CN109792139B - 用于车辆的混合配电中央单元 - Google Patents

Abstract

描述了一种混合设备(1)，包括设置有至少一个盖子(3)的盒子(2)，其在内部限定用于耦接特定类型的功能模块(12、13、14)的多个基座(S1至SN)，所述盒子(2)还具有用于向耦接在盒子(2)中的所有功能模块(12、13、14)供电的电源模块(11)。功能模块可根据其尺寸，而不是根据其特定类型的功能来切换，从而使得混合设备(1)能够同时地使用不同类型的功能模块。

Description

用于车辆的混合配电中央单元

技术领域

本发明涉及一种由不同模块组成并应用于机动车辆的混合配电中央单元。更具体地，本发明涉及一种混合配电中央单元装置，包括与控制元件和开关元件互连的继电器和熔断器，以确保电气保护程度最高，电路复杂程度最低。

背景技术

如本领域所公知的，机动车辆最初仅作为基于内燃机的机械车辆出现。多年来，已经结合了越来越多的电气装备和装置以增加车辆的功能性和驾驶性能。作为这种演变的结果，出现了真正的嵌入式电网，其包括能源(电池和/或交流发电机)、电动装置(前灯、音响系统等)、以及配电中央单元(也被称为熔断器盒)，所有这些元件通过相应的电布线适当地互连。最后，随着将电子装置结合到车辆中，由处理单元(ECU、TCU、BCM等)控制，通过将电子通信网络结合到先前存在的电布线中，车辆的布线成倍增加。电气电子(electro-electronic)系统的这种演变在1987年呈现出时间框架(time frame)，当时第一辆车出现在市场上，其机械部件的生产成本低于其电气电子系统的生产成本。

由于这种演变，配电中央单元也发展到反映了嵌入式电气电子系统的量(quantitative)和质(qualitative)的增长。基本上，有三种类型的配电、保护和开关中央单元(PDC)，它们由于在市场上仍然经过验证的各种各样的电气电子输入而仍然存在于当前的车辆中。

最古老的解决方案是所谓的硬连线(HW)解决方案。这种类型的技术具有电力单元，该电力单元具备将电线束直接连接到保护和开关部件的功能。在这种类型的解决方案中，(介电材料的)底座在其上表面上容纳电部件(熔断器和继电器)，将该电部件(熔断器和继电器)嵌入在相应的基座中、模制、并电耦接在固定在基座上的母连接器中。在下侧通过将电缆端子直接连接到固定在底座上的电触点来进行这些部件中的每一个的电耦接，而通过由“母线(Bus-bar)”或金属条组成的内部电路进行等电位连接。

标识为冲压引线框架(SL)的解决方案包括电力单元，所述电力单元具有通过具有“n”个金属层的电路将电线束(electrical wire harness)连接到保护和开关部件的功能。通过使用插入到公层压端子(male laminated terminal)的各种类型材料的母/母端子(female/female terminal)来实现部件和内部电路之间的连接，该公层压端子源于金属冲压电路的附件的折叠(folding)。在PDC-SL塑料主体上有“接头(header)”(电线束的母连接器的对应部分)，其具有集中和保护与电线束连接的各个公端子的功能，其也源于金属冲压电路的附件的折叠。

最后，称为印刷电路板(PCB)的解决方案包括具有通过由玻璃纤维或酚醛制成的印刷电路板将电线束与保护和开关部件连接的功能的电力单元。因此，印刷电路板提供有若干公连接器，以便容纳保护和开关部件，尤其是熔断器和继电器等。

显然，所有解决方案都有其优点和缺点，例如连接类型、成本等。然而，所有解决方案都具有共同的技术单元，即，它们在本领域中不被称为混杂或混合技术电力单元。

理论上，混合型电力单元可以包含每种已知解决方案的最佳优点，消除或至少减少与每种解决方案相关的缺点。

本发明涉及配电中央单元的概念：可以通过各部件的目录以计划的方式来调整配电中央单元，这允许对不同类型和特性的模块进行分组，使得该解决方案在混合和模块化的同时还可扩展而且灵活。更具体地，本发明涉及由各模块组成的混合配电中央单元的配置，根据需要，该配置允许通过缆线或冲压金属条(母线)互连的开关元件(继电器)和保护元件(熔断器)的数量，从而确保电气保护的程度最高，电路复杂程度最低。

关于背景技术，文献US 5179503公开了一种具有用于安装多个可互换支撑模块的壳体的模块化汽车配电单元。每个支撑模块适于支撑特定的电气部件，例如ISO继电器、迷你熔断器、最大熔断器等，并且所述支撑模块是相同的，以允许在壳体中可互换位置，以用于电气组件的选择性组合变化。然而，这样的文献没有预期到可以断开大功率电路的预熔断器。熔断器在母线上的固定是螺柱安装，而不是夹具安装。因此，与US5179503相比，本发明特征在于压降更小，因此能支持更高的功率，两者都在相同的条件下进行评估。此外，本发明具有优化质量和模块化空间的优点。

文献US 20070228826公开了用于车辆中的电气和通信系统架构的灵活、可扩展的模块化方法的实施例。根据US 20070228826的某些实施例，标准化的大容量部件和壳体(被称为插入式模块PIM)用于车辆电气中心。可以在任何制造的车辆上使用(不同数量的)相同的PIM。此外，PIM特征在于具有“L”锁定系统，该系统可以稳定各模块防止其受到机械冲击、振动和噪音的影响，影响整体性能。然而，所述方案没有预熔断器以便断开大功率电路。

文献US 4842534公开了一种用于汽车应用的熔断器/母线组件，其描述了高导电材料的整体母线；安装在其上的固定端子；与固定端子间隔开的分立端子；插入式熔断器，将分立端子与安装在母线上的固定端子连接，插入式熔断器有两个片，其中一个片插入固定端子，另一个片插入分立端子，使用插入式熔断器将分立端子电连接至母线。熔断器/母线组件由两种不同厚度的材料制成。母线由细长金属板制成，并且固定端子由高导电金属条制成。该方案采用了中等功率电路和SL技术和HW技术。然而，该方案没有预期或者甚至启示电路可以是模块化的。

文献US 5581130描述了一种具有安装在平坦的底座或支撑件上的可拆卸模块的电路，所述模块至少通过耦合方法而电连接，使得用于车辆的电气装置的电源系统是模块化的，而不与任何特定类型或型号的车辆相关联。然而，所提出的解决方案没有预期使用HW方案，并且由于没有预熔断器，因此没有一次配电(primary distribution)。此外，US5581130不具有防流体保护和高温保护。

文献US 5928004公开了一种用于汽车的电连接盒，其目的是减小盒子(例如接线盒)的尺寸，并且能够在电连接盒中安装紧凑的集成熔断器。内部电路布置在壳体中，所述壳体被划分成下罩和上罩，并且分成大电流电路、中等电流电路和小电流电路。大电流电路包括母线、电流布线电路和端子电流电路，以及小电流电路包括柔性印刷电路(FPC)。在FPC的上表面上设置有熔断器盒，所述熔断器盒中安装有紧凑的集成熔断器。然而，US 5928004没有预熔断器，即，断开大功率电路的模块。

发明目的

本发明的第一个目的是一种用于车辆的混合配电中央单元，其包括将车辆的电气/电子布线的端子连接到保护元件、开关元件和其他部件的不同方式。

本发明的第二个目的是一种用于模块化类型的车辆的混合配电中央单元，即，能够容纳和连接不同类型和特性的一个或多个单独的模块，而所述模块被标准化且尺寸化，使得它们可以连接到任何如此生产的混合电力单元。

本发明的第三个目的是一种模块化类型的混合配电中央单元，其外部设计允许所述混合配电中央单元用于若干车辆线，这些所述线用于当地不同的消费者市场。在混合配电中央单元内部可以耦接一个或多个单独的模块，根据当地消费者市场的特定特性和车辆所需的功能来进行所述模块的选择。

发明内容

这些和其他目的是通过根据本发明的用于车辆的混合配电中央单元来实现，该混合配电中央单元是模块化的并且在其中包括具有相同大小的多个S1至SN基座，并且它能够在相应的一个或多个相邻基座中容纳不同类型的多个功能模块中的至少一个。更具体地，所述混合配电中央单元包括由底座、侧壁、前壁、后壁、以及盖子限定的壳体(盒子)，从而在内部限定用于耦接特定类型的功能模块的多个基座(S1至SN)。壳体(盒子)的前壁包括下部区域，以便容纳用于所有功能模块的电源模块，所有功能模块在壳体(盒子)的相应基座(S1至SN)中耦接。

所述功能模块具有HW类型、或PCB类型、或SL类型，并且可以根据车辆的控制和功能来选择。从尺寸的观点来看，任何一个功能模块的宽度等于基座(S1至SN)宽度的倍数。

此外，壳体(盒子)的前壁和后壁中的每一个在内部具有在基座(S1至SN)附近的一对凹槽，每个凹槽限定纵向开口并具有L形横截面，并且每对凹槽能够容纳功能模块中的任何一个的相应的一对耦接件，每个所述耦接件从相应的功能模块的主体突出并且具有L形。在壳体(盒子)前壁的外部、下部区域的正下方设置有耦接件，以通过耦接来容纳电源模块，并且这种电源模块具有倒L形并且包括：金属板形式的母线，电触点固定在所述母线上，所述电触点具有相应的孔，能够通过装配和螺纹将电触点耦接到功能模块的触点的电耦接引脚；支撑结构，其形状设计成通过装配容纳电源引脚；该结构的凸起，其设置在电源模块的侧面上并且用来容纳和耦接用于下部闭合和母线支撑的盖子。最后，将母线连接到引脚的电触点包括预熔断器。

考虑到这一前提，验证了使用混合且模块化的配电中央单元的可行性，考虑到每个应用设计的需要，能够将每个系统的最有利特性汇集在一起并消除、逆转或减轻不利特性。因此，模块化的解决方案在提供的分组和内容配置方面展现了更大的灵活性，从而减少了开发时间和成本。该解决方案还允许更多数量的关于空间分布的替代方案，并且由于其模块化的本性，允许在考虑到技术随时间的饱和度的情况下开发设计，为每种类型提供足够数量的功能，并有效地降低了随着时间的推移需要增加电力单元的风险，该风险会导致高布线成本，并且由于空间的原因可能是不可行的。

附图说明

根据以下参照附图的仅为说明性的本发明的优选的非限制性实施例的详细描述，将更好地理解本发明的目的，其中：

图1A、图1B和图1C是车辆发动机舱的局部视图，其中根据本发明的混合配电中央单元分别按照正视图、俯视图和剖视图布置；

图2是图1的混合配电中央单元的顶视图，其中盖子被移除以示出模块布局；

图3示出了混合配电中央单元的示意性组装顺序；

图4示出了设计为用于实现各种应用配置的功能模块和电源模块的示例性目录；和

图5示出了电源模块的分解透视图。

具体实施方式

根据附图，图1总体上表示根据本发明的用于车辆的混合配电中央单元。具体地，所述混合配电中央单元1由壳体(盒子)2限定，壳体(盒子)2设置有盖子3，盖子3内部具有多个功能模块12、13和14以及电源模块11(参见图4)，并且每个都有具体的和特定的类型。

更具体地，所述壳体(盒子)2具有特定的形状，并且它被预先设计成能够容纳一定量的模块11、12、13和14，每个模块具有特定的大小和功能类型。

更具体地，所述壳体(盒子)2包括底座21，该底座21设计有成对的前壁22和后壁22以及侧壁23，它们分别彼此相对。在壳体(盒子)的前壁22和后壁22的内部，还优选地提供有L形横截面凹槽24。此外，所述凹槽24成对制造，一对凹槽的各个凹槽24之间的距离总是恒定的并且小于任意一个功能模块12至14的宽度。另一方面，功能模块12至14中的任何一个也分别具有L形横截面的耦接件25，耦接件25也是成对的，以允许将一对耦接件25插入到一对壳体(盒子2)内部的凹槽24中。

如图2所示，HW技术功能模块12具有最小宽度。在这种情况下，所述模块12仅具有一对耦接件25，所述耦接件25进入到壳体(盒子)2的相应内部凹槽24中，因此仅占据所述壳体(盒子)2的一个基座S3。PCB技术模块13的宽度是模块12的宽度的两倍，因此具有两对耦接件25，它们进入到两对凹槽24，即，占据与壳体(盒子)2的两个相邻基座(例如S1和S2)相对应的空间。同样地，尽管没有示出，但是一种可能模块的宽度对应于图2的模块12的宽度的三倍，该模块将具有三对耦接件25，并且因此占据与壳体(盒子)2的三个基座(例如，S1至S3)相对应的空间。

还应注意，在模块化概念中，不管壳体(盒子)2的形状和/或尺寸如何，前壁22和后壁22之间的距离是恒定的并且对应于模块12至14中的任何一个的长度，而各侧壁23之间的距离则根据壳体(盒子)2的基座S1至SN的限定容量而变化。此外，与壳体(盒子)2内的功能模块12至14中的任何一个的耦接确保壳体(盒子)2在任意一个已安装模块与壳体(盒子)2本身的底部之间具有空间。这样的空间用于安装例如各功能模块12(接头)的相应的连接器，以及用于安装电缆和电线，所述电缆和电线将各模块(熔断器、致动器、继电器等)的每个电元件电连接到车辆的电装置或电子装置(前大灯、空调、挡雨刷器等)。此外，壳体(盒子)2还具有孔6和7，以使将连接到相应的模块11至14的电线束穿过这些孔6和7。

所述前壁22还具有下部区域(见图3)并且设置有前耦接件26，以将电源模块11耦接到所述壁22。具体地，所述电源模块11具有倒L形截面形状，等电位引脚27从电源模块11突出(见图5)，功能模块12至14的触点5插入到电源模块11，以便将电能从电池4(见图1A)供应到所述功能模块。

如图5所示，所述电源模块11包括支撑结构28，其成形为通过装配容纳电源母线29。在模块11的侧面上是凸起31，其用来容纳和耦接盖子30，所述盖子30用于闭合下部和支撑母线29。此外，所述母线29由金属板32限定，母线29被固定在金属板32上，并且优选地铆接电触点33、34。所述电触点33、34还具有相应的孔35，所述孔35能够通过装配和螺纹将电触点33、34耦接到用于功能模块12至14的触点5的电耦接引脚27。显然，如本领域技术人员所清楚的，引脚5的数量以及因此电源模块11的大小取决于待供电的功能模块的数量，即，壳体(盒子)2的大小和分配在壳体(盒子)2中的基座的数量。

更具体地，在金属板32的主体上，均为折叠刀片的形式的电触点34以及电触点33通过铆接固定，但是预熔断器36在金属板32的主体与电触点34以及电触点33之间。因此，通过相应的预熔断器36对功能模块12至14进行电保护，其中通过连接到所述电触点33中的一个来对功能模块12至14进行馈电。另一方面，没有预熔断器36的电触点34可以被保留为用于任何不需要这种电保护的功能模块12至14的电源，或者电触点34可以用作额外的电输出或用作用于电源模块11的母线29的电力电源。例如，电触点33可以通过其相应的引脚27连接HW 12功能模块，在HW 12功能模块中仅布置电熔断器(连接到前照灯，手电筒等)，因此不需要存在预熔断器。另一方面，设置有预熔断器36的电触点33可以用于向PCB类型的功能模块14供电，在PCB类型的功能模块14中嵌入有更敏感的电子部件或电部件，例如处理器、传感器等。

关于所述模块，其示例在图4中示出，例如，这些模块可以在功能上分组为电源模块(11A至11C)和所提到的各功能模块(例如，HW模块(12A至12E)、PCB模块(13A至13D)和SL模块(14A至14B))。这些模块中的每一个都从功能的角度来操作，以便执行与其每个部件相关的功能，尽管它们的组装和连接的形式是特定的，并且与组装这些部件的模块的特定类型相关联。此外，具体地，所述模块中的每一个具有特定且预定的大小。因此，例如，在图4所示的说明性模块中，模块HW 12E、PCB 13A或SL 14A的整体尺寸(特别是宽度)是模块HW12A、PCB 13D或SL 14B的宽度的两倍，但是是模块13C的大小的一半。此外，PCB模块13D具有与所述HW模块12A、12B或12C类似的大小，并且大约是模块13A和13B的大小的一半。

这种特征在本发明的一般概念中特别有趣和重要的，因为它允许不同类型的模块彼此可互换。

该概念的具体示例在图2中示出，其中壳体(盒子)2具有安装好的第一较大模块，例如PCB模块13A或13B。与其相邻地设置了较小模块，例如HW模块12A、12B或12C。除了上述模块之外，所述壳体(盒子)2还示出了未被占据的基座SN，根据本发明的主要特征，该基座SN可以填充有具有与该基座SN相容的大小的模块，而不管该模块类型如何。此外，根据安装有所述配电中央单元1的车辆的需要，前述第一模块(PCB)可以由诸如模块12E的HW模块代替。

为了保证其部件的可互换性而不管这些部件中的每一个的类型如何，壳体(盒子)2还具有由电源模块11中的一个电源模块限定的电力母线，以便容纳设置在各模块12、13或14中的每一个中的触点5。因此，可以提供从电池4到安装在壳体(盒子)2中的任何模块的集中式电源，这增加了所限定的基座S1至SN中的每一个中的模块12至14的可互换性。为此，可互换模块中的每一个必须设计成在预定位置处具有相应的触点5。

最后，所述壳体(盒子)2还具有孔6、7，以便容纳分配给将待定位在混合配电中央单元1的壳体(盒子)2内的各模块中的每一个的电布线。具体地，所述开口可以形成在壳体(盒子)2(孔7)的一个侧壁23中，或者所述开口可以是形成在壳体(盒子)2(孔6)的底座21中的孔。作为本发明的一个特别有趣的特征，将混合配电中央单元1与其它车辆的电装置和电子装置(灯、空调、雨刷器、传感器等)电互连的电布线不需要任何种类的改变，除了各种电布线到各模块的连接端子，这些端子必须符合模块类型的标准化连接形式。

图3是混合配电中央单元1的壳体(盒子)2内的模块组装的示意图。因此，一旦限定了混合配电中央单元1的功能需求(开关、电流控制等)(其为安装在车辆中的装备和附件的功能)，作为下一步，必须选择/设计更合适的壳体(盒子)2。应该注意的是，对于车辆线，必须考虑最基本的模型和最完整的模型的功能需求。换句话说，为了确定壳体(盒子)2的大小和特性，这应当根据模块/类型所需的所有可能组合来进行，以便混合配电中央单元1以任何适当的方式适当地作用于可能车辆线的特定车辆。

在限定了这些要求特征之后，设计壳体(盒子)2，壳体(盒子)2的组装最初包括各模块的电源、HW模块连接器和预熔断器的安装。此后，分配给特定车辆的每个功能模块在装配线上被顺序地耦接到先前限定和连接的基座。最后，组装盖子3和任何另外的盖元件，从而完成混合配电中央单元1。

可以观察到，混合配电中央单元1的模块化以高度积极的方式展示了它自己，因为它允许由各个模块组成，每一个模块由其自身的类型形成和限定。因此，可以通过根据模块的具体特性最合适的相应模块来执行混合配电中央单元1的每个功能。此外，由于各种模块在先前限定的基座或空间中可互换，因此可以调整特定的壳体(盒子)2，以便将其根据车辆的附件和嵌入式装置而具体应用于一系列车辆，无论每辆车具有何种控制需求。

因此，除了利用组装混合配电中央单元1所获得的时间之外，本发明中描述的解决方案仍然在与车辆发动机舱的设计和车辆线的电网相关的步骤中显示出实质性增益。

最后，由于所述混合配电中央单元1的模块化，可以通过先前的部件目录以计划的方式来配置所述混合配电中央单元1，这允许不同类型和特性的模块的分组，使得解决方案在混合和模块化的同时还可扩展和灵活。此外，本发明的混合配电中央单元由各功能模块组成，所述各功能模块根据需要允许通过缆线或冲压金属母线(母线)互连的开关元件(继电器)和保护元件(熔断器)的数量，确保了电气保护程度最高，且电路复杂程度最低。由于这些特性，可以根据混合配电中央单元壳体(盒子)的基本设计，使其内容和功能适应若干车辆线，即使这些车辆或车辆线是在不同的工业厂房中生产的、并且用于不同的消费者并具有特定的区域要求。从设计的角度来看，这种特性使得在车辆线的定制和区域化方面节省很多。

Claims (7)

1.一种用于车辆的混合配电中央单元（1），其为模块化单元，并且包括多个相同尺寸的基座（S1至SN），并且能够在相应的一个或多个相邻基座中容纳不同类型的多个功能模块（12、13、14）中的至少一个，

所述混合配电中央单元（1）包括由底座（21）、侧壁（23）、前壁（22）、后壁（22）、以及盖子（3）限定的壳体（2），通过在内部限定多个基座（S1至SN），所述多个基座（S1至SN）用于耦接功能模块（12、13、14），

所述壳体（2）的前壁（22）和后壁（22）中的每一个在内部具有在基座（S1至SN）附近的一对凹槽（24），并且每对凹槽（24）能够容纳所述多个功能模块（12、13、14）中的任何一个的相应的一对第一耦接件（25），

所述多个功能模块（12、13、14）中的所述至少一个功能模块具有等于所述基座（S1至SN）宽度的n倍的宽度，所述至少一个功能模块具有n对第一耦接件、并且占据所述壳体的n个相邻的基座，其中n为大于等于2的整数，以及

在所述壳体（2）的所述前壁（22）的外部、在所述壳体（2）的前壁的下部区域的正下方设置有第二耦接件（26），以耦接电源模块（11），并且其中所述电源模块（11）具有倒L形形状，并且所述电源模块（11）包括：

-母线（29），其为金属板（32）的形式，电触点（33、34）固定在所述金属板（32）上，所述电触点（33、34）具有相应的孔（35），所述孔（35）能够通过装配和螺纹耦接将电触点（33、34）耦接到用于所述多个功能模块（12至14）的触点（5）的引脚（27）；

-支撑结构（28），其具有容纳所述引脚（27）的形状；

-所述支撑结构（28）的凸起（31），其被设置在所述电源模块（11）的侧面上，并且用来容纳和耦接用于支撑母线（29）的盖子（30）。

2.根据权利要求1所述的混合配电中央单元，其中所述电源模块（11）用于向所述壳体（2）的相应基座（S1至SN）中耦接的所有功能模块（12、13、14）馈电。

3.根据权利要求1或2所述的混合配电中央单元，其中

所述功能模块是HW型（12）或PCB型（13）或SL型（14）。

4.根据权利要求1或2所述的混合配电中央单元，其中，根据所述车辆的控制和功能来选择HW型的功能模块（12）、PCB型的功能模块（13）或SL型的功能模块（14）。

5.根据前述权利要求1或2所述的混合配电中央单元，其中，所述一对凹槽（24）中的每个凹槽（24）限定纵向中空开口并且具有L形横截面，并且所述一对第一耦接件（25）中的每个第一耦接件（25）从相应的功能模块的主体突出并具有L形形状。

6.根据权利要求1所述的混合配电中央单元，其中，将所述母线（29）与所述引脚（27）互连的所述电触点（33）包括预熔断器（36）。

7.一种车辆，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的混合配电中央单元。

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