开关箱的制作方法

本公开内容涉及用于电动车辆的充电系统的领域。更具体地，本公开内容涉及具有至少一个电池和将所述电池与外部电源互连的开关箱(switch box)的充电系统。

背景技术：

1、使用一个以上电池的电动车辆是从现有技术已知的。在充电期间，这些电池连接到外部功率源。

2、以aerovironment inc.的名义、于2012年1月公布的us2012007557a1涉及一种用于电动车辆的电源的快速充电配置。该充电器配置包括到一对电池的串联连接，每个电池具有将要在其中使用所述电池的装置——诸如电动车辆——所需的输出的一半的输出。当所述电池连接到车辆时，它们被并联连接。

3、以nio usa inc的名义、于2020年7月公布的us10727680b2涉及一种用于电动车辆的接线箱。该接线箱包括用以从外部功率源接收功率的充电端口，以及用以控制所述充电端口、第一电池和第二电池之间的电连接的多个开关元件。所述多个开关元件的接通/断开状态控制所述充电端口、所述第一电池和所述第二电池是以第一配置连接还是以第二配置连接。

技术实现思路

1、如从现有技术已知的用于电动车辆的充电系统在面对参差的(heterogeneous，异构)充电站基础设施和对快速并且优化的充电的期望时具有数个缺点。充电应在单独的充电站允许的速度尽可能快地完成，而不使充电系统的部件过热。此外，充电系统应以简单、紧凑并且鲁棒的方式被构建，以能够在充电期间处理高电压和电流。

2、本公开内容的第一方面涉及一种用于电动车辆的充电系统，所述充电系统通常包括在充电期间通过开关箱彼此互连的第一电池系统和第二电池系统。所述开关箱通常包括壳体和在充电操作期间与充电装置互连的正入口极(inlet pole)和负入口极。所述开关箱通常包括与所述第一电池系统互连的第一正出口极(outlet pole)和第一负出口极，以及与所述第二电池系统互连的第二正出口极和第二负出口极。

3、电池系统可以被理解为包括至少一个电能存储装置的系统。根据设计，所述至少一个电能存储装置可以被形成为电池单元和/或包括至少一个电池单元的电池模块和/或包括至少一个电池模块的电池组。所述第一电池系统和第二电池系统可以被形成为包括至少第一电池模块和至少第二电池模块的单个电池组；然而，所述第一电池系统和所述第二电池系统可以各自包括至少一个电池组。

4、为了允许各种不同的充电站——相应地允许充电装置——的最佳充电，所述开关箱优选地被配置为将所述第一电池系统和所述第二电池系统在并联模式中和在串联模式中与充电装置互连。所述并联模式和所述串联模式通常不被同时配置。在并联模式中，正入口极可以与第一正出口极互连并且经由接合的第一开关与第二正出口极互连，而负入口极与第二负出口极互连并且经由接合的第二开关与第一负出口极互连。以此方式，所述第一电池系统和所述第二电池系统以并联方式与正入口极和负入口极互连。在串联模式中，所述第一开关和所述第二开关被解除接合，并且所述第一负出口极可以经由接合的第三开关以串联方式与所述第二正出口极互连。在串联模式中，所述正入口极仍然与所述第一正出口极互连，并且所述负入口极仍然与所述第二负出口极互连。以此方式，所述第一电池系统和所述第二电池系统以串联方式与所述正入口极和所述负入口极互连。

5、优选地，所述第一电池系统和所述第二电池系统是基本上对称的。特别地，所述第一电池系统和所述第二电池系统在基本上相同的电压上被操作。所述第一电池系统和/或所述第二电池系统可以包括至少一个电池和至少一个与其连接的电负载。为了良好的性能，每个电池系统优选地分别包括至少一个电池和至少一个与其连接的电负载。

6、所述充电系统可以被配置为获得可以通过单独的充电站供应的电压的信息。在单独的充电站——相应地充电装置——可以提供两倍的、所述第一电池系统和/或所述第二电池系统的操作电压的情况下，所述开关箱可以被配置为切换到串联模式，使得可以实现最佳充电。因此，如果单独的充电站——相应地充电装置——仅可以提供所述第一电池系统和/或所述第二电池系统的操作电压，则所述开关箱可以被配置为切换到并联模式，以实现可能的最快的充电。

7、当所述第一电池系统的负载和所述第二电池系统的负载在充电期间是可控的使得所述第一电池系统的负载和所述第二电池系统的负载消耗基本上相等的电功率时，良好的结果是可能的。这允许以平衡的方式对所述第一电池系统的电池和所述第二电池系统的电池充电。为了实现这一点，所述第一电池系统和/或所述第二电池系统优选地包括平衡负载。所述平衡负载可以由诸如加热器等的可控电阻形成。在一些变体中，单个平衡电阻被可切换地与所述第一电池系统和所述第二电池系统互连。在此情况下，所述平衡负载可以连接到与其他电池系统相比在充电期间具有较低电功率消耗的电池系统，使得所述平衡负载可以平衡两个电池系统的消耗以基本上对应。此外，由于负载被布置在相应的电池系统内，因此在串联模式中不需要dcdc转换器在充电期间将电压减半，因为操作电压已经独立于充电模式(并联或串联)而被施加。

8、所述开关箱优选地被形成为一个单独部分，并且特别地被布置在电动车辆上。本文的一个优点是具有一对电池系统的电动车辆的容易改装性，因为所述开关箱可以通过简单的重新布线被插置在电池系统和充电装置——相应地入口——之间。

9、根据设计，所述开关箱的壳体是基本上箱形的；然而，其他形状是可能的。所述开关箱的壳体优选地是封闭的，并且特别是密封的，以提供免受天气、特别是免受水的影响的保护。所述壳体可以至少部分地由金属或其他鲁棒的材料制成。根据应用领域，至少一个冷却片可以被附接到所述壳体的外部并且与其热接触，以提高所述开关箱的(被动)冷却性能。所述开关优选地与所述壳体或另一个散热器热互连。如果适当，所述壳体可以包括热构件，该热构件具有连接到冷却回路的至少一个冷却通道，用于冷却被布置在所述壳体内部的部件。

10、所述开关优选地以继电器的形式被包含。所述开关箱可以包括与所述开关互连以操作所述继电器的控制单元。如果适当，所述控制单元被布置在所述壳体内部；然而，所述控制单元可以被包含到车辆控制单元或电池系统管理单元中。所述开关可以经由电缆直接连接到所述控制单元，或可以经由can-bus(控制器局域网)连接间接连接到所述控制单元。所述控制单元可以被配置为监测所述开关箱的部件中的至少一个的操作参数，特别是监测与其连接的开关的温度。

11、优选地，所述入口极和所述出口极之间的连接至少部分地由导电片材金属制成，特别地，所述连接可以被形成为母线(busbar，汇流条)。根据应用领域，所述入口极/出口极与插置在它们之间的开关之间的连接可以至少部分地由导电片材金属制成。片材金属的使用具有的优点是，与圆形电缆相比，对于给定的横截面面积，片材金属具有更大的表面面积，从而允许改进的热量消散。

12、当在壳体内部正出口极被布置在第一水平(level)上并且负出口极被布置在第二水平上——其中所述第一水平和所述第二水平彼此竖直地间隔开——时，紧凑的构造是可能的。如果适当，导电片材金属中的至少一个可以是弯曲的并且至少部分地在两个水平上延伸。片材金属与相应的开关的电接触优选地在相同的水平中——特别是在所述第一水平中——形成。开关在竖直方向上的高度优选地基本上对应于在竖直方向上所述第一水平和所述第二水平之间的距离的两倍。

13、为了鲁棒并且安全的构造，绝缘体——特别是母线绝缘体——将所述第一水平和所述第二水平间隔开。在一个优选的变体中，所述绝缘体将在所述第一水平和所述第二水平中在竖直方向上至少部分地彼此叠置地布置的导电片材金属间隔开。绝缘体也可以被布置在所述壳体和所述第二水平之间，以将所述第二水平与所述壳体的内部间隔开。所述绝缘体优选地包括紧固装置，诸如内螺纹或螺旋式连接器(screw connector)，使得所述绝缘体可以被紧固到所述壳体和所述第二水平，或可以被紧固在所述第一水平和所述第二水平之间。以此方式，由导电片材金属形成的、极之间的连接被牢固地紧固在所述壳体内部。

14、为了减少将所述开关箱与所述第一电池系统和所述第二电池系统互连所需的电缆长度，所述第一出口极和所述第二出口极优选地被布置在所述壳体的两个不相邻的侧，特别是布置在所述壳体的两个相对侧。所述第一电池系统的电池通常可以被布置在电动车辆的第一侧，而所述第二电池系统的电池可以被布置在电动车辆的第二侧。当所述开关箱被布置在电动车辆的第一侧和第二侧之间时，当相应的出口极位于所述壳体的两个相对侧从而每个出口极面向相应的电池系统时，需要最小的电缆长度。

15、当每个出口极通过两个基本上平行的电缆与相应的电池系统互连时，在所述开关箱的安装期间的容易布线是可能的。以此方式，提供用于高电流的电缆/导体的所需的横截面面积，同时电缆仍然是足够挠性的以被容易地安装。另一个优点是两个电缆的增加的表面面积，所述两个电缆各自具有单个电缆的横截面面积的一半并且具有相同的横截面面积，因为通过更大的表面面积改善了热量消散。应理解，两个以上电缆也是可想到的。

16、入口极和出口极优选地以圆形连接器——特别是快速闩锁连接器——的形式被包含，用于以插头和插座的方式将电缆连接到入口极和出口极。然而，其他可能的连接器类型是已知的。

17、所述充电系统可以包括每个电池系统至少一个高压配电单元(hvdu，highvoltage distribution unit)。每个电池系统可以特别地包括两个高压配电单元——一个用于连接电池系统的电池，并且一个用于连接电池系统的电负载。在一个优选的变体中，所述开关箱连接到每个电池系统的一个hvdu，该hvdu然后与另一个hvdu互连。

18、本公开内容的第二方面涉及一种用于操作用于电动车辆的充电系统的方法。所述充电系统可以是上文所描述的变体中的一个，但是通常包括在充电期间通过与充电装置互连的开关箱彼此互连的第一电池系统和第二电池系统。每个电池系统通常包括至少一个电池和至少一个与其连接的电负载。通常，所述开关箱将所述第一电池系统和所述第二电池系统与所述充电装置在并联模式中以并联方式互连或在串联模式中以串联方式互连。

19、所述方法通常包括根据所述充电装置的特性在所述并联模式和所述串联模式之间切换。所述充电装置的特性可以包括但不限于：充电电压和/或可以由所述充电装置提供特定充电电压的时间段。所述充电系统可以被配置为获得所述充电装置的特性并且相应地以并联模式或串联模式配置所述开关箱。特别地，所述开关箱包括在所述串联模式和所述并联模式之间切换的控制单元。

20、优选地，在充电期间控制所述第一电池系统的负载和所述第二电池系统的负载，使得所述第一电池系统的负载和所述第二电池系统的负载消耗基本上相等的电功率。这允许以平衡的方式对所述第一电池系统的电池和所述第二电池系统的电池充电，并且可以避免所述第一电池系统的电池和所述第二电池系统的电池之间的不平衡的充电状态。

21、应理解，前面的一般描述和下面的详细描述都呈现了实施方案，并且意在提供用于理解本公开内容的性质和特征的概况或框架。附图被包括以提供进一步理解，并且被包含到本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图例示了多个实施方案，并且与说明书一起用以解释所公开的构思的原理和操作。