集成高壓接觸器和斷路器的制造方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，一種集成接觸器/斷路器組件包括固定觸點，相對于固定觸點選擇性地可移動的可移動觸點和配置用于阻止可移動觸點接觸固定觸點的斷路器單元。
【專利說明】集成高壓接觸器和斷路器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電氣化車輛，并且更具體但不排他地涉及可以作為標準接觸器和手動操作的斷路器操作的集成接觸器/斷路器組件。

【背景技術(shù)】
[0002]混合動力電動車輛(HEV)，插電式混合動力電動車輛(PHEV)，電池電動車輛(BEV)，電池電動車輛以及其它已知的電氣化車輛與傳統(tǒng)的機動車輛不同，其區(qū)別之處在于除了使用內(nèi)燃機之外或作為替代，他們使用一個或多個電機(即電動機和/或發(fā)電機)來驅(qū)動車輛。通常由一個或多個電池組件供應(yīng)高壓電流，該電池組件儲存和供應(yīng)給電機供電的電能。
[0003]電氣化車輛使用的電池組件可以包括接觸器，該接觸器使儲存在電池中的能量與負載隔離以防止電流過載。例如，接觸器可以擔當高壓繼電器，用于轉(zhuǎn)換傳輸?shù)诫姍C的電源電流。在正常的車輛運行過程中，接觸器將電池組件與高壓總線斷開。遠離接觸器的單獨的斷路器也可以用于準備維修電氣化車輛的高壓組件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，一種集成接觸器/斷路器組件(integratedcontactor/service disconnect assembly)包括，固定觸點，選擇性地相對于固定觸點可移動的可移動觸點和配置用于阻止可移動觸點接觸固定觸點的斷路器單元，以及其他。
[0005]在上述組件的進一步非限制性實施例中，固定觸點是高壓引腳。
[0006]在上述組件的任何一個進一步非限制性實施例中，可移動觸點是由軸支撐的總線。
[0007]在上述組件的任何一個進一步非限制性實施例中，線圈至少部分纏繞在軸周圍。
[0008]在上述組件的任何一個進一步非限制性實施例中，斷路器單元在第一位置和和第二位置之間可移動，在第一位置，固定觸點和可移動觸點可以彼此接觸，在第二位置，阻止固定觸點和可移動觸點彼此接觸。
[0009]在上述組件的任何一個進一步非限制性實施例中，斷路器單元包括維修按鈕和從維修按鈕延伸出的尖頭。
[0010]在上述組件的任何一個進一步非限制性實施例中，尖頭可移動到固定觸點和可移動觸點之間的位置。
[0011]在上述組件的任何一個進一步非限制性實施例中，斷路器單元可在第一方向移動且可移動觸點可在不同的第二方向移動。
[0012]在上述組件的任何一個進一步非限制性實施例中，控制單元配置用于命令可移動觸點朝向固定觸點移動。
[0013]在上述組件的任何一個進一步非限制性實施例中，傳感器配置用于檢測通過固定觸點的電流，且保險絲配置用于中斷電流的流動。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，一種儲能設(shè)備包括接觸器和與接觸器結(jié)合的斷路器單元，以及其他。
[0015]在上述儲能設(shè)備的進一步非限制性實施例中，接觸器包括可移動觸點和固定觸點。斷路器單元在第一位置和第二位置之間可移動以防止可移動觸點與固定觸點之間接觸。
[0016]在上述儲能設(shè)備的任何一個進一步非限制性實施例中，斷路器單元包括相對于接觸器外殼的外壁設(shè)置的維修按鈕和在外殼內(nèi)部延伸的尖頭。
[0017]在上述儲能設(shè)備的任何一個進一步非限制性實施例中，尖頭可移動到接觸器的兩個接觸點之間的位置以禁止高壓電流通過接觸器。
[0018]在上述儲能設(shè)備的任何一個進一步非限制性實施例中，控制單元配置用于使接觸器的線圈通電。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的示例性方面，一種車輛維修方法包括，接合集成接觸器/斷路器組件的斷路器單元；如果斷路器單元在第一位置和第二位置之間不可移動，移除組件；如果斷路器單元從第一位置移動到第二位置，禁用高壓電流；以及其他。
[0020]在上述方法的進一步非限制性實施例中，該方法包括按下斷路器單元的維修按鈕。
[0021]在上述方法的任何一個進一步非限制性實施例中，執(zhí)行移除步驟以響應(yīng)接觸器的觸點粘結(jié)在一起。
[0022]在上述方法的任何一個進一步非限制性實施例中，禁用步驟包括將斷路器單元的尖頭置于接觸器的至少兩個觸點之間。
[0023]在上述方法的任何一個進一步非限制性實施例中，該方法包括在移除步驟之后，用新的集成接觸器/斷路器組件替換該組件。
[0024]前述段落、權(quán)利要求或以下說明書和附圖中的實施例、示例和可選方案，包括它們的各種方面或各自的個體特征，可以獨立地或以任意組合的形式獲得。關(guān)于一個實施例描述的特征適用于所有的實施例，除非這些特征互不相容。
[0025]從以下的詳細說明中，本發(fā)明的各種特征和優(yōu)勢對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。伴隨詳細說明的附圖可以簡要描述如下:

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1圖示地說明了電氣化車輛的動力系統(tǒng)。
[0027]圖2說明了可以合并到電氣化車輛的儲能設(shè)備中的集成接觸器/斷路器組件。
[0028]圖3說明了集成接觸器/斷路器組件的斷路器位置。
[0029]圖4圖示地說明了一種車輛維修方法。

【具體實施方式】
[0030]本發(fā)明涉及一種用于電氣化車輛的集成接觸器/斷路器組件。示例性組件在一個單一的組合單元中作為標準接觸器和手動操作的斷路器操作。在某些車輛條件期間，可以使用集成組件以將高壓儲能設(shè)備(例如蓄電池)與高壓總線隔離。本發(fā)明的集成接觸器/斷路器組件通過集成組件和功能減小了重量和花費并且提高了儲能設(shè)備的可靠性，以及其他。
[0031]圖1圖示地說明了一種用于電氣化車輛12 (如HEV)的動力系統(tǒng)10。雖然被描述為HEV，但是應(yīng)當理解的是，在此描述的概念不限于HEV且可以延伸至其它電氣化車輛，包括但不限于PHEV、BEV以及燃料電池車輛。
[0032]在一個實施例中，動力系統(tǒng)10是功率分流動力系統(tǒng),其使用第一驅(qū)動系統(tǒng)和第二驅(qū)動系統(tǒng)，其中第一驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)動機14和發(fā)電機16 (即第一電機)的結(jié)合，第二驅(qū)動系統(tǒng)至少包括一個電機36 (即第二電機)，發(fā)電機16和儲能設(shè)備50。例如，電機36,發(fā)電機16和蓄電池50可以組成動力系統(tǒng)10的電驅(qū)動系統(tǒng)25。第一和第二驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩以驅(qū)動電氣化車輛12的一組或多組車輛驅(qū)動輪30，如下文更詳細地討論。
[0033]發(fā)動機14(如內(nèi)燃機)和發(fā)電機16可以通過動力傳輸單元18連接。在一個非限制性實施例中，動力傳輸單元18是行星齒輪組。當然，其它類型的動力傳輸單元，包括其它齒輪組和變速器，可以用于連接發(fā)動機14至發(fā)電機16。動力傳輸單元18可以包括環(huán)形齒輪20，中心齒輪22和托架組件24。當發(fā)電機16擔當發(fā)電機以轉(zhuǎn)變動能為電能時，其由動力傳輸單元18驅(qū)動。作為選擇，發(fā)電機16能夠起電機的作用以轉(zhuǎn)變電能為動能，從而輸出轉(zhuǎn)矩至連接到動力傳輸單元18托架組件24的軸26。因為發(fā)電機16可操作地連接到發(fā)動機14，發(fā)動機14的速度可以由發(fā)電機16控制。
[0034]動力傳輸單元18的環(huán)形齒輪20可以被連接至軸28，軸28通過第二動力傳輸單元32被連接至車輛驅(qū)動輪30。第二動力傳輸單元32可以包括具有多個齒輪34A、34B、34C、34D、34E和34F的齒輪組。其它動力傳輸單元也是適合的。齒輪34A-34F從發(fā)動機14傳遞轉(zhuǎn)矩至差速器38為車輛驅(qū)動輪30提供牽引力。差速器38可以包括多個能夠傳遞轉(zhuǎn)矩至車輛驅(qū)動輪30的齒輪。第二動力傳輸單元32通過差速器38機械地與車橋40耦接以分配轉(zhuǎn)矩至車輛驅(qū)動輪30。
[0035]電機36也可以通過輸出轉(zhuǎn)矩至也連接至第二動力傳輸單元32的軸46來驅(qū)動車輛驅(qū)動輪30。在一個實施例中，電機36和發(fā)電機16是再生制動系統(tǒng)的一部分,其中，電機36和發(fā)電機16都可以用作電機以輸出轉(zhuǎn)矩。例如，電機36和發(fā)電機16各自能夠輸出電能至高壓總線48和儲能設(shè)備50。儲能設(shè)備50可以是一個能夠輸出電能以操作電機36和發(fā)電機16的高壓電池。電氣化車輛12也可以結(jié)合其它類型的儲能設(shè)備和/或輸出設(shè)備使用。
[0036]電機36、發(fā)電機16、動力傳輸單兀18以及動力傳輸單兀32通常被稱為電氣化車輛12的變速驅(qū)動橋42或變速器。因此，當駕駛員選擇一個特定的檔位時，通過為車輛驅(qū)動輪30提供牽引力，適當?shù)乜刂谱兯衮?qū)動橋42為使電動車輛12前進提供相應(yīng)的檔位。
[0037]此外，動力系統(tǒng)10可以包括用于監(jiān)測和/或控制電氣化車輛12的各個方面的控制系統(tǒng)44。例如，控制系統(tǒng)44可以與電驅(qū)動系統(tǒng)25、動力傳輸單元18、32或其它組件通信以監(jiān)測和/或控制電氣化車輛12?？刂葡到y(tǒng)44包括電子設(shè)備和/或軟件以為操作電氣化車輛12執(zhí)打必要的控制功能。在個實施例中，控制系統(tǒng)44是車輛系統(tǒng)控制器和動力系統(tǒng)控制模塊的組合(VSC/PCM)。雖然被示為單個硬件設(shè)備，但是控制系統(tǒng)44可以包括多種以多種硬件設(shè)備或一個或多個硬件設(shè)備中的多種軟件控制器的形式的控制器。
[0038]控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN) 52允許控制系統(tǒng)44與變速驅(qū)動橋42通信。例如，控制系統(tǒng)44可以接收來自變速驅(qū)動橋42的信號以表明檔位之間的轉(zhuǎn)變是否正在發(fā)生?？刂葡到y(tǒng)44也可以與儲能設(shè)備50的電池控制模塊或其它控制設(shè)備通信。
[0039]此外，電驅(qū)動系統(tǒng)25可以包括一個或多個控制器54，例如逆變器系統(tǒng)控制器(ISC)。控制器54配置用于控制變速驅(qū)動橋42內(nèi)的特定組件，例如發(fā)電機16和/或電機36，例如用于支持雙向功率流。在一個實施例中，控制器54是一個與可變電壓轉(zhuǎn)換器結(jié)合的逆變器系統(tǒng)控制器(ISC/VVC)。
[0040]除了儲能設(shè)備50之外，電氣化車輛12也可以配備有一個或多個額外的電源。例如，電氣化車輛12可以包括用于給各種車輛負載提供動力的燃料電池系統(tǒng)55和/或超限額系統(tǒng)(ultra cap system)57。在一個實施例中，燃料電池系統(tǒng)55和超限額系統(tǒng)57設(shè)置為與儲能設(shè)備50平行的電源。應(yīng)當領(lǐng)會的是，電氣化車輛12可以配備有任意電源的結(jié)合。
[0041]儲能設(shè)備50可以包括一個或多個接觸器60，用于選擇性地打開和關(guān)閉儲能設(shè)備50和電氣化車輛12的在高壓總線48上的電機16，36或其它負載之間的連接。在一個實施例中，接觸器60擔當高壓繼電器，用于以電子方式轉(zhuǎn)換至電動車輛12的各種負載的電源電流。例如，接觸器60可以連接或斷開儲能設(shè)備50中產(chǎn)生的傳送至或來自電機16，36的高壓電能。
[0042]當處于關(guān)閉位置時，接觸器60將儲能設(shè)備50連接至高壓總線48上的電機16，36。作為選擇，當接觸器60處于打開位置時，從高壓總線48上斷開或隔離儲能設(shè)備50。
[0043]在一個非限制性實施例中，儲能設(shè)備50可以使用兩個接觸器60，其中一個接觸器是預(yù)充電接觸器。接觸器60都關(guān)閉以響應(yīng)車點火開關(guān)啟動的條件。在電氣化車輛12正常操作期間，預(yù)定電量達到之后，預(yù)充電接觸器打開。其它接觸器打開以從高壓總線48上隔離儲能設(shè)備50以響應(yīng)車點火開關(guān)關(guān)閉的條件。
[0044]在另一個非限制性實施例中，至少儲能設(shè)備50的接觸器60之一包括集成斷路器單元，其可以被驅(qū)動以使電氣化車輛12準備維修程序。一個這樣的集成接觸器/斷路器組件描述如下并相對于圖2，3和4進行了說明。
[0045]圖2說明了一種集成接觸器/斷路器組件99，其可以用在儲能設(shè)備中，例如電池組件或圖1的電氣化車輛12的儲能設(shè)備50。集成接觸器/斷路器組件99包括接觸器60和與接觸器結(jié)合的斷路器單元80。在本發(fā)明中，術(shù)語“集成”意思是接觸器60和斷路器80被包裝在一個單一的組合單元而不是在儲能設(shè)備50中彼此遙遠地設(shè)置。
[0046]集成接觸器/斷路器組件99的接觸器60包括外殼62，至少一個固定觸點64 ((圖2所示的兩個)，至少一個可移動觸點66和線圈68。固定觸點64，可移動觸點66和線圈68各自封裝在外殼62內(nèi)。
[0047]在一個實施例中，固定觸點64是高壓引腳。固定觸點64連接到高壓總線48。在另一個實施例中，可移動觸點66配置為母線。這些示例性配置不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0048]集成接觸器/斷路器組件99的接觸器60在圖2中的打開位置進行了描述。在打開位置，可移動觸點66與固定觸點64分開，以便缺口 65延伸到它們之間。在這樣的位置，儲能設(shè)備50(見圖1)與高壓總線48隔離。換言之，當接觸器60處于打開位置時，將儲能設(shè)備50與它的各種負載斷開。
[0049]可移動觸點66由軸74支撐。線圈68至少部分纏繞在軸74周圍。線圈68的通電由控制單元86控制以控制軸74的運動。例如，為了關(guān)閉集成接觸器/斷路器組件99的接觸器60，線圈68由電流激發(fā)以朝向固定觸點64的Dl方向移動可移動觸點66。接觸器60可以關(guān)閉以響應(yīng)車輛啟動的條件或其它條件。一旦接觸器60關(guān)閉，高壓電流可以流過固定觸點64至高壓總線48給電氣化車輛12的一個或多個負載(如電機36，控制器54等)提供動力。
[0050]在一個實施例中，斷路器單元80包括維修按鈕82和連接到維修按鈕82上的尖頭84。斷路器單元80可以由一件組成或可以由多件構(gòu)造成。尖頭84可以延伸到外殼62內(nèi)。維修按鈕82可以相對于外殼62的外壁88設(shè)置以便維修技術(shù)員可以夠到。
[0051]斷路器單元80可在第一位置X(見圖2)和第二位置X’(見圖3)之間移動以阻止可移動觸點66接觸固定觸點64。在一個實施例中，維修按鈕82可以在方向D2驅(qū)動，例如通過按下，以移動尖頭84至可移動觸點66與固定觸點64之間的位置。方向D2是不同于方向Dl的方向。在一個非限制性實施例中，方向D2與方向Dl垂直。
[0052]一旦移動到圖3所示的第二位置V，斷路器單元80阻止可移動觸點66接觸固定觸點64，從而防止高壓電流流過集成接觸器/斷路器組件99至高壓總線48。在一個實施例中，在第二位置X’，維修按鈕82直接抵接外殼62的外壁88。一旦移動斷路器單元80到圖3所示的第二位置X’，可以維修電氣化車輛12。
[0053]此外，集成接觸器/斷路器組件99可以包括作為蓄電池保護電路的一部分的傳感器90和保險絲92。傳感器90配置用于檢測從接觸器60的固定觸點64流出的電流的電壓。檢測到的信息被傳送到控制單元86?？梢詫⒖刂茊卧?6編程為執(zhí)行一個或多個與集成接觸器/斷路器組件99有關(guān)的操作。在一個非限制性實施例中，為了打開/關(guān)閉接觸器60，根據(jù)它從傳感器90接收到的信息，控制單元86可以命令線圈68的通電/不通電。
[0054]保險絲92可以選擇性地中斷電路以防止高壓電流被傳送到高壓總線48。例如，在傳感器90檢測到電池過載的情況下，保險絲92可以提供短路保護。
[0055]圖4繼續(xù)參考圖1，2和3圖示地說明了一種用于維修電氣化車輛的高壓組件的車輛維修方法100。例如，為了維修電氣化車輛12的儲能設(shè)備50，控制器54，電機36或任何其它組件，可以執(zhí)行該方法100。該方法100可以由維修技術(shù)員或一些其它授權(quán)的個人執(zhí)行。
[0056]該方法100開始于框102以響應(yīng)車輛點火開關(guān)關(guān)閉的條件，在圖中圖示地示出。下一步，在框104，技術(shù)員可以接合集成接觸器/斷路器組件99的斷路器單元80。然后，在框106中可以確定斷路器單元80的維修按鈕82是否關(guān)閉。在一個實施例中，框106包括按下維修按鈕82以試圖將尖頭84置于接觸器60的可移動觸點66和固定觸點64之間。
[0057]如果在框106斷路器單元80的維修按鈕82可移動到例如圖3所示的第二位置X’，在框114禁用車輛高壓。然而，如果維修按鈕82不關(guān)閉，這表明接觸器60的固定觸點64和可移動觸點66很可能粘結(jié)到一起了(見框108)。
[0058]如果在框106和108可以確定接觸器60已粘結(jié)在一起，在框110手動移除集成接觸器/斷路器組件99且在框112用新的集成接觸器/斷路器組件99進行替換。然后，該方法100轉(zhuǎn)到框114，禁用車輛高壓電流。在一個實施例中，通過將斷路器單元80從第一位置X移動到第二位置X’(見圖2和3)禁用車輛高壓電流。當斷路器單元80移動至第二位置X’時，阻止可移動觸點66接觸固定觸點64。
[0059]最后，在框116，技術(shù)員可以在電氣化車輛12上執(zhí)行想要的維修過程。每當在電氣化車輛上需要維修程序時，維修技術(shù)員可以執(zhí)行方法100。
[0060]雖然不同的非限制性實施例被示為具有特定的組件或步驟，但是本發(fā)明的實施例不限于那些特定的結(jié)合。使用來自于一些非限制性實施例的一些組件或特征結(jié)合來自于一些其它非限制性實施例的特征或組件是可能的。
[0061]應(yīng)當理解的是，在幾個附圖中，同樣的附圖標記標識相應(yīng)的或相似的元件。應(yīng)當理解的是，雖然在這些示例性實施例中公開和說明了特定的組件排布，但是其它排布也可以受益于本發(fā)明的教導(dǎo)。
[0062]前面的描述應(yīng)當被解釋為說明性的而不是限制的意義。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以作某些修改。因為這些理由，應(yīng)該研究以下的權(quán)利要求以確定本發(fā)明真實的范圍和內(nèi)容。
【權(quán)利要求】
1.一種集成接觸器/斷路器組件，其特征在于，包括: 固定觸點； 可移動觸點，其相對所述固定觸點選擇性地可移動；以及 斷路器單元，其配置用于阻止所述可移動觸點接觸所述固定觸點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述固定觸點是高壓引腳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述可移動觸點是由軸支撐的母線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的組件，其特征在于，包含至少部分纏繞在所述軸周圍的線圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述斷路器單元在第一位置和第二位置之間可移動，在第一位置，所述固定觸點和所述可移動觸點可以彼此接觸，在第二位置，阻止所述固定觸點和所述可移動觸點彼此接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述斷路器單元包括維修按鈕和從所述維修按鈕延伸的尖頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的組件，其特征在于，所述尖頭可移動到所述固定觸點和所述可移動觸點之間的位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，所述斷路器單元可在第一方向移動且所述可移動觸點可在不同的第二方向移動。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，包含配置用于命令所述可移動觸點向所述固定觸點移動的控制單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組件，其特征在于，包含傳感器和保險絲，所述傳感器配置用于檢測通過所述固定觸點的電流，所述保險絲配置用于中斷所述電流流動。
【文檔編號】H01H47/02GK104465230SQ201410492023
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月24日
【發(fā)明者】菲利普·邁克爾·岡薩雷斯, 雷·C·西恰克 申請人:福特全球技術(shù)公司