具有電感器部分的電動(dòng)車輛電纜的制作方法
【專利摘要】一種示例性電動(dòng)車輛總成包括連接至電動(dòng)車輛電池的電纜。該電纜具有提供電感器的卷繞部分。
【專利說明】
具有電感器部分的電動(dòng)車輛電纜
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開涉及一種用于電動(dòng)車輛的電感器，以及更具體地，涉及將電纜的一部分作為電感器使用。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，電動(dòng)車輛不同于傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)車輛，是由于使用一個(gè)或更多由電池提供動(dòng)力的電機(jī)選擇性地驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛。與電動(dòng)車輛相比，傳統(tǒng)機(jī)動(dòng)車輛僅僅由內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)。電機(jī)可以代替內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛，或者除了內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)以外使用電機(jī)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車輛。示例電動(dòng)車輛包括全電動(dòng)車輛(all-electric vehicle)、混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)、燃料電池車輛、以及純電動(dòng)車輛(BEV)。
[0003]在許多電動(dòng)車輛中，電力從電池穿過電纜移至直流對(duì)直流(DCto DC)升壓轉(zhuǎn)換器，并且隨后移至直流環(huán)節(jié)。電機(jī)通過直流環(huán)節(jié)提供電力。在一些實(shí)例中，升壓轉(zhuǎn)換器也被認(rèn)為是可變電壓轉(zhuǎn)換器。升壓轉(zhuǎn)換器可以包括相對(duì)大的電感器，這會(huì)是昂貴并且難于封裝的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本公開的一示例性方面，一種電動(dòng)車輛總成除了其它方面以外包括，連接至電動(dòng)車輛電池的電纜。該電纜具有提供電感器的卷繞部分。
[0005]在上述總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，總成包括內(nèi)護(hù)套。卷繞部分圍繞內(nèi)護(hù)套纏繞。
[0006]在上述任一總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，總成包括外護(hù)套。內(nèi)護(hù)套和卷繞部分被接收于外護(hù)套中。
[0007]在上述任一總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，總成包括電動(dòng)車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的電力控制系統(tǒng)。電纜將電池與電力控制系統(tǒng)電連接。
[0008]在上述任一總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，電力控制系統(tǒng)包括可變電壓控制器。
[0009]在上述任一總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，可變電壓控制器包括碳化硅(silicon-carbide)基開關(guān)。
[0010]在上述任一總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，碳化硅基開關(guān)包含金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(metal-oxide-semiconductor f ield-effect transistor) ο
[0011]在上述任一總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，碳化硅基開關(guān)包含絕緣柵雙極型晶體管(insulated-gate bipolar transistor)。
[0012]在上述任一總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，卷繞部分被接收于電動(dòng)車輛的下邊梁內(nèi)。
[0013]在上述任一總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，卷繞部分包括40至240個(gè)單獨(dú)的線圈。
[0014]在上述任一總成的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，卷繞部分包括彼此相隔15至55毫米的多個(gè)單獨(dú)的線圈。
[0015]根據(jù)本公開的一示例性方面，一種電動(dòng)車輛電力轉(zhuǎn)換的方法除了其它方面以外包括，使用電纜使電流在電動(dòng)車輛電池和電力控制系統(tǒng)之間傳輸，以及使用電纜的電感器部分抵抗電流中的變化。
[0016]在上述方法的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，方法包括將電感器部分圍繞內(nèi)護(hù)套卷繞。
[0017]在上述任一方法的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，方法包括將至少一部分的電感器部分和至少一部分的內(nèi)護(hù)套定位在外護(hù)套內(nèi)。
[0018]在上述任一方法的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，方法包括將電感器部分定位在下邊梁內(nèi)。
[0019]在上述任一方法的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，方法包括空氣冷卻電感器部分。
[0020]在上述任一方法的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，方法包括使電力從電纜傳輸穿過電力控制系統(tǒng)中的至少一個(gè)碳化硅基開關(guān)裝置。
[0021]在上述任一方法的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，電力控制系統(tǒng)包含可變電壓轉(zhuǎn)換器。
[0022]在上述任一方法的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，電力控制系統(tǒng)包括逆變器。
[0023]在上述任一方法的進(jìn)一步非限制性實(shí)施例中，電動(dòng)車輛電池被定位在電動(dòng)車輛的后部，以及電力轉(zhuǎn)換裝置被定位在電動(dòng)車輛向前的部分。
【附圖說明】
[0024]通過【具體實(shí)施方式】，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，公開的示例的各種特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。伴隨【具體實(shí)施方式】的附圖可以簡(jiǎn)單描述如下:
[0025]圖1示出了用于電動(dòng)車輛的示例動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的示意圖；
[0026]圖2示出了包含圖1的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的電動(dòng)車輛的選定部分的高度示意圖；
[0027]圖3示出了來自于圖2的車輛的一部分電纜的透視圖；
[0028]圖4示出了圍繞內(nèi)護(hù)套的圖3的部分；
[0029 ]圖5示出了外護(hù)套內(nèi)的圖4的部分和內(nèi)護(hù)套；
[0030]圖6示出了圖5中在線6-6處的橫截面圖；
[0031]圖7示出了圖6中電纜的閉合橫截面圖；
[0032 ]圖8示出了圖1的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的選定的電連接的高度示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本公開總體涉及將電纜的一部分作為電感器使用。例如，電纜從電池延伸到逆變器。如果電纜被用作電感器，則將不再需要電動(dòng)車輛的電力控制系統(tǒng)中的單獨(dú)的電感器。
[0034]圖1示例性地說明了用于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)的動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)1。動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10包括電池組14、電力控制系統(tǒng)16、馬達(dá)18、發(fā)電機(jī)20、以及內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)22。電池組14包括多個(gè)電池單元的陣列24。
[0035]馬達(dá)18和發(fā)電機(jī)20是電機(jī)的類型。馬達(dá)18和發(fā)電機(jī)20可以是分開的，或者可以具有組合的馬達(dá)-發(fā)電機(jī)的形式。
[0036]在這個(gè)實(shí)施例中，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10為功率分流動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用第一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和第二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。第一和第二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生扭矩，以驅(qū)動(dòng)一組或多組電動(dòng)車輛的車輛主動(dòng)輪28。第一驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含發(fā)動(dòng)機(jī)22和發(fā)電機(jī)20的組合。第二驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包含至少馬達(dá)18、發(fā)電機(jī)20以及電池組14。馬達(dá)18和發(fā)電機(jī)20是動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的部分。
[0037]在本示例中為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)22可以通過動(dòng)力傳輸單元30(如行星齒輪組)與發(fā)電機(jī)20連接。當(dāng)然，包含其它齒輪組和傳動(dòng)裝置在內(nèi)的其它類型的動(dòng)力傳輸單元也可被用于連接發(fā)動(dòng)機(jī)22和發(fā)電機(jī)20。在一個(gè)非限制性實(shí)施例中，動(dòng)力傳輸單元30為包含環(huán)形齒輪32、中心齒輪34以及行星齒輪架總成36在內(nèi)的行星齒輪組。
[0038]發(fā)電機(jī)20可以通過動(dòng)力傳輸單元30由發(fā)動(dòng)機(jī)22驅(qū)動(dòng)，以將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。作為選擇地，發(fā)電機(jī)20可以起到馬達(dá)的作用，以將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，從而向與動(dòng)力傳輸單元30連接的軸38輸出扭矩。
[0039]動(dòng)力傳輸單元30的環(huán)形齒輪32可以與軸40連接，該軸40通過第二動(dòng)力傳輸單元44與車輛主動(dòng)輪28連接。第二動(dòng)力傳輸單元44可以包含擁有多個(gè)齒輪46的齒輪組。其它動(dòng)力傳輸單元也同樣適合。齒輪46將扭矩從發(fā)動(dòng)機(jī)22傳遞給差速器48，用于最終為車輛主動(dòng)輪28提供牽引力。差速器48可以包括多個(gè)使扭矩能夠傳遞到車輛主動(dòng)輪28的齒輪。在本示例中，第二動(dòng)力傳輸單元44通過差速器48與車軸50機(jī)械連接，從而將扭矩分配至車輛主動(dòng)輪
28 ο
[0040]馬達(dá)18同樣可以用于通過向同樣與第二動(dòng)力傳輸單元44連接的軸54輸出扭矩來驅(qū)動(dòng)車輛主動(dòng)輪28。在一個(gè)實(shí)施例中，馬達(dá)18和發(fā)電機(jī)20配合作為再生制動(dòng)系統(tǒng)的一部分，在再生制動(dòng)系統(tǒng)中，馬達(dá)18和發(fā)電機(jī)20二者均可以被當(dāng)作馬達(dá)來輸出扭矩。例如，馬達(dá)18和發(fā)電機(jī)20可以各自向電池組14輸出電力。
[0041 ]除了別的之外，示例電力控制系統(tǒng)16轉(zhuǎn)換并控制流向或來自于電池組14的電力。在其他示例中，電力控制系統(tǒng)16可以轉(zhuǎn)換和控制動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10的其他區(qū)域內(nèi)的電力。
[0042]電力控制系統(tǒng)16可以調(diào)整來自電池組14的電力，以便由馬達(dá)18使用。電力控制系統(tǒng)16可以調(diào)整由發(fā)電機(jī)20產(chǎn)生的并儲(chǔ)存于電池組14中的電力。例如，電力控制系統(tǒng)16可以將直流(DC)轉(zhuǎn)換成交流(AC)電力、將交流轉(zhuǎn)換成直流電力、限制或升高電壓等。
[0043]延伸于在電池組14和電力控制系統(tǒng)16之間的電纜52在電池組14和電力控制系統(tǒng)16之間傳遞電力。其中一個(gè)電纜52將電池組14連接至電力控制系統(tǒng)16的正極接線柱，并且另一個(gè)電纜52將電池組14連接至電力控制系統(tǒng)16的負(fù)極接線柱。
[0044]電纜52提供至少一些電力控制系統(tǒng)16所需的電感應(yīng)。在該示例中，電纜52產(chǎn)生基本上所有電力控制系統(tǒng)16—一以及特別地電力控制系統(tǒng)16的直流對(duì)直流轉(zhuǎn)換器一一所需的電感應(yīng)。
[0045]所需的電感應(yīng)可以通過纏繞或卷繞電池組14的正極接線柱和電力控制系統(tǒng)16之間的電纜52的一部分、電池組14的負(fù)極接線柱和電力控制系統(tǒng)16之間的電纜52的一部分、或者兩個(gè)電纜52的一部分來獲得。
[0046]繼續(xù)參照?qǐng)D1來參見圖2，動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)10被用于車輛56中。電池組14被固定至車輛56的底部。電池組14處于車輛56的后部?jī)?nèi)，例如，豎直地位于后座或行李廂的下方。
[0047]電力控制系統(tǒng)16在本示例中包含可變電壓控制器58和逆變器或牽引驅(qū)動(dòng)器60。電力控制系統(tǒng)16被定位為朝向車輛56的向前的部分，例如，在發(fā)動(dòng)機(jī)室內(nèi)或鄰近發(fā)動(dòng)機(jī)室。電力控制系統(tǒng)16被保持在外殼總成62內(nèi)。
[0048]電纜52從車輛56后部的電池組14延伸至車輛56前部的電力控制系統(tǒng)16。相對(duì)于車輛56上例如那些用于連接12伏輔助電池的其他電纜這樣的電纜來說，電纜52是高電壓電纜。
[0049]每個(gè)電纜52包括電感器部分64。卷繞一段電纜52以提供電感器部分64。當(dāng)遠(yuǎn)離隔開時(shí)，在兩個(gè)電纜52中包含電感器部分64允許電感器部分64的單個(gè)繞組獲得所需的電感應(yīng)，這有利于電感器部分64的空氣冷卻。
[ΟΟδΟ]在其他不例中，僅電纜52中的一個(gè)包括電感器部分64。
[0051 ]電纜52，以及特別是電感器部分64在外殼總成62的外部。
[0052]現(xiàn)在繼續(xù)參照?qǐng)D2來參見圖3至7，電感器部分64可以圍繞內(nèi)護(hù)套68卷繞，并被定位在外護(hù)套72內(nèi)。內(nèi)護(hù)套68和外護(hù)套72有助于保持電感器部分64的卷繞布置。在本示例中，夕卜護(hù)套72還提供電磁干擾屏蔽。
[0053]在組裝過程中，如圖4所示，電感器部分64可以圍繞內(nèi)護(hù)套68纏繞。電感器部分64和內(nèi)護(hù)套68隨后被定位在外護(hù)套72內(nèi)。電感部分64、內(nèi)護(hù)套68和外護(hù)套72可以被安裝至車輛56底板的底部。
[0054]電感器部分64包括形成卷繞部分的多個(gè)單獨(dú)的線圈78。示例電感器部分64包括大約四十個(gè)線圈78(或繞組或匝)。在其他示例中，電感器部分64可以包括40至240個(gè)單獨(dú)的線圈。
[0055]示例電纜52包括六規(guī)格導(dǎo)電元件(six-gauge conductive member)82，其可以是銅制的。導(dǎo)電元件82由絕緣層86包圍，該絕緣層86可以是聚合物材料?？梢允褂闷渌?guī)格的導(dǎo)電元件82。
[0056]在一些示例中，電感器部分64不圍繞內(nèi)護(hù)套68纏繞，并且絕緣層86、導(dǎo)電元件82、或二者都能夠保持電感器部分64具有卷繞的形態(tài)。
[0057]電感器部分64的線圈78被定位為彼此間隔距離D。在本示例中，距離D為35毫米。在本示例中，線圈78的內(nèi)徑Id為48毫米。這樣的電感器部分64被證明能夠產(chǎn)生20微亨的總電感應(yīng)。
[0058]正如可以被理解的那樣，由電感器部分64提供的電感應(yīng)與線圈78的數(shù)量、線圈78的內(nèi)徑Id、線圈78之間的距離D、以及線圈78圍繞纏繞的材料68的種類或線圈78于其中纏繞的材料72的種類成比例。
[0059]線圈78的內(nèi)徑Id可以小到電纜52允許的彎曲公差，或者可以大到空間允許。線圈內(nèi)的面積越大，電感應(yīng)越強(qiáng)。
[0060]其他示例可以包括更多或更少的線圈78、線圈78之間的不同距離、以及線圈78的不同內(nèi)徑Id。例如，距離D可以在從8毫米到105毫米的范圍內(nèi)，并且可以在電感器部分64內(nèi)變化。進(jìn)一步地，線圈78的內(nèi)徑Id可以在從10毫米到150毫米的范圍內(nèi)。
[0061]線圈78的內(nèi)徑Id以及線圈78之間的距離D可以在其中一個(gè)電感器部分64內(nèi)變化。
[0062]調(diào)整線圈78的數(shù)量、線圈78之間的距離、以及內(nèi)徑可以提供不同的電感應(yīng)。
[0063]內(nèi)徑Id可以通過改變內(nèi)護(hù)套68、外護(hù)套72或二者的尺寸來控制。雖然在本示例中線圈78的橫截面是橢圓形或圓形的，但也可以使用其他橫截面輪廓，例如電感器部分64圍繞內(nèi)護(hù)套68纏繞更緊密的長(zhǎng)方形或正方形。
[0064]內(nèi)護(hù)套68、外護(hù)套72或二者可以具有非矩形的橫截面，例如圓形或橢圓形橫截面。內(nèi)護(hù)套68和外護(hù)套72的橫截面可以取決于線圈78所需的橫截面輪廓。
[0065]在本示例中，內(nèi)護(hù)套68和外護(hù)套72為聚合物材料。在其他示例中，護(hù)套可以是金屬制的或可以包括金屬材料、聚合物材料或一些其他材料的組合。
[0066]內(nèi)護(hù)套68提供開放區(qū)域80。線圈78圍繞開放區(qū)域80纏繞，該開放區(qū)域80作為電感器的空氣磁芯(air core)并且可以減小飽和效應(yīng)(saturat1n effect)。
[0067]示例電感器部分64為相對(duì)低輪廓并且被屏蔽。
[0068]與電纜52的剩余部分一樣，不例電感器部分64也是空氣冷卻。冷卻電感器部分的空氣可以通過內(nèi)護(hù)套68流通。
[0069]在一些示例中，電纜52的電感器部分64可以被容納在車輛56的下邊梁內(nèi)。下邊梁定位在車輛56的車門下方的橫向外側(cè)，下邊梁通常包括開放區(qū)域，該開放區(qū)域適用于接收如圖4所示的圍繞內(nèi)護(hù)套68纏繞的電感器部分64，或者圍繞內(nèi)護(hù)套68纏繞并容納在外護(hù)套72中的電感器部分64。
[0070]下邊梁通常是金屬制的，并且可以對(duì)通過電感器部分64提供的電感應(yīng)提供有利的增強(qiáng)，以及還提供屏蔽以降低電磁干擾。
[0071]現(xiàn)在在繼續(xù)參照?qǐng)D2的情況下參見圖8，示例可變電壓控制器包括開關(guān)裝置，SI和S2。示例開關(guān)裝置SI和S2為寬帶隙開關(guān)裝置并且可以包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(“M0SFET”)或絕緣柵雙極型晶體管(“IGBT” )。
[0072]在本示例中，開關(guān)裝置SI和S2為以一百赫茲切換的碳化硅基開關(guān)裝置。當(dāng)與示例電感器部分64連接使用時(shí)，開關(guān)裝置SI和S2已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可以提供電流波紋，該電流波紋模擬在可變電壓控制器中使用電感器而不是電纜52的電感器部分65的其他設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的電流波紋。再一次地，電感器部分64得到大約20微亨的電感應(yīng)。
[0073]開關(guān)裝置SI和S2與例如純硅IGBT或MOSFET這樣的非碳化硅基的開關(guān)裝置相比以相對(duì)較高的頻率切換。較高速度的開關(guān)裝置使所需電流波紋所需的電感應(yīng)最小化，因此使所需的電感應(yīng)更容易由電纜52的電感器部分獲得。
[0074]示例公開的特征包括提供具有電纜的電感器，而非在可變電壓轉(zhuǎn)換器中或電機(jī)的電力控制系統(tǒng)中包含單獨(dú)的電感器。
[0075]消除可變電壓控制器中的單獨(dú)的電感器或電力控制系統(tǒng)的另一部分可以減小可變電壓控制器的整體尺寸和成本，并且可以提供效率。進(jìn)一步地，不需要用于電感器的磁芯。
[0076]進(jìn)一步地，當(dāng)使用碳化硅基開關(guān)裝置時(shí)，碳化硅芯片總面積可以由于碳化硅裝置的高溫操作能力而減小。芯片總面積可以降低與可變電壓控制器相關(guān)的成本。
[0077]空氣冷卻的電感器部分64有利于在較冷的溫度下運(yùn)行電力控制系統(tǒng)的開關(guān)裝置，這是由于電感器熱無需耗散到用于開關(guān)裝置的冷卻劑回路中?？諝饫鋮s的電感器部分64沒有實(shí)現(xiàn)鐵芯損耗。
[0078]另外，電纜52的電流容量可以增加到超過現(xiàn)有電感器設(shè)計(jì)的電流容量，這是由于帶有電感器部分64的電纜52的主要限制因素是導(dǎo)體82的熱量，而不是導(dǎo)體和磁芯二者的熱量。
[0079]前述說明本質(zhì)上是示例性的而不是限制性的。對(duì)于所公開示例進(jìn)行的不必超出本發(fā)明實(shí)質(zhì)的變化及修改對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。給予本發(fā)明的合理的保護(hù)范圍僅能通過研究后面的權(quán)利要求確定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電動(dòng)車輛總成，包含: 連接至電動(dòng)車輛電池的電纜，所述電纜具有提供電感器的卷繞部分。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，進(jìn)一步包含內(nèi)護(hù)套，所述卷繞部分圍繞所述內(nèi)護(hù)套纏繞。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的總成，進(jìn)一步包含外護(hù)套，所述內(nèi)護(hù)套和所述卷繞部分被接收于所述外護(hù)套中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，進(jìn)一步包含電動(dòng)車輛動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的電力控制系統(tǒng)，所述電纜將所述電池與所述電力控制系統(tǒng)電連接。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的總成，其中所述電力控制系統(tǒng)包括可變電壓控制器。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的總成，其中所述可變電壓控制器包括至少一個(gè)碳化硅基開關(guān)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的總成，其中所述至少一個(gè)碳化硅基開關(guān)包含至少一個(gè)氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的總成，其中至少一個(gè)碳化硅基開關(guān)包含至少一個(gè)絕緣柵雙極型晶體管。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中所述卷繞部分被接收于所述電動(dòng)車輛的下邊梁內(nèi)。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中所述卷繞部分包括40至240個(gè)單獨(dú)的線圈。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的總成，其中所述卷繞部分包括彼此相隔15至55毫米的多個(gè)單獨(dú)的線圈。
【文檔編號(hào)】H01B9/00GK105957627SQ201610114783
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年3月1日
【發(fā)明人】克雷格·布萊恩·羅杰斯, 陳禮華
【申請(qǐng)人】福特全球技術(shù)公司