具有电感器部分的电动车辆电缆的制作方法
【专利摘要】一种示例性电动车辆总成包括连接至电动车辆电池的电缆。该电缆具有提供电感器的卷绕部分。
【专利说明】
具有电感器部分的电动车辆电缆
技术领域
[0001]本公开涉及一种用于电动车辆的电感器，以及更具体地，涉及将电缆的一部分作为电感器使用。
【背景技术】
[0002]通常，电动车辆不同于传统机动车辆，是由于使用一个或更多由电池提供动力的电机选择性地驱动电动车辆。与电动车辆相比，传统机动车辆仅仅由内燃发动机来驱动。电机可以代替内燃发动机来驱动电动车辆，或者除了内燃发动机以外使用电机来驱动电动车辆。示例电动车辆包括全电动车辆(all-electric vehicle)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池车辆、以及纯电动车辆(BEV)。
[0003]在许多电动车辆中，电力从电池穿过电缆移至直流对直流(DCto DC)升压转换器，并且随后移至直流环节。电机通过直流环节提供电力。在一些实例中，升压转换器也被认为是可变电压转换器。升压转换器可以包括相对大的电感器，这会是昂贵并且难于封装的。
【发明内容】
[0004]根据本公开的一示例性方面，一种电动车辆总成除了其它方面以外包括，连接至电动车辆电池的电缆。该电缆具有提供电感器的卷绕部分。
[0005]在上述总成的进一步非限制性实施例中，总成包括内护套。卷绕部分围绕内护套缠绕。
[0006]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，总成包括外护套。内护套和卷绕部分被接收于外护套中。
[0007]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，总成包括电动车辆动力传动系统的电力控制系统。电缆将电池与电力控制系统电连接。
[0008]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，电力控制系统包括可变电压控制器。
[0009]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，可变电压控制器包括碳化硅(silicon-carbide)基开关。
[0010]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，碳化硅基开关包含金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor f ield-effect transistor) ο
[0011]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，碳化硅基开关包含绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor)。
[0012]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，卷绕部分被接收于电动车辆的下边梁内。
[0013]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，卷绕部分包括40至240个单独的线圈。
[0014]在上述任一总成的进一步非限制性实施例中，卷绕部分包括彼此相隔15至55毫米的多个单独的线圈。
[0015]根据本公开的一示例性方面，一种电动车辆电力转换的方法除了其它方面以外包括，使用电缆使电流在电动车辆电池和电力控制系统之间传输，以及使用电缆的电感器部分抵抗电流中的变化。
[0016]在上述方法的进一步非限制性实施例中，方法包括将电感器部分围绕内护套卷绕。
[0017]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括将至少一部分的电感器部分和至少一部分的内护套定位在外护套内。
[0018]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括将电感器部分定位在下边梁内。
[0019]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括空气冷却电感器部分。
[0020]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，方法包括使电力从电缆传输穿过电力控制系统中的至少一个碳化硅基开关装置。
[0021]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，电力控制系统包含可变电压转换器。
[0022]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，电力控制系统包括逆变器。
[0023]在上述任一方法的进一步非限制性实施例中，电动车辆电池被定位在电动车辆的后部，以及电力转换装置被定位在电动车辆向前的部分。
【附图说明】
[0024]通过【具体实施方式】，对本领域的技术人员来说，公开的示例的各种特征和优点将变得显而易见。伴随【具体实施方式】的附图可以简单描述如下:
[0025]图1示出了用于电动车辆的示例动力传动系统的示意图；
[0026]图2示出了包含图1的动力传动系统的电动车辆的选定部分的高度示意图；
[0027]图3示出了来自于图2的车辆的一部分电缆的透视图；
[0028]图4示出了围绕内护套的图3的部分；
[0029 ]图5示出了外护套内的图4的部分和内护套；
[0030]图6示出了图5中在线6-6处的横截面图；
[0031]图7示出了图6中电缆的闭合横截面图；
[0032 ]图8示出了图1的动力传动系统内的选定的电连接的高度示意图。
【具体实施方式】
[0033]本公开总体涉及将电缆的一部分作为电感器使用。例如，电缆从电池延伸到逆变器。如果电缆被用作电感器，则将不再需要电动车辆的电力控制系统中的单独的电感器。
[0034]图1示例性地说明了用于混合动力电动车辆(HEV)的动力传动系统1。动力传动系统10包括电池组14、电力控制系统16、马达18、发电机20、以及内燃发动机22。电池组14包括多个电池单元的阵列24。
[0035]马达18和发电机20是电机的类型。马达18和发电机20可以是分开的，或者可以具有组合的马达-发电机的形式。
[0036]在这个实施例中，动力传动系统10为功率分流动力传动系统，该系统采用第一驱动系统和第二驱动系统。第一和第二驱动系统产生扭矩，以驱动一组或多组电动车辆的车辆主动轮28。第一驱动系统包含发动机22和发电机20的组合。第二驱动系统包含至少马达18、发电机20以及电池组14。马达18和发电机20是动力传动系统10的电驱动系统的部分。
[0037]在本示例中为内燃发动机的发动机22可以通过动力传输单元30(如行星齿轮组)与发电机20连接。当然，包含其它齿轮组和传动装置在内的其它类型的动力传输单元也可被用于连接发动机22和发电机20。在一个非限制性实施例中，动力传输单元30为包含环形齿轮32、中心齿轮34以及行星齿轮架总成36在内的行星齿轮组。
[0038]发电机20可以通过动力传输单元30由发动机22驱动，以将动能转化为电能。作为选择地，发电机20可以起到马达的作用，以将电能转化为动能，从而向与动力传输单元30连接的轴38输出扭矩。
[0039]动力传输单元30的环形齿轮32可以与轴40连接，该轴40通过第二动力传输单元44与车辆主动轮28连接。第二动力传输单元44可以包含拥有多个齿轮46的齿轮组。其它动力传输单元也同样适合。齿轮46将扭矩从发动机22传递给差速器48，用于最终为车辆主动轮28提供牵引力。差速器48可以包括多个使扭矩能够传递到车辆主动轮28的齿轮。在本示例中，第二动力传输单元44通过差速器48与车轴50机械连接，从而将扭矩分配至车辆主动轮
28 ο
[0040]马达18同样可以用于通过向同样与第二动力传输单元44连接的轴54输出扭矩来驱动车辆主动轮28。在一个实施例中，马达18和发电机20配合作为再生制动系统的一部分，在再生制动系统中，马达18和发电机20二者均可以被当作马达来输出扭矩。例如，马达18和发电机20可以各自向电池组14输出电力。
[0041 ]除了别的之外，示例电力控制系统16转换并控制流向或来自于电池组14的电力。在其他示例中，电力控制系统16可以转换和控制动力传动系统10的其他区域内的电力。
[0042]电力控制系统16可以调整来自电池组14的电力，以便由马达18使用。电力控制系统16可以调整由发电机20产生的并储存于电池组14中的电力。例如，电力控制系统16可以将直流(DC)转换成交流(AC)电力、将交流转换成直流电力、限制或升高电压等。
[0043]延伸于在电池组14和电力控制系统16之间的电缆52在电池组14和电力控制系统16之间传递电力。其中一个电缆52将电池组14连接至电力控制系统16的正极接线柱，并且另一个电缆52将电池组14连接至电力控制系统16的负极接线柱。
[0044]电缆52提供至少一些电力控制系统16所需的电感应。在该示例中，电缆52产生基本上所有电力控制系统16—一以及特别地电力控制系统16的直流对直流转换器一一所需的电感应。
[0045]所需的电感应可以通过缠绕或卷绕电池组14的正极接线柱和电力控制系统16之间的电缆52的一部分、电池组14的负极接线柱和电力控制系统16之间的电缆52的一部分、或者两个电缆52的一部分来获得。
[0046]继续参照图1来参见图2，动力传动系统10被用于车辆56中。电池组14被固定至车辆56的底部。电池组14处于车辆56的后部内，例如，竖直地位于后座或行李厢的下方。
[0047]电力控制系统16在本示例中包含可变电压控制器58和逆变器或牵引驱动器60。电力控制系统16被定位为朝向车辆56的向前的部分，例如，在发动机室内或邻近发动机室。电力控制系统16被保持在外壳总成62内。
[0048]电缆52从车辆56后部的电池组14延伸至车辆56前部的电力控制系统16。相对于车辆56上例如那些用于连接12伏辅助电池的其他电缆这样的电缆来说，电缆52是高电压电缆。
[0049]每个电缆52包括电感器部分64。卷绕一段电缆52以提供电感器部分64。当远离隔开时，在两个电缆52中包含电感器部分64允许电感器部分64的单个绕组获得所需的电感应，这有利于电感器部分64的空气冷却。
[ΟΟδΟ]在其他不例中，仅电缆52中的一个包括电感器部分64。
[0051 ]电缆52，以及特别是电感器部分64在外壳总成62的外部。
[0052]现在继续参照图2来参见图3至7，电感器部分64可以围绕内护套68卷绕，并被定位在外护套72内。内护套68和外护套72有助于保持电感器部分64的卷绕布置。在本示例中，夕卜护套72还提供电磁干扰屏蔽。
[0053]在组装过程中，如图4所示，电感器部分64可以围绕内护套68缠绕。电感器部分64和内护套68随后被定位在外护套72内。电感部分64、内护套68和外护套72可以被安装至车辆56底板的底部。
[0054]电感器部分64包括形成卷绕部分的多个单独的线圈78。示例电感器部分64包括大约四十个线圈78(或绕组或匝)。在其他示例中，电感器部分64可以包括40至240个单独的线圈。
[0055]示例电缆52包括六规格导电元件(six-gauge conductive member)82，其可以是铜制的。导电元件82由绝缘层86包围，该绝缘层86可以是聚合物材料。可以使用其他规格的导电元件82。
[0056]在一些示例中，电感器部分64不围绕内护套68缠绕，并且绝缘层86、导电元件82、或二者都能够保持电感器部分64具有卷绕的形态。
[0057]电感器部分64的线圈78被定位为彼此间隔距离D。在本示例中，距离D为35毫米。在本示例中，线圈78的内径Id为48毫米。这样的电感器部分64被证明能够产生20微亨的总电感应。
[0058]正如可以被理解的那样，由电感器部分64提供的电感应与线圈78的数量、线圈78的内径Id、线圈78之间的距离D、以及线圈78围绕缠绕的材料68的种类或线圈78于其中缠绕的材料72的种类成比例。
[0059]线圈78的内径Id可以小到电缆52允许的弯曲公差，或者可以大到空间允许。线圈内的面积越大，电感应越强。
[0060]其他示例可以包括更多或更少的线圈78、线圈78之间的不同距离、以及线圈78的不同内径Id。例如，距离D可以在从8毫米到105毫米的范围内，并且可以在电感器部分64内变化。进一步地，线圈78的内径Id可以在从10毫米到150毫米的范围内。
[0061]线圈78的内径Id以及线圈78之间的距离D可以在其中一个电感器部分64内变化。
[0062]调整线圈78的数量、线圈78之间的距离、以及内径可以提供不同的电感应。
[0063]内径Id可以通过改变内护套68、外护套72或二者的尺寸来控制。虽然在本示例中线圈78的横截面是椭圆形或圆形的，但也可以使用其他横截面轮廓，例如电感器部分64围绕内护套68缠绕更紧密的长方形或正方形。
[0064]内护套68、外护套72或二者可以具有非矩形的横截面，例如圆形或椭圆形横截面。内护套68和外护套72的横截面可以取决于线圈78所需的横截面轮廓。
[0065]在本示例中，内护套68和外护套72为聚合物材料。在其他示例中，护套可以是金属制的或可以包括金属材料、聚合物材料或一些其他材料的组合。
[0066]内护套68提供开放区域80。线圈78围绕开放区域80缠绕，该开放区域80作为电感器的空气磁芯(air core)并且可以减小饱和效应(saturat1n effect)。
[0067]示例电感器部分64为相对低轮廓并且被屏蔽。
[0068]与电缆52的剩余部分一样，不例电感器部分64也是空气冷却。冷却电感器部分的空气可以通过内护套68流通。
[0069]在一些示例中，电缆52的电感器部分64可以被容纳在车辆56的下边梁内。下边梁定位在车辆56的车门下方的横向外侧，下边梁通常包括开放区域，该开放区域适用于接收如图4所示的围绕内护套68缠绕的电感器部分64，或者围绕内护套68缠绕并容纳在外护套72中的电感器部分64。
[0070]下边梁通常是金属制的，并且可以对通过电感器部分64提供的电感应提供有利的增强，以及还提供屏蔽以降低电磁干扰。
[0071]现在在继续参照图2的情况下参见图8，示例可变电压控制器包括开关装置，SI和S2。示例开关装置SI和S2为宽带隙开关装置并且可以包括金属氧化物半导体场效应晶体管(“M0SFET”)或绝缘栅双极型晶体管(“IGBT” )。
[0072]在本示例中，开关装置SI和S2为以一百赫兹切换的碳化硅基开关装置。当与示例电感器部分64连接使用时，开关装置SI和S2已经被发现可以提供电流波纹，该电流波纹模拟在可变电压控制器中使用电感器而不是电缆52的电感器部分65的其他设计中发现的电流波纹。再一次地，电感器部分64得到大约20微亨的电感应。
[0073]开关装置SI和S2与例如纯硅IGBT或MOSFET这样的非碳化硅基的开关装置相比以相对较高的频率切换。较高速度的开关装置使所需电流波纹所需的电感应最小化，因此使所需的电感应更容易由电缆52的电感器部分获得。
[0074]示例公开的特征包括提供具有电缆的电感器，而非在可变电压转换器中或电机的电力控制系统中包含单独的电感器。
[0075]消除可变电压控制器中的单独的电感器或电力控制系统的另一部分可以减小可变电压控制器的整体尺寸和成本，并且可以提供效率。进一步地，不需要用于电感器的磁芯。
[0076]进一步地，当使用碳化硅基开关装置时，碳化硅芯片总面积可以由于碳化硅装置的高温操作能力而减小。芯片总面积可以降低与可变电压控制器相关的成本。
[0077]空气冷却的电感器部分64有利于在较冷的温度下运行电力控制系统的开关装置，这是由于电感器热无需耗散到用于开关装置的冷却剂回路中。空气冷却的电感器部分64没有实现铁芯损耗。
[0078]另外，电缆52的电流容量可以增加到超过现有电感器设计的电流容量，这是由于带有电感器部分64的电缆52的主要限制因素是导体82的热量，而不是导体和磁芯二者的热量。
[0079]前述说明本质上是示例性的而不是限制性的。对于所公开示例进行的不必超出本发明实质的变化及修改对本领域技术人员是显而易见的。给予本发明的合理的保护范围仅能通过研究后面的权利要求确定。
【主权项】
1.一种电动车辆总成，包含: 连接至电动车辆电池的电缆，所述电缆具有提供电感器的卷绕部分。2.根据权利要求1所述的总成，进一步包含内护套，所述卷绕部分围绕所述内护套缠绕。3.根据权利要求2所述的总成，进一步包含外护套，所述内护套和所述卷绕部分被接收于所述外护套中。4.根据权利要求1所述的总成，进一步包含电动车辆动力传动系统的电力控制系统，所述电缆将所述电池与所述电力控制系统电连接。5.根据权利要求4所述的总成，其中所述电力控制系统包括可变电压控制器。6.根据权利要求5所述的总成，其中所述可变电压控制器包括至少一个碳化硅基开关。7.根据权利要求6所述的总成，其中所述至少一个碳化硅基开关包含至少一个氧化物半导体场效应晶体管。8.根据权利要求6所述的总成，其中至少一个碳化硅基开关包含至少一个绝缘栅双极型晶体管。9.根据权利要求1所述的总成，其中所述卷绕部分被接收于所述电动车辆的下边梁内。10.根据权利要求1所述的总成，其中所述卷绕部分包括40至240个单独的线圈。11.根据权利要求1所述的总成，其中所述卷绕部分包括彼此相隔15至55毫米的多个单独的线圈。
【文档编号】H01B9/00GK105957627SQ201610114783
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年3月1日
【发明人】克雷格·布莱恩·罗杰斯, 陈礼华
【申请人】福特全球技术公司