器外壳内。

根据本公开的另一个示例性方面的一种电动化车辆电气系统尤其包括接触器外壳、设置在接触器外壳内的接触器触头、设置在接触器外壳内的接触器电磁体、设置在接触器外壳内的固态电力继电器、以及设置在接触器外壳内的正温度系数电阻器。

任一前述系统的另一个示例包括带总线的电气中心外壳。接触器外壳设置在带总线的电气中心外壳的内部内。

根据本公开的又一示例性方面的一种电力分配方法包括通过接触器外壳传送电流的流量，并且在接触器外壳内使用电阻器调节电流的流量。所述方法还包括，在接触器外壳内，通过接触器触头传送电流。所述方法还包括将已经过接触器外壳内的接触器触头的电流的流量分配给接触器外壳外部的负载。

在前述方法的另一个示例中，电阻器是正温度系数电阻器，其响应于升高的温度而提供增加的电阻。

任一前述方法的另一个示例包括，在接触器外壳内，将电流传送到继电器。

在任一前述方法的另一个示例中，继电器是固态继电器。

在任一前述方法的另一个示例中，继电器是预充电继电器。

任一前述方法的另一个示例包括将电阻器和多个接触器触头容纳在接触器外壳内，以及将接触器外壳容纳在带总线的电气中心外壳内。

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(包括它们的各种方面或相应各个特征中的任一者)可独立地或以任何组合形式采用。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非此类特征是不兼容的。

附图说明

根据具体实施方式，所公开示例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。随附于具体实施方式的附图可简要地描述如下：

图1示出了电气化车辆的动力传动系统的示意图。

图2示出了图1的动力传动系统的电气系统的示意图。

图3示出了根据示例性实施例的来自图2的电气系统的主接触器。

图4示出了根据另一个示例性实施例的来自图2的电气系统的主接触器。

图5示意性地示出了根据示例性实施例的从图2的电气系统中选定的部件的配置。

图6示意性地示出了根据又一示例性实施例的从图2的电气系统中选定的部件的配置。

图7示出了描绘了根据示例性实施例的图2的电气系统的选定部分的电路图。

图8示出了描绘了根据另一个示例性实施例的图2的电气系统的选定部分的电路图。

具体实施方式

本公开详细描述了电气系统和电分配方法的示例性实施例。电气系统的部件可以被集成，以尤其减少所需的连接并且减少所需的封装空间。

图1示意性地示出了电气化车辆的动力传动系统10，所述电气化车辆在此示例中是混合动力电动车辆(hev)。尽管描绘为hev，但应理解，本文描述的概念不限于hev并且可扩展到其他类型的电气化车辆，包括但不限于：插电式混合动力电动车辆(phev)、电池电动车辆(bev)、燃料电池车辆等。

动力传动系10包括电池组14、马达18、发电机20以及内燃发动机22。马达18和发电机20是电机的类型。马达18和发电机20可以是分开的，或者可具有组合的马达发电机的形式。

在此实施例中，动力传动系统10是动力分配动力传动系统，其采用第一驱动系统和第二驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统产生扭矩以驱动电动化车辆的一组或多组车辆驱动轮26。第一驱动系统包括发动机22和发电机20的组合。第二驱动系统至少包括马达18、发电机20和电池组14。马达18和发电机20是动力传动系统10的电动驱动系统的部分。

发动机22(在此示例中是内燃发动机)和发电机20可以通过动力传送单元30(诸如行星齿轮组)连接。当然，其他类型的动力传送单元(包括其他齿轮组和传动装置)可用于将发动机22连接到发电机20。在一个非限制性实施例中，动力传送单元30为行星齿轮组，所述行星齿轮组包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36。

发电机20可以由发动机22通过动力传送单元30驱动，以将动能转换成电能。发电机20能够替代地用作马达以将电能转换成动能，从而将扭矩输出到连接到动力传送单元30的轴38。由于发电机20可操作地连接到发动机22，因此发动机22的转速可由发电机20控制。

动力传送单元30的环形齿轮32可连接到轴40，所述轴40通过第二动力传送单元44连接到车辆驱动轮26。第二动力传送单元44可包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传送单元也可以是合适的。

齿轮46将扭矩从发动机22传送到差速器48，以最终向车辆驱动轮26提供牵引力。差速器48可包括多个齿轮，所述多个齿轮使得能够将扭矩传送到车辆驱动轮26。在此示例中，第二动力传送单元44通过差速器48机械地耦接到轴50，以将扭矩分配到车辆驱动轮26。

马达18还可用于通过将扭矩输出到轴52来驱动车辆驱动轮26，所述轴52也连接到第二动力传送单元44。在一个实施例中，马达18和发电机20配合作为再生制动系统的一部分，其中马达18和发电机20两者都可用作马达来输出扭矩。例如，马达18和发电机20可各自向电池组14输出电力。

电池组14提供相对高压电池，其可存储所生成的电力并且可输出电力以操作马达18、发电机20或两者。

示例性电池组14提供相对高压电池，其可存储所生成的电力并且可输出电力以操作马达18、发电机20或两者。各个电池单元的阵列60可保持在电池组14内以存储电力。

动力传动系统10还包括电气系统(诸如带总线的电气中心(bec)64)，所述电气系统用于控制电池组14和动力传动系统10的其余部分(诸如马达18)之间的电流。

现在参考图2，bec64尤其包括第一主接触器68、第二主接触器72、预充电继电器76、以及预充电电阻器80和bec壳体84。bec壳体84可以是包括覆盖件和基座的基于聚合物的结构。覆盖件和基座可以相对于彼此固定以提供bec壳体84的内部。第一主接触器68、第二主接触器72、预充电继电器76和预充电电阻器80可以容纳在内部内。bec64还可以包括各种电连接器(诸如汇流条)，所述各种电连接器由bec壳体84保持以将各种部件电耦合在一起。

bec64有助于控制电池组14和马达18和动力传动系统10的其他部分之间的电流流动。bec64形成电池组14和马达18之间的电路的一部分。

在此示例中，第一主接触器68与电池组14的正极端子相关联，并且第二主接触器72与电池组14的负极端子相关联。

动力传动系统10内的电容在图2中示意性地表示为电容器88。如果不考虑，则当动力传动系统10起动时，动力传动系统10内的电容会导致相当大的涌入电流。涌入电流可能潜在地损坏动力传动系统10的部件。如下所述，电阻器80可以与预充电继电器76结合使用以减少涌入电流。

第一主接触器68、第二主接触器72和预充电继电器76可在断开状态和闭合状态之间转换。控制器92可以用于控制第一主接触器68、第二主接触器72和预充电继电器76的转换。控制器92可在bec壳体84内、bec壳体84外部、或者部分地在bec壳体84内。

当第一主接触器68和第二主接触器72两者都转换到闭合状态时，电流可以流过由bec64提供的电路的部分。此外，当预充电继电器76和第二主接触器72两者都已经转换到闭合状态时，电流可以流过由bec64提供的电路的部分。特别地，当预充电继电器76和第二主接触器72两者都已经转换到闭合状态时，电流可以通过预充电电阻器80，使得电流移动通过电路的相对高电阻部分。

通常，当动力传动系统10起动时，控制器92将预充电继电器76和第二主接触器72转换到闭合状态。在电容器88已大部分充电之后，控制器92将第一主接触器68转换到闭合状态。在此阶段，预充电继电器76可以可选地转换回断开状态。

在起动时，在第一主接触器68之前，将预充电继电器76转换到闭合状态导致电流流过预充电电阻器80，这减少了涌入电流。预充电继电器76可以是例如机电预充电继电器或固态电力继电器。

示例控制器92包括处理器96，所述处理器可操作地链接到存储器部分98。示例处理器96可以被编程为执行存储在存储器部分98中的程序。程序可作为软件代码存储在存储器部分98中。

存储在存储器部分98中的程序可以包括一个或多个另外的或单独的程序，所述一个或多个另外的或单独的程序中的每个都包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。处理器96可以是定制的或可商购的处理器、中央处理单元(cpu)、与控制器92相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或微芯片集的形式)或通常用于执行软件指令的任何装置。

存储器部分98可以包括易失性存储器元件和/或非易失性存储器元件中的一者或其组合。存储器部分98可以结合电子、磁、光和/或其他类型的存储介质。存储器可以具有分布式架构，其中各种部件彼此远离，但是可由处理器96访问。

现在参考图3，第一主接触器68包括多个接触器触头100、接触器电磁体104、外芯106和接触器外壳108。在示例性实施例中，接触器外壳108包括盖112(或覆盖件)和基座116。盖112可以相对于基座116固定以提供内部。多个接触器触头100、接触器电磁体104和外芯106容纳在接触器外壳108内并且保持在内部内。接触器外壳108可以是基于聚合物的材料。外芯106可以是金属或金属合金。

示例性接触器外壳108包括内部内的开放区域118。第一主接触器68的接触器触头100和接触器电磁体104不定位在开放区域118内。本公开的示例性实施例利用这些开放区域来容纳其他电气部件。这可以将第一主接触器68与其他电气部件集成在以减少所需的封装空间并且潜在地减少所需连接件的数量。

图4示出了第一主接触器68′的另一个示例性实施例。第一主接触器68′包括接触器外壳108′。接触器外壳108′在第一主接触器68′的内部容纳第一主接触器68′的多个接触器触头和接触器电磁体。

值得注意的是，第一主接触器68′包括附件箱区域120，所述附件箱区域120形成在接触器外壳108′之内或之外。外部附件箱区域120可以用于容纳其他电气部件。

第一主接触器68′可在外部附件箱区域120内包括其他电气部件，以减少所需的封装空间并且潜在地减少所需连接件的数量。为了触及接触器外壳108’内的多个接触器触头，可以使用接触器外壳108’内部的现有辅助触头系统，并且经由从接触器外壳108’到附件箱120的导线121来触及。

参考图5，由bec64提供的电气系统的集成部件的示例性配置包括全部都容纳在第一主接触器68的接触器外壳108内的预充电继电器76、预充电电阻器80、接触器电磁体104和多个接触器触头100。在此实施例中，预充电继电器76、预充电电阻器80、接触器电磁体104和多个接触器触头100被认为是集成部件，因为它们都驻留在接触器外壳108内。

接触器外壳108是直接包含电气系统的这些部件的外壳结构。因此，尽管第一主接触器68可以与其他部件一起容纳在bec壳体84内，但是由于bec壳体84不直接包含预充电继电器76、预充电电阻器80、接触器电磁体104和多个接触器触头100，因此bec壳体84不会被认为是接触器外壳。

在操作中，电流的流量可以移动通过接触器外壳108。对于接触器外壳108，流量由预充电电阻器80调节并且通过接触器触头100传送。然后，将已经过接触器触头100的电流的流量分配给接触器外壳108外部的负载。

图6示出了又一示例性实施例，其中预充电电阻器80a容纳在预充电继电器76a的预充电继电器外壳122内。然后，具有包含的预充电电阻器80a的预充电继电器76a被设置在接触器外壳108a的外部，所述接触器外壳108a容纳接触器触头100a和接触器电磁体104a。在此实施例中，预充电电阻器80a和预充电继电器76a是集成部件，因为它们两者都驻留在预充电继电器外壳122内。

现在参考图7，描述了示例性电路，其中预充电继电器76和预充电电阻器80容纳在接触器外壳108内，如图5中示出的。在示例性电路中，预充电电阻器80是正温度系数(ptc)电阻器。随着ptc电阻器内热能的增加，电阻也增加，以进一步减少通过ptc电阻器的电流。例如，ptc电阻器可以是外径为12.5毫米的通孔安装类型。

在图7的示例中，预充电继电器76是固态电力继电器(sspr)，其与预充电电阻器80串联，然后与第一主接触器68的接触器触头100并联。提供预充电继电器76的sspr除了具有用于将第一主接触器68转换到闭合状态的控制输入路径之外，还具有来自控制器92的控制输入路径。sspr的栅极可以与电池组14的高压隔离，并且可以响应于来自控制器92的命令用来自12伏特附件电池的低压直接驱动。

参考图8，示出了图7系统的变型，其中在接触器外壳108内有另外的逻辑集成电路124，并且在第一主接触器68的低侧驱动器上有金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)128。当控制器92向第一主接触器68施加12伏特时，逻辑集成电路124可以将sspr转换到闭合位置，然后延迟可校准的时间量，例如300毫秒。然后，逻辑集成电路124断开sspr并且闭合第一主接触器68的低侧驱动器。控制器92可以接收来自电流传感器或电压测量电路的输入，以评估预充电事件是否已经充分完成。响应于故障，控制器92可在可校准的时间量已经期满之前使第一主接触器68断电，并且接触器电磁体104(这里是线圈)被通电。例如，控制器92可在不到300毫秒的时间内使第一主接触器68断电。

通常而言，图8的实施例有助于确保每次主接触器68被命令闭合时都执行预充电，以避免其中在预充电没有被给予开始或完成的机会时控制器92意外地命令接触器68闭合的情况。

所公开示例的特征包括集成电动化车辆电气系统的各种部件以减少封装空间、减少所需的接触或两者。例如，减少必须电连接的部件之间的距离可以减小汇流条的尺寸。集成各种部件可以导致bec具有的总体尺寸减少。此外，通过较少的所需连接，可以减少组装步骤。

前文描述在本质上是示例性的而非限制性的。对所公开示例作出的变化和修改对于本领域技术人员而言可能变得显而易见，所述变化和修改不一定脱离本公开的本质。因此，赋予本公开的法律保护范围只能通过研究所附权利要求来确定。