用於機動車的供電設備的製作方法

2023-09-16 23:33:10 2

專利名稱：用於機動車的供電設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於機動車的供電設備，其將幾個電能儲存單元組織在一 不同的配電網絡供電。
背景技術：
在現代機動車中，電能需求持續增長。用電零件越來越多，且電能需求越來越大(幾個千瓦)。希望能有可用的幾種供電電壓，例如12V和24V(或 者更高)，從而特別地為這些設備供電。例如，雖然裝備車輛的照明設備和 小電動馬達以12V供電，和以前一樣，但是其他設備(諸如例如發電機-起 動器)如果以更高的供電電壓供電，則會具有優勢。兩種或者更多種配電網 絡共存，要求設計布線，且不能有任何連接錯誤(特別是在維護操作場合)。發明內容本發明可以將能夠滿足車輛需求的一套電能儲存單元周圍的專用和固 緊連接裝置組織在一起。更確切地說，本發明涉及用於機動車的供電設備，其特徵在於，其包括 至少兩個電能儲存單元；和連接箱，該連接箱至少局部覆蓋至少一個這種儲 存單元並且包含連接元件迴路，該迴路在儲存元件的端子和至少兩個配電網端子連接。因此限定了這樣一種新穎、緊湊並且功能合理的組件，其能夠向幾個給 不同系統供電的網絡輸送不同的具體電壓。應該注意，其中一個網絡(典型 地輸送12V電壓的電流)保持傳統連接，而其他網絡(優選全部其他網絡) 受到保護，而不能被非技術人員觸及，並且通過"防錯"專用插座連接到所 述連接箱。如上所述，所述連接箱至少局部覆蓋至少一個所述電能儲存單元。該連接箱能構成一種保護蓋，覆蓋其中一個或者全部所述單元。後者可以安裝在 容器內，在這種情況下，所述連接箱形成用於所述容器的一種蓋子。電能儲 存單元可以是不同種類的單元。例如，可以提供至少一個電化學蓄電池，且 另一個單元是不同種類的單元，諸如例如"超高電容"。根據另一種實施例， 提供了至少兩個相同的電化學蓄電池，它們能串聯或者並聯。為此，連接箱 可以包含電子或者機電類型的受控開關，能將這兩個蓄電池串聯或者並聯。開關和一個斷路器的迴路所取代。通過這種簡單的裝置，因此可能在啟動階 段時刻產生可用的高電壓，例如24V,並且當熱機工作時，返回到通常的低電壓(12V)。如上所述，至少一個前述電能儲存單元可以是所謂的超高電容部件，就 是說，實際上是一個電容非常高的電容器。這種部件可以特別用於與能量恢 復系統有關的場合，或者用於根據需要提供電能峰值，例如在起動時。具有優勢的是，所述連接箱也可以包括DC到DC轉換器。 具有優勢的是，所述連接箱包括凸耳，用來連接所述儲存單元的端子。 這種凸耳包括兩條彼此鉸接的剛性臂，允許調節具有其端子任意間隔的儲存 單元。這些連接凸耳剛性但仍可調，可以組成這樣的裝置，其用來將所述箱 機械安裝到電能儲存單元頂部。應該注意，將連接箱設置在並排組織在一起的儲存單元頂部是有優勢 的。因此實現了作為蓋子的額外作用，該蓋子提供一定程度的熱保護，並且 還防止危險物質洩漏，或者防止引入特定的液體。儲存單元的所有端子可以 都被覆蓋，或者至少由形成蓋子的所述連接箱使其不可觸及，這樣可以防止 沒有經驗的工人觸及不同於傳統低電壓(12V)的電壓。


按照以下通過示例給出或者參照附圖給出的根據本發明原理的供電設 備的說明，本發明將得到更好的理解，且其他優勢將會更清楚地顯現，其中 圖1是包括並排放置的兩個電化學蓄電池的供電設備的平面圖； 圖2是該設備的立面圖；圖3是透視詳圖，圖示了與圖1和圖2所示實施例的專用連接插座的電 連接；
圖4至7圖示了製造圖1和2所示連接箱的步驟； 圖8圖示了另一種實施例，其中連接箱形成容器的蓋子，該容器包含多 個已知為"超高電容"的單元；圖9是帶有斷路器和開關的示例實施例的供電設備的迴路的示意圖。
具體實施方式
所示供電設備ll包括兩個電能儲存單元12a、 12b,它們並排放置；和 連接箱14，其至少局部覆蓋所述兩個儲存單元。在所述示例中，所述兩個儲 存單元是兩個電化學蓄電池或者電化學電池，每個額定電壓為12V。在一種 變形中，其中一個儲存單元可以是電化學蓄電池，而另 一個可是"超高電容"， 就是說，帶有更高的電容(超級電容)。可以預想存在大量的儲存單元。供電設備11例如用來形成機動車布置的一部分，所述機動車包括可逆 多相旋轉電動設備，諸如發電機-起動器，和至少兩個電能儲存單元12a、 12b， 正如文件WO08/088471和文件WO/02/80334所述的一樣，可以參照這些文 件獲取更多信息。這種類型的布置可以在制動過程中回收能量，並且包括兩個配電網絡， 至少一個開關或者帶有兩個斷路器的迴路以及直流到直流的轉換器，稱為作為記錄，需要說明，發電機-起動器是可逆發電機，當其工作在發電 機模式時，其首先將機械能轉化為電能，特別用來給電池充電和/或給機動車 的至少一個機載網絡的用電器供電，其次，當其工作在電動馬達模式時，稱 為起動器模式，其將電能轉化為機械能，特別用來啟動機動車的內燃機或者 熱機，而且在一種實施例中，防止熱機熄火。應該注意，在起動器模式時(工作在電動馬達模式)，該布置可以用高 於發電機模式時的電壓給該發電機-起動器供電。該發電機-起動器包括整流 裝置，稱為逆變器，該逆變器例如包括MOSFET型電晶體，其受到電氣促 動和控制單元控制，如文件FR A 2745444和FR A 2745445所述。所述電氣促動和控制單元接收來自傳感器的該設備轉子角度位置信號， 還包括控制器，稱為驅動器，該控制器是動力元件並且控制所述MOSFET 型電晶體。在一種實施例中，所述驅動器屬於動力級，該動力級也包括逆變 器的MOSFET型電晶體，所述逆變器構成交流到連續可逆流的電轉換器，
在發電枳4莫式下稱為"AC/DC"。在發電機模式下，逆變器的MOSFET型晶 體管被控制在雙穩態(two-state)模式，從而全波控制所述設備定子繞組， 或者在一種變形中，被可變脈寬指令控制。 控制元件屬於低動力級。根據前述兩篇文件WO 03/088471和WO 02/080334,可以看出，兩個能 量源可以由電池和大值電容或者超高電容構成。在一種變形中，如文件WO 02/080334的圖9所示，可以是存在DC/DC轉換器和開關的兩個電池。在另一種實施例中，以下所述供電設備11可以形成機動車布置的一部 分，所述供電設備包括兩個電池和發電機-起動器或者發電機和起動器，所 述起動器或者發電機-起動器處於起動器模式，適配成通過所述兩個電池以 24V供電，從而起動所述機動車的熱機，同時所述發電機或者發電機-起動 器在發電機模式以12V供電。這是通過至少一個開關或者兩個斷路器來實現的，所述兩個斷路器能讓 兩個電池在起動時串聯或者並聯來增加兩個電池的能量儲備。所述開關或者斷路器可以被發電機-起動器的促動和控制單元控制。兩個電能儲存單元12a、 12b設置成它們的電連接端子16儘可能彼此遠 離，如圖所示。連接箱14用電絕緣材料製成，這裡用絕緣塑料材料製成。 該箱14,根據一項特徵，覆蓋儲存單元12a、 12b的至少中心部分，特別是 讓所述連接端子16無法觸及，或者在任何情況下都難於觸及。連接箱14包含迴路，該迴路包括連接元件18,所述連接元件在這裡是 金屬的並且是平坦的，可以在儲存元件的端子16和兩個不同的配電網絡之 間建立電連接。其中一個網絡連接到兩個可觸及的端子20,這兩個端子安裝 在該箱自身上。與傳統電池一樣，所述端子20用來接地和連接車輛機載網 絡的正極線。另一個網絡連接到兩個不可觸及的端子，這兩個端子安裝在所 述箱上，如下所述。連接箱14包括連接凸耳22，用來將其連接到所述儲存 單元的端子16。在圖1中，可以看見4個這種類型的金屬連接凸耳22。每 個包括兩條彼此鉸接的剛性臂26、 28，允許在所述連接箱的端子和相應的儲 存單元上的端子16之間調節長度。從圖1和2中可以看出，臂28安裝成在其一端鉸接到第一導電凸耳(未 示出)上，所述凸耳安裝在端子16上。臂28安裝成在其另一端鉸接到臂26的端部，該端部相對於臂26承載 端子20或者不可觸及的端子(在圖9中，示為20，)的端部，所述不可觸及 的端子安裝在連接箱14上。所述端子20、 20，例如由螺栓構成，其頭部承載在帶孔的臂26上，所述 螺栓的螺紋部分穿過這個孔。因此，這種安裝使用了三個元件，即第一凸耳和彼此4吏接的兩條臂26、 28，在能量儲存單元的端子和箱14的端子之間形成了伸縮器(pantograph)。 這種安裝允許在端子16和箱14的可觸及和不可觸及的端子之間產生垂直偏 移，以及縱向和寬度方向偏移。凸耳22，在另一種實施例中，箱14完全覆蓋儲存單元12a、 12b,或者甚至 覆蓋兩個儲存單元。在示例中，插入連接箱內的金屬連接元件18在連接凸耳22和(機電或 者電子型)受控開關30之間建立電連接，所述開關集成在連接箱14的結構 內。這種開關能根據需要串聯或者並聯所述兩個電能儲存單元。在一種變形 中，所述開關被兩個受控斷路器取代。連接箱14連接到兩個不同的配電網絡，其中一個網絡被兩個可觸及的 端子連接，這兩個端子設置在所述箱本身上。為此目的，所述箱包括兩個凸 起38a、 38b，所述凸起用塑料材料製成，在所述箱側面包圍凸耳22的連接 端子，所述凸起是開放的或者是閉合的。當所述凸起是開放(38a)的時候， 可以將配電網絡(典型為12V網絡)連接到所述端子。另一方面，根據一項 特徵，另一個網絡的其他端子(圖9中的20，)不存在其他連接，因為它們 被閉合凸起38b保護起來。這裡的其他網絡，不能讓非技術工人觸及，且連 接到專用的連接插座42,該插座可以防錯並且受到保護。例如，對於向發電 機-起動器或者發電機供電，也是這種情況。插座42通過連接元件18連接 到所述開關。除了連接到所述箱內的各種平坦連接元件18的受控斷路器或者受控開 關30外，所述設備可以包括至少一個DC到DC轉換器34，該轉換器與儲 存單元關聯，如文件WO 03/088471和WO 02/080334 —樣。這種電子和/或 機電部件優選安裝成與散熱冷卻器36熱接觸，所述冷卻器出現在所述箱的 頂面上。冷卻器36在這裡是金屬的，並且包括翼片，如圖1至3、 6和7所示。
該冷卻器例如用鋁製成。圖3示出了將要連接到連接插座42的電連接件的示例。這形成了基部 42a，用絕緣塑料材料製成的柱臺63安裝在該基部上，包圍兩個半圓形金屬 端子A和B,這兩個端子被絕緣保護杆64分開，所述保護杆仿形製作，從 而組成正極(positive )定位設備。與這兩個端子A和B絕緣的螺々T 65在所 述柱臺的中心凸起。另外，連接件66上連接有兩條電纜A，、 B，，這兩條電 纜將分別與端子A、 B連接，所述連接件包括孔68,該孔出現在殼體67的 底部，能接收螺母69。連接件66還包括相應於杆64的凹痕(不可見)。組裝時，連接件嚙合到柱臺上，讓螺釘65從殼體67的中心凸起。擰緊螺母，提供了兩個電連接件。這種布置類似於屬於本申請人的WO 02/060038所述的布置。端子A相應於低壓電平(地)。端子B相應於正壓，其值V取決於操作 模式。典型地，在發電機模式下，V42伏，而在起動器模式下，V42+X伏。圖4至7圖示了製造所述連接箱14的各種步驟。用絕緣塑料材料製成 的底部單板46通過模製獲得。其包括安裝孔47、 4個用於分別穿過可觸及 的端子20和被凸起38b覆蓋的不可觸及的端子(圖9中的20')的孔48a、 用於電連接件18的孔48b以及複製電連接件18的形狀用來容納電連接件18 的凹痕49。該部件在圖4中可見。如圖5所示，金屬連接件18放置在為該 連接件的目的而設置的凹痕49內。塑料材料製成的中間部分50模製而成並 且覆蓋連接件18以及不可觸及的連接端子。元件18因此夾在單板46和中間部分50之間。在一種變形中，通過插 入模製將其製成單個部件。產生的結果是圖6中的配置，可以看見開放的凸起(38a)和閉合的凸 起(38b)圍繞所述連接箱的連接端子位置。另外，中空空間56設置成容納 諸如開關30和/或轉換器34的電子或者機電部件。這些部件中至少一些部件 被散熱冷卻器36冷卻，該冷卻器出現於覆蓋所述箱的整個中部的蓋子55上。根據上述內容，結果是殼體14可以包括至少發電機-起動器的動力級或 者甚至發電機-起動器的控制級，線纜將所述發電機-起動器的相位輸出連接 到所述箱14,所述箱包含例如三相型發電機-起動器的動力級和控制級。在這種情況下，柱臺63包圍三個金屬端子，這三個金屬端子彼此被三個突出杆64分開。冷卻器36冷卻這些級。動力級可以是SMI類型的迴路，該迴路包括金屬基部，該基部例如用鋁 製成，壓靠在冷卻器36的底面上，就是說壓靠在冷卻器上相對於其攜帶翼 片的表面上。在一種實施例中，這種壓靠通過將所述基部螺釘連接到所述冷 卻器來實現，或者在一種變形中，通過將所述基部結合(bond)到所述冷卻 器來實現。通過電絕緣粘結劑，被稱為引線架的導電體網絡結合到所述基部的底面。所述導體網絡設置有接收一個或者多個電子部件的表面，所述電子部件 特別是MOSFET型電晶體。這些導體局部包括導電支柱(stmt)。這些支柱，例如是是中空圓柱類型 的，每個都承載連接元件18。元件18在單板46上的孔48b處打孔，這些支 柱內部開有螺紋。螺釘設置成電氣和機械連接到元件18和所述支柱。螺釘頭部容納在孔 48b內，且承載在所述元件18的內表面上。每個螺釘的螺紋部分穿過所述元 件18上的孔，從而擰入關聯的支柱。在一種變形中，可以焊接支柱和元件 18。孔47用來將蓋子55與單板46以及中間部分50擰在一起。螺釘還用來 將冷卻器36與單板以及中間部分組裝在一起。發電機-起動器的控制迴路在一種實施例中是放置在SMI類型的動力回 路旁邊的PCB類型的迴路。該迴路例如通過螺釘連接固定到冷卻器36底面。圖8圖示了一種變形，此時連接箱14覆蓋至少一個儲存單元，並且形 成一種能提供一定程度保護的蓋子。在該示例中，絕緣塑料材料製成的容器70罩住幾個儲存單元，諸如"超 高電容"71。所述儲存單元串聯-並聯連接在一起，從而形成串聯的S單元 和並聯的P單元，從而實現了需要的電壓和電容。為了安全方面的考慮，連 接箱14固緊到容器70,形成一種保護蓋，因為存在有"超高電容"。和前面一樣，輸出端子還是兩個端子38a。它們輸送12V電壓。 一般來 說，如果連接殼體僅覆蓋一個儲存單元或者其中的某一些單元，其將首先是 其中一個"超高電容"。從附圖和說明書中清楚的看到，根據本發明，用於機動車的供電設備結 構緊湊，並且形成單體組件，該組件可以用兩個可觸及的端子20操作和運 輸，就像電連接件長度縮短並且電連接件簡化的正常電化學電池或者蓄電池 一樣。這種緊湊的布置能減小連接電感，特別是逆變器和DC到DC轉換器之 間的連接電感，或者逆變器和超高電容之間的連接電感，這種電感會產生電 壓波動以及各種部件之間的諧振，以及在設備的各零件之間通信的信號的地 線漂移(earth shift )。減小連接電感也能減小逆變器的雪崩效應，該效應是本領域技術人員公 知的一種效應，其能產生熱問題。另外，這種緊湊布置避免了這種類型的供電設備的爆炸式設計的缺陷， 爆炸式設計涉及增加機動車內電氣箱的數目並且因此增加了每個箱的密封 和冷卻需求，以及車輛內的許多布線問題和連接件強度問題。因此，改善了車輛內儲存單元、逆變器和開關或者斷路器的集成和緊湊 程度，以及改善了在該設備工作過程中，它們的熱特性和電氣特性。自然，本發明不限於所述的示例實施例，因為本發明允許許多應用場合。因此，在一種變形中，所述箱包括用於兩個能量儲存源的電流、電壓或者溫度傳感器，特別是為了檢測電壓降，或者一般來說監測這些能量源的狀 太心o用來在發生碰撞的情況下斷開能量儲存源的促動器集成在該箱中。 該箱可以包括至少一個輔助端子，其連接到電氣部件，從而例如與機動車發動機控制器對話和通信。因此，所述箱可以包括用於諸如發電機-起動器的旋轉電動設備的電壓調節器。電化學蓄電池可以是任何類型的電池，例如鉛電池、NiMH(鎳金屬混 合物)電池或者鋰電池。用來將能量儲存源串聯連接和並聯連接的迴路具有各種形式，因為在所 述箱內，每樣東西都是組織在一起的。因此，這種迴路可以是文件EPA13600卯的圖4和5中的類型。這種回 路還可以包括受控開關和受控斷路器。在一種變形中，如圖9所示，根據本發明的設備可以形成包括機電單元 的迴路的一部分，所述機電單元包括並聯的發電機A"和起動器S,同時它們 通過第一端子和第二端子E接地。在一種變形中，該機電單元包括發電機-
起動器，其取代發電機A"和起動器S。以已知的方式，發電機A"包括橋式整流器和電壓調節器，線纜A，將端子42連接到端子E。端子42然後專用來 向起動器和發電機供電，或者給發電機-起動器供電。 所述設備包括斷路器Kl和開關K2。開關K2和斷路器K1形成開關單元100，其集成在圖2內的箱14內。在圖9中，開關K2處於位置R，而斷路器K1打開。在這種配置中，兩個能量儲存單元12a、 12b串聯。在第二位置(Kl和K2以點線所示)，開關K2處於位置T,且斷路器 Kl閉合，使得兩個源12a、 12b並聯，點C處於端子E的電勢。在一種實施 例中，開關單元100包括被硬線連接的控制器所控制的電子部件。標記15 表示車輛機載網絡的正極供電線，而M表示地線。
權利要求
1. 一種用於機動車的供電設備，其特徵在於，包括至少兩個電能儲存單元(12a、 12b)和連接箱(14),所述連接箱至少局部覆蓋至少一個所述 儲存單元並且包圍連接元件迴路(18),所述迴路在所述儲存元件的端子和 至少兩個不同的配電網絡之間建立電連接，其中一個所述配電網絡通過安裝 於所述箱本身的兩個可觸及端子連接。
2. 如權利要求1所述的供電設備，其特徵在於，所述連接箱(14)包 括用來連接所述儲存單元的端子的凸耳(22)，其中所述凸耳每個包括兩條 彼此鉸接的剛性臂(26、 28)，允許適配其端子任意間隔的儲存單元。
3. 如權利要求2所述的設備，其特徵在於，包括所述剛性臂的所述連 接凸耳(22)構成機械連接所述箱的裝置，所述裝置由所述電能儲存單元(12a、 12b)承載。
4. 如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述連接箱(14)用絕緣 塑料材料製成，且其中前述連接元件(18)是插入到該塑料材料中的平坦導 體。
5. 如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述連接殼體包圍受控開 關(30)，該開關串聯或者並聯連接到至少兩個前述儲存單元。
6. 如前一個權利要求所述的設備，其特徵在於，所述連接箱包圍DC 到DC轉換器(34)。
7. 如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述連接箱至少集成了發 電機-起動器的動力級。
8. 如權利要求1所述的設備，其特徵在於，該設備包括散熱冷卻器(36 )， 其與包括在所述箱內的部件熱接觸。
9. 如權利要求1所述的設備，其特徵在於，所述殼體包括專用連接插 座(42)，其用於其他電流配電網絡的受保護的連接件。
10. 如權利要求9所述的設備，其特徵在於，所述其他配電網絡特別專 用於給起動器和發電機或發電機-起動器供電。
11. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，至少一個電能儲存單元是 電化學蓄電池。
12. 如權利要求l所述的設備，其特徵在於，至少一個電能儲存單元是 已知為超高電容的部件。
13.如權利要求l所述的設備，其特徵在於，這種儲存單元安裝在容器(70)內，其中所述連接箱(14)固緊於該容器。
全文摘要
本發明涉及用於連接至少兩個電力儲存單元的連接箱。所述兩個儲存單元(12a、12b)通過安裝在其中之一上的連接箱(14)電連接，所述箱包含連接元件迴路，該迴路經由端子(20)提供與兩個單獨配電網絡的電連接以及與另一個連接器(42)的電連接。
文檔編號H01M2/10GK101147279SQ200680009776
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月23日 優先權日2005年3月25日
發明者休格斯·多芬, 克裡斯託夫·比科德, 厄圖格魯爾·塔斯皮納, 羅傑·阿巴迪亞, 馬修·特裡格爾 申請人:法雷奧電機設備公司