具有電流感測的電子器件單元的制作方法

專利名稱：具有電流感測的電子器件單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有電流感測能力的電子器件單元，諸如但不限于在交通工具內可操作的電子器件單元。背景電子器件單元可以被配置成濾波、整流、換流或以其他方式操縱電能。包括電子器件單元的部件可以根據由電子器件單元提供的操作和伴隨的能量需求來進行選擇。用于在較高電壓水平下操縱電能的電子器件單元因增大的電流要求而通常需要更大的電力需求。 這在如完全或部分電驅動的交通工具中，諸如但不限于電動交通工具(EV)和混合動力交通工具(HEV)中可能是有問題的，在這些交通工具中高電壓源可以用于以電方式給用于驅動交通工具的發動機提供動力。
附圖
簡述在所附的權利要求中指出了本發明所具有的特殊性。然而，通過參考下面結合附圖的詳細描述，本發明的其他特征將變得更明顯且本發明將獲得最佳理解。圖I闡釋了根據本發明一個非限制性方面的用于給交通工具電池充電的系統。圖2闡釋了根據本發明一個非限制性方面的電子器件單元；圖3a_3d和4闡釋了電子器件單元的部分組裝視圖；圖5a_5b闡釋了依據本發明的一個非限制性方面設想的電流傳感器；圖6闡釋了依據本發明的一個非限制性方面設想的電子器件單元；和圖7a_7b闡釋了電子器件單元的部分組裝視圖。詳述圖I闡釋了根據本發明的一個非限制性方面的用于用電網14提供的能量對交通工具電池12進行充電的系統10。電網14可以是住宅的或其他非交通工具的電源，其可操作來給電子器件單元16提供AC電流，電子器件單元16對AC電流進行整流并對交通工具電池12進行DC充電。電纜(未顯示)或其他部件可以在電子器件單元16置于交通工具內的情況下被用于將電網14電連接至電子器件單元16，和/或電纜可以在電子器件單元 16未置于交通工具內的情況下，諸如電子器件單元16是充電站的一部分的情況下被反過來用于將電子器件單元16連接至交通工具電池12，或連接至交通工具內的插座。本發明主要關于電子器件單元16進行描述，該電子器件單元16被包括在交通工具內且可操作來整流、換流或以其他方式處理三相AC電流用于電池12的DC充電。電子器件單兀16可以作為模塊或較大的電池充電器(未顯不)的其他部件或電池充電器系統(未顯示)的其他部件。這確實是基于示例性的目的且無意于限制本發明的范圍和設想，因為本發明充分設想了單相AC能量的使用和用AC或DC能量對電池充電。本發明還設想能量源是交通工具內的設備，諸如交流發電機或發電機，以允許在電網不存在時使用電子器件。圖2闡釋了依據本發明的一個非限制性方面設想的電子器件單元16’以將通過第一輸入母線20、第二輸入母線22和第三輸入母線24 (如果輸入需要接地或其他連接，那么可以包括四個或更多個母線，或也可以包括更少的母線)接收的三相AC處理成由第一輸出母線26和第二輸出母線28傳送至電池12或其他交通工具負載的DC輸出。電子器件單元 16’包括顯示為由第一部分32和第二部分34組成的殼體30。第一部分32大體界定了占用區域(footprint)和側壁，而第二部分34大體界定了安裝到第一部分32之上的帽蓋或蓋以包封電子器件和其內的其他物品。殼體30顯示為在靠近第一部分32的底部處被連接至整流器36。圖3a-3d闡釋了電子器件16’的部分組裝的視圖且用多個滑動夾具38、40、 42將底部的殼體部分32連接至整流器36的視圖。通過將滑動夾具40安裝到殼體30上的夾具46和突起以及整流器36上的蓋48 上，可拆裝地將底部的殼體部分32固定至整流器36 (參見圖3b)。一旦滑動夾具40相對于殼體30和整流器36被合適地設置，那么當滑動夾具40繼續向右移動時(參見圖3c到圖 3d的移動)，滑動夾具40可以被橫向滑動以使傾斜的橫向構件52產生阻塞配合。在向右移動過程中，滑動夾具40中的頂部開口 54接合殼體夾具46，直至殼體夾具的桿56接合滑動夾具40的下面上的凹凸部(未顯示)。殼體夾具46被顯示為包括擋塊58，擋塊58突起穿出頂部開口 54以防止滑動夾具40進一步向右行進。滑動夾具40的底部唇狀物60接合換流器唇狀物48以實現壓縮配合。由滑動夾具38、40、42提供的緊固可以與用于將電子器件單元16’安裝到交通工具結構(未顯示)的緊固件62、64、66、68操作，交通工具結構諸如但不限于冷卻板。圖4闡釋了電子器件單元16’的部分組裝的視圖。整流器36包括第一輸入端子 76、第二輸入端子78和第三輸入端子80以及第一輸出端子82和第二輸出端子84，其中每一個可操作以便在母線20、22、24、26、28中的相應母線內建立電連接。整流器36可以包括布置在整流器電路(未顯示)內的許多開關(未顯示)和整流器控制器(未顯示)，該整流器控制器可操作來控制開關的開啟和閉合，以實現處理被輸入的能量所需的AC-DC轉換和 /或其他能量/電力管理操作，用于如依據本發明設想的那樣向電池進行輸出。整流器36 可以對應于本申請中提到的作為2010年5月25日提交的題目為“Electronics unit With Current Sensing (具有電流感測的電子器件單元)”的美國專利申請12/786，607中描述的電子器件單元的換流器，該專利申請在此通過引用并入。整流器36可以包括多個電連接片86或其他部件以有利于建立與第一印刷電路板 (PCB)90的電連接。該連接可以用于促進建立電控制、信息通信等。第一 PCB 90可以包括可操作來促進電子器件單元16’的多種電力管理能力(如下面更詳細的描述)的電子器件，其中包括具有可操作來控制整流器36的開關操作的電子器件。可選地，PCB 90可以替代換流器控制器用于控制整流器電路。屏蔽板92被顯示為置于整流器36與第一 PCB90之間。屏蔽板92可以包括金屬材料或其他足以防止或減輕電干擾被施加給第一 PCB 90和/ 或殼體30其他部分的材料，電干擾諸如由換流器開關操作產生的那些干擾。屏蔽92顯示為大體覆蓋殼體30的整個占用區域以有助于使期望的磁場屏蔽最大。任選地具有支撐結構的第二多層PCB 96顯示為被包括在電子器件單元16 ’內。第二 PCB 96可以與第一 PCB 90 一起操作來促進管理電力分配、告知/指示依賴電池充電或以其他方式與之相關的交通工具子系統、和/或進行任何數量的其他操作。依據本發明設想的一些管理操作可以包括-管理電池充電(有多少電流被輸送至電池的調節策略)。由于電池12內的電流和電壓可以根據電池充電、使用時間和系統需求來變化，此種管理可以包括根據這種變化調整電池充電工作點。-電力轉換(在電池充電期間對電子器件單元和任選其他交通工具子系統的較高水平的控制)。此種管理可以包括調整不同的電池狀態(電壓和電流水平)和來自不同的電網(單相、三相、穩定的或不穩定的...)。-插頭檢測和狀態(確認電纜與交通工具插座正確連接，諸如響應接近度檢測電路的輸出/消息進行確認)。此種管理可以包括在任何充電之前確保充電系統10是合適的且(對汽車、對使用者......)是安全的。-管理插頭鎖定(確保插頭正確地鎖定)。此種管理可以包括充電時控制電纜插頭的打開；避免連接到另一輛汽車中，即防止給兩輛交通工具充電-為不同的付費分別充電； 和與電網通信以便付費。-管理系統和外圍設備自動診斷(傳感器和致動器)以便在充電之前確保安全。-檢測供電網絡特征(居民電網和基于該電網按需調節，與電網通信以便付費，電網類型和電力可用性；接地安全連接檢測)。-在充電(充電系統)期間，管理電氣箱(PEB-具有開關的單元，其開啟或閉合充電路徑，或在直接DC充電的情況下繞過充電器)。-監測和管理溫度，原因是充電時冷卻是關鍵的，且因而控制溫度的演變，因為電子器件單元16可能經歷損失，該損失雖然小(不到5%)，但對傳輸多倍千瓦時進行管理是重要的。-管理互鎖(檢測所有系統連接器關閉)以控制能量流動產生時連接器的開啟，使得在萬一過早開啟時，系統10可以被停止。-管理過電壓/電壓不足和電流以在充電過程中保護系統10，使得系統10可以停止。-管理傳感器信息采集和成形。-管理用于控制和驅動電子器件的內部電源。-與EVC (具有主控制器的其他交通工具單元)通信和與交通工具的其他數字通信以告知充電過程并接收交通工具命令。本發明的一個非限制性方面設想測量DC輸出的電流以促進上述能量管理。由于是關于在電動交通工具或混合動力交通工具內的使用來描述電池12，因而設想電池是需要相對大量的充電電流的相對高電壓的電池。圖5a-5b闡釋了依據本發明的一個非限制性方面設想的魯棒的電流傳感器100，其測量DC電流輸出。電流傳感器100包括分流器102和電流測量PCB 104，電流測量PCB 104具有的電子器件可操作來基于在用于以支撐方式使測量PCB 104與分流器102隔開的第一引腳106和第二引腳108之間檢測到的壓差來確定 DC輸出電流。引腳106、108可以包括墊片以有利于焊接到分流器102。分流器102可以由多種材料構成，諸如銅和錳銅合金(用于測量壓差)。連接器112可以被包括在PCB 104 中的一個處以有利于連接至被包括在殼體30內的電子器件。殼體30可以包括孔114和罩 116以有利于連接器112設置在殼體內部中。分流器102可以包括相對于第一輸出端子82設置的一端和相對于第二輸出母線 28設置的第二端。孔118、120可以被包括在每一端處以有利于螺紋緊固件用于建立兩端之間的機械和電連接，諸如用于替代焊接，但是也設想使用焊接。殼體30可以包括梯田形露頭(terraced-shape outcropping) 122以支撐分流器102的下面。殼體30還可以包括第一柄腳128和第二相對的柄腳130，以便有利于牢固地定位分流器102 ;和可選的引導表面 132 (僅顯示了一個)，以便有利于在插入期間對準分流器。柄腳128、130的每一個可以包括傾斜的接合面136，傾斜的接合面136可與分流器102的前邊緣138 —起操作以使每一個柄腳128、130在分流器插入期間向外彎曲，直至分流器120的后邊緣140超過傾斜的接合面136的末端。一旦后邊緣140超過傾斜的接合面136的末端，那么傾斜的接合面136的背面上的固定面144與分流器102的后邊緣140接觸。可以選擇每一個柄腳128、130的長度，使得固定面144相對于分流器的后邊緣140被足以定位成產生與殼體30的側面的過盈配合。圖6和圖7a_7b闡釋了依據本發明的一個非限制性方面設想的電子器件單元16” 以將通過第一輸入母線20、第二輸入母線22和第三輸入母線24接收的三相AC處理成由第一輸出母線26和第二輸出母線28傳送至電池12或其他交通工具負載的DC輸出。電子器件單元16”包括顯示為由第一部分162和第二部分164組成的殼體160。第一部分162大體界定了占用區域和側壁，而第二部分164大體界定了安裝到第一部分162上的帽蓋或蓋以包封電子器件和其內的其他物品。殼體160顯示為在靠近第一部分162的底部處用多個滑動夾具38、40、42連接至上述整流器36。電子器件單元16”可以包括被包括在上述電子器件16’內的一些電子器件且可操作來執行一些或全部相同的功能。圖6所示的電子器件單元16”的電流傳感器170不同于上述電流傳感器100。此電流傳感器170顯示為包括霍耳效應傳感器172和c形分流器174 (參見圖7a)，與上述分流器28不同，分流器174可以是簡單的導電板(可忽略電阻且由單一材料構成，如銅)，類似于母線20、22、24、26。殼體162被相應改變以包括孔176和梯田形突起178以便支撐霍耳效應傳感器172的底面和分流器174。分流器174顯示為被連接在第一輸出端子82與第二輸出母線28之間以有利于確定輸出DC電流。霍耳效應傳感器172可以包括中空的中心，分流器174的一部分穿過該中空的中心以有利于電流測量。可以包括柔性的導線180 以有利于將霍耳效應傳感器172電連接至PCB 96中的一個以支持電流反饋，該電流反饋是支持上述操作所需的。如上所支持的，依據本發明設想的一種類型的電子器件單元可以根據“頂上組裝 (assembly-on-top) ”結構來組裝,其中每一個元件被構建在換流器頂上且彼此可拆裝地連接。這導致電子器件單元的集成的、更大的殼體，這將提供用于電子器件和電子器件單元殼體內的其他元件的冷卻系統。基于此原因，本發明能夠提供冷卻表面，同時允許以順序過程裝配模塊，其中在部分組件被構建并運輸至消費者后可以添加一些元件(如，PCB)。本發明還設想電子器件單元是雙向的，至少在于該電子器件單元具有將來自交通工具電池的能量傳送至電網(網均衡)的能力，然后在所述功能方面，整流器可以變成逆變器(能量將反向流動且因而軟件中的控制策略將是不同的)。當然，雙向系統必須比單向整流器遵守更多的要求且里面的硅將需要改進。如所要求的，本文公開了本發明的詳細實施方案；然而，應理解，所公開的實施方案僅僅是本發明的實例，這些實例可以按不同的且可選擇的形式被具體實施。附圖并不一定是按比例的；一些特征可以被夸大或縮小以顯示特定部件的細節。因此，本文公開的具體結構和功能細節并不應被解釋為限制性的，而僅僅是教導本領域的技術人員以不同方式利用本發明的代表性基礎。雖然上面描述了示例性的實施方案，但是并不期望這些實施方案描述了本發明的所有可能的形式。相反，說明書中所用的詞匯是描述性的而不是限制性的詞匯，且應理解， 可以做出各種變化而并不偏離本發明的主旨和范圍，諸如在非交通工具或機動車應用中支持能量操縱、整流、換流等。另外，多個施行的實施方案的特征可以被結合以形成本發明的另外的實施方案。
權利要求
1.一種電子器件單元，其能夠操作用于在交通工具內將三相AC輸入整流成DC輸出，所述電子器件單元包括組件，所述組件具有1.導電的第一輸入端子、第二輸入端子和第三輸入端子，所述第一輸入端子、第二輸入端子和第三輸入端子中的每一個能夠操作以建立至傳送所述AC輸入的三個輸入母線中的一個的電連接；ii導電的第一輸出端子和第二輸出端子，所述第一輸出端子和第二輸出端子中的每一個能夠操作以建立至傳送所述DC輸出的第一輸出母線和第二輸出母線這二者中的一個的電連接；iii.整流器，其被設置在所述輸入端子與所述輸出端子之間，所述整流器具有多個開關，所述多個開關能夠操作地連接在所述輸入端子與所述輸出端子之間，以便將所述三相 AC輸入整流成所述DC輸出；分流器，其能夠操作地耦合在所述第一輸出端子與所述第一輸出母線之間；電流傳感器，其可操作以確定通過所述分流器的電流；和至少一個印刷電路板(PCB)，所述至少一個印刷電路板具有控制電子器件，所述控制電子器件能夠操作以至少部分基于由所述電流傳感器測得的電流來管理在所述電子器件單元與一個或多個交通工具子系統之間的電力分配。
2.如權利要求I所述的電子器件單元，還包括殼體，所述殼體被成形為實質上包封所述組件和所述至少一個PCB的每一個，所述殼體被成形為使每一個所述端子周圍的區域暴露以有利于連接至所述分流器和母線。
3.如權利要求2所述的電子器件單元，其中所述電流傳感器可拆裝地連接至所述殼體。
4.如權利要求2所述的電子器件單元，其中所述分流器包括第一端和第二端，在所述第一端與所述第二端之間的壓降被測量，且所述第一端和所述第二端中的每一個位于所述殼體外部。
5.如權利要求4所述的電子器件單元，其中所述分流器的在所述第一端和所述第二端之間延伸的部分實質上位于所述殼體外部。
6.如權利要求4所述的電子器件單元，其中所述分流器的在所述第一端和所述第二端之間延伸的部分實質上位于所述殼體內部。
7.如權利要求2所述的電子器件單元，其中所述殼體被用多個滑動夾具可拆裝地接合至所述組件以提供模塊化的、頂部組裝的結構。
8.如權利要求7所述的電子器件單元，其中所述殼體包括突起，且所述組件包括唇狀物，每一個銷和夾具被布置成靠近所述殼體的相應側面橫向滑動以接合所述突起和所述唇狀物。
9.如權利要求I所述的電子器件單元，其中所述分流器被可拆裝地連接至所述第一輸出端子。
10.如權利要求I所述的電子器件單元，其中所述分流器是平面的。
11.如權利要求I所述的電子器件單元，其中所述分流器是C形的。
12.如權利要求I所述的電子器件單元，其中所述電流傳感器包括霍耳效應傳感器，所述霍耳效應傳感器被用柔性的導線連接至所述至少一個PCB中的一個，所述柔性的導線從所述殼體的內部穿過孔到達所述殼體的外部，所述柔性的導線連接到在所述殼體的外部的所述電流傳感器。
13.如權利要求I所述的電子器件單元，其中所述電流傳感器包括一個或多個測量電子器件，所述一個或多個測量電子器件能夠操作以基于在第一引腳與第二引腳之間的壓降來確定電流，所述第一引腳和所述第二引腳分別被接附到所述分流器的第一部分和第二部分，以便支撐測量PCB與所述分流器隔開。
14.如權利要求I所述的電子器件單元，還包括屏蔽層，所述屏蔽層用于分離所述至少一個PCB與所述整流器，所述屏蔽層由金屬材料構成且被成形為延伸遍布所述組件的大體整個占用區域。
15.—種電子器件單元，其能夠操作用于在交通工具內管理電池的電力，所述電子器件單元包括整流器，其能夠操作將AC輸入整流成用于給所述電池充電的DC輸出；電流傳感器，其具有i.分流器，其包括第一部分和第二部分，所述分流器位于所述DC輸出與所述電池之間；ii測量電路，其能夠操作以根據所述分流器的所述第一部分與所述第二部分之間測得的壓降來測量通過所述分流器的電流；至少一個印刷電路板(PCB)，其具有控制電子器件，所述控制電子器件能夠操作以至少部分基于所測量的電流來管理DC輸出；和殼體，其包封所述整流器和所述至少一個PCB，所述殼體包括第一柔性的柄腳和相對的第二柔性的柄腳，所述第一柄腳和所述第二柄腳被配置成可拆裝地將所述分流器定位在所述DC輸出與所述電池之間。
16.如權利要求15所述的電子器件單元，其中每一個柄腳包括傾斜的接合面，所述傾斜的接合面導致每一個柄腳在分流器插入期間向外彎曲，直至所述分流器的后端超過所述傾斜的面的末端，由此每一個柄腳至少部分解除彎曲，使得固定面接合所述分流器的所述后端以將所述分流器定位在所述DC輸出與所述電池之間。
17.如權利要求16所述的電子器件單元，其中每一個柄腳以一長度伸出所述殼體，所述長度足以在每一個固定面與所述殼體之間產生過盈配合。
18.如權利要求16所述的電子器件單元，其中所述分流器始終是平面的且是被包括在所述分流器內的孔的至少兩倍長，以便機械連接至用于促進電連接至所述電池的母線。
19.一種電子器件單元，其能夠操作用于在交通工具內管理電池，所述電子器件單元包括整流器，其能夠操作將AC輸入整流成用于給所述電池充電的DC輸出；電流傳感器，其具有i.分流器，其電連接在所述DC輸出與所述電池之間；ii霍耳效應傳感器，其能夠操作以根據所述分流器的第一部分與第二部分之間測得的壓降來測量通過所述分流器的電流；和殼體，其包封所述整流器且具有梯田形支撐結構，所述梯田形支撐結構被成形為以支撐方式接合所述霍耳效應傳感器的底面以及所述分流器的靠近所述霍耳效應傳感器的一端。
20.如權利要求19所述的電子器件單元，其中所述分流器的靠近所述霍耳效應傳感器的一端與所述分流器的靠近所述整流器連接的另一端豎直隔開。
全文摘要
一種具有電流感測的電子器件單元，其可操作來促進交通工具電池充電或其他能量操縱活動。電子器件單元可以包括可操作來測定輸出電流的電流傳感器。輸出電流確定結果可以被用作對其他電子器件單元電子器件的反饋或輸入，諸如促進與電池充電相關的操作或伴隨使用電子器件單元的其他操作。
文檔編號G01R19/00GK102611150SQ201210008740
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月12日 優先權日2011年1月14日
發明者米格爾·安琪爾·阿希娜, 約瑟夫·瑪麗亞·羅賽特·盧比奧, 雅恩·達羅曼 申請人:李爾公司