CN104347966A - 多层母线 - Google Patents

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Abstract

一种示例多层母线，除其它方面以外包括：第一导电层、第二导电层以及第三导电层。第二导电层夹在第一和第三导电层之间。第二导电层的极性与第一和第三导电层的极性不同。

Description

多层母线
技术领域
本发明总体涉及一种母线，更具体地涉及一种多层母线。许多电气系统使用母线。例如，电气化车辆可以包括母线以便与存储电能的电池交换电力。
背景技术
一般地，电动车辆不同于传统机动车辆，因为电动车辆有选择地使用一个或多个电池供电的电机驱动车辆。相反地，传统机动车辆唯一地依靠内燃发动机驱动车辆。电动车辆可以代替内燃发动机或除内燃发动机之外使用电机。示例性电动车辆包括混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(PHEV)和纯电动车辆(BEV)。
参照现有技术图1，示例性现有技术电动车辆的动力传动系统可以包括使用至少一个交换电(electricity)的母线200的电力转换系统。在该示例中，现有技术母线200是高度简化的。现有技术总线200具有两层。一层是正的而另一层是负的。在电动车辆的电力转换系统中，由于集肤效应以及与高频率开关相关的邻近效应，现有技术母线200会具有相对高的AC电阻。这会导致电力损耗以及不期望的高的热能水平。
现有技术图2示出了与现有技术母线200相关的图表210。该图表210示出了对于现有技术母线200的寄生电感对频率的第一迹线220a，以及寄生电阻对频率的第二迹线220b。该图表210中的频率范围从0到100千赫兹。公知的，相对高水平的寄生电感和寄生电阻通常是不期望的，因为寄生电阻引起在先前段落中描述的额外的电力损耗，而寄生电感会导致与功率半导体装置切换作用相关的电压尖峰，并且由于相对大的所需电压容限导致功率半导体装置额定电压的相对低的利用率。
发明内容
根据本发明的一示例性方面，一种多层母线除其它方面以外包括第一导电层、第二导电层和第三导电层。第二导电层夹在第一和第三导电层之间。第二导电层的极性与第一和第三导电层的极性不同。
在前述多层母线的另一非限定性实施例中，该母线包括位于第一和第二导电层之间的第一绝缘层，以及位于第二和第三导电层之间的第二绝缘层。
在前述任一多层母线的另一非限定性实施例中，该母线包括电耦接第一和第三导电层的导电连接部件。
在前述任一多层母线的另一非限定性实施例中，该母线包括第一和第三导电层，其每一层均包括调整片，该调整片包括容纳第一导电连接部件的孔。
在前述任一多层母线的另一非限定性实施例中，第二导电层包括：容纳第二导电连接部件的调整片、总线的第一外侧上的第一和第三导电层的调整片以及与第一外侧相对的总线的第二外侧上的第二导电层的调整片。
在前述任一多层母线的另一非限定性实施例中，该母线包括位于第一和第二导电层之间的第一绝缘层，第一绝缘层的端部在与第二导电层相比更接近第一和第三导电层的调整片的第一外侧上延伸。
在前述任一多层母线的另一非限定性实施例中，该母线包括第四导电层，该导电层具有与第二导电层的极性相同的极性。
在前述任一多层母线的另一非限定性实施例中，该母线包括直接电耦接第一和第三导电层的第一导电连接部件，以及直接电耦接第二和第四导电层的第二导电连接部件。
在前述任一多层母线的另一非限定性实施例中，该母线包括使整个第一和整个第三导电层与整个第二导电层电绝缘的绝缘层。
在前述任一多层母线的另一非限定性实施例中，该母线在电动车辆动力传动系统中交换电力。
在前述任一多层母线的另一非限定性实施例中，该母线配置为有选择地电耦接发电机或电动机与电动车辆电池。
根据本发明的另一示例性方面，一种通过多层母线交换电力的方法除其它方面以外包括：通过第一导电层、第二导电层和第三导电层交换电，以及将第二导电层夹在第一和第三导电层之间。第二导电层的极性与第一和第三导电层的极性不同。
在前述交换电力的方法的另一非限定性实施例中，该方法包括，将第一导电层直接电耦接到第三导电层。
在前述交换电力的方法的另一非限定性实施例中，该方法包括，使用电给电动车辆的电池充电。
在前述交换电力的方法的另一非限定性实施例中，该方法包括，使用母线有选择地从电动机或发电机向电池交换电力。
在前述交换电力的方法的另一非限定性实施例中，该方法包括，将第三导电层夹在第二导电层和第四导电层之间。第二导电层的极性与第四导电层的极性相同。
在前述交换电力的方法的另一非限定性实施例中，该方法包括将第二导电层直接电耦接到第四导电层。
在前述交换电力的方法的另一非限定性实施例中，该方法包括，使第二导电层与第一和第三导电层两者电绝缘。
附图说明
通过具体实施方式，本发明的各种特征和优点对本领域的技术人员来说将变得显而易见。伴随具体实施方式的附图可以简单地描述如下：
图1描述了现有技术母线的简化的示例模型。
图2描述了与图1中简化的现有技术母线相关的频率图。
图3描述了示例电动车辆动力传动系统的示意图。
图4描述了图3的动力传动系统内的母线区域的更加详细的示意图。
图5描述了用在图3中的动力传动系统的母线。
图6示出了沿图5中线6-6的截面视图。
图7示出了图5中的母线的端部和接线端子(terminal)的分解图。
图8描述了与图5中的母线相关的频率图。
具体实施方式
参照图3，电动车辆12的动力传动系统10包括具有选择性地交换电力的母线总成14的电力转换器的方框。尽管具有母线总成14的电力转换器被描述为与混合动力电动车辆(HEV)的动力传动系统相连使用，但应该理解的是，在此描述的构思不限于HEV，并且可以延伸到其它电动车辆，这些电动车辆包括但是不限于插电式混合动力车辆(PHEV)和纯电动车辆(BEV)。
在其它示例中，具有母线总成14的电力转换器可以用在除了车辆电气系统以外的电气系统中，例如建筑物的电气系统。
在一个实施例中，动力传动系统10是使用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分配动力传动系统(powersplit powertrain system)。该第一驱动系统包括发动机16和发电机18(即第一电机)的组合。该第二驱动系统包括至少电动机22(即，第二电机)、发电机18和电池24。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统28。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12的车辆驱动车轮32。
在该示例中是内燃发动机的发动机16和发电机18可以通过动力传输单元36——例如行星齿轮组——连接。包括其它齿轮组和变速器的其它类型的动力传输单元可以用于连接发动机16和发电机18。在一个非限定性实施例中，动力传输单元36是包括环形齿轮40、太阳齿轮44和支架总成48的行星齿轮组。
发电机18可以由发动机16通过动力传输单元36驱动以将动能转化成电能。发电机18可以可替换地起电动机的作用以将电能转化成动能，因此向连接到动力传输单元36的轴52输出扭矩。因为发电机18可操作地连接到发动机16，发动机16的速度可以由发电机18控制。
动力传输单元36的环形齿轮40可以连接到轴56，该轴56通过第二动力传输单元60连接到车辆驱动轮32。该第二动力传输单元60可以包括具有多个齿轮64的齿轮组。其它动力传输单元也是适合的。齿轮64将扭矩从发动机16传输到差速器68以最终向车辆驱动轮32提供牵引力。差速器68可以包括多个能够将扭矩传输到车辆驱动轮32的齿轮。第二传输单元60通过差速器68机械地耦接到轮轴72以将扭矩分配给车辆驱动轮32。
电动机22(即，第二电机)也可以用于通过向同样连接到第二传输单元60的轴78输出扭矩以驱动车辆驱动轮32。在一个实施例中，电动机22和发电机18合作作为再生制动系统的一部分，在该再生制动系统中，电动机22和发电机18均可以用作电动机以输出扭矩。例如，电动机22和发电机18的每一个均可以通过具有母线总成14的电力转换器向电池24输出电能。电池24可以是能够输出电能以运行电动机22和发电机18的高压电池。其它类型的能量存储装置和/或输出装置也可以与电动车辆12一起使用。
现参照图4同时继续参照图3，具有母线总成14的电力转换器包括当有选择地将发电机18(G)或电动机22(M)电耦接到电池24时使用的高压母线84。示例母线84耦接到一个或多个转换器86以向电池24或从电池24交换适当的电力。具有母线总成14的电力转换器也可以用于，在不涉及电池24的情况下，在电动机22和发电机18之间传输电能。示例转换器86包括AC/DC转换器、DC/DC转换器等。
现在参照图5-7，示例母线84是多层的，并且包括第一导电层92、第二导电层94、第三导电层96和第四导电层98。
第一导电层92的极性与第三导电层96的极性相同。在该示例中，第一和第三导电层92和96是正的。第二导电层94的极性同样与第四导电层的极性相同。在该示例中，第二和第四导电层94和96都是负的。因此，在该示例中，第一和第三导电层92和96的极性与第二和第四导电层94和98的极性不同，并且示例母线84包括多于一层具有相同极性的导电层。
示例母线84总共包括四层。正如可以领会的，负的导电层94夹在正的导电层92和96之间，并且正的导电层96夹在负的导电层94和98之间。
除了总共四层导电层以外，其它示例也可以包括总共三层导电层，其中导电层的中的两层是正的，而一层导电层是负的，反之亦然。另外的其它示例可以包括多于四层导电层。
第一绝缘层104位于第一和第二导电层92和94之间。第二绝缘层106位于第二和第三导电层94和96之间。第三绝缘层108位于第三和第四导电层96和98之间。绝缘层104、106和108可以是纸张、诺梅克斯()或其它一些绝缘材料。
在母线84的第一端部110，调整片112自第一和第三导电层92和96延伸。每一个调整片112包括孔114。第一连接部件116穿过孔114延伸并且固定到第一正的接线端子118。连接部件116将第一和第三导电层92和96彼此电耦接，并与第一正的接线端子118电耦接。
同样地，在第一端部110，调整片122自第二和第四导电层94和98延伸。每一个调整片122包括孔124。第二连接部件126穿过该孔124延伸并且固定到第一负的接线端子128。连接部件126将第二和第四导电层94和98彼此电耦接，并与第一负的接线端子128电耦接。第一和第二连接部件116和126是螺纹连接部件，例如，该示例中的螺栓。第一和第二连接部件116和126可以是导电的或不导电的。
在该示例中，第一正的接线端子和第一负的接线端子128提供电力转换器接线端子，例如转换器86(图4)中的一个。
与第一端部110相对的母线84的第二端部130上，第一和第三导电层92和96可以包括固定到第二正的接线端子的调整片(未示出)。同样在母线84的第二端部130上，第二和第四导电层94和98固定到第二负的接线端子。在该示例中，第二负的接线端子和第二正的接线端子提供电容器接线端子。
调整片112在母线84的一个外侧134上。调整片122在母线84的相对外侧138上。在外侧134上，绝缘层104、106、108与第二和第四导电层94和98相比更接近调整片112延伸。在外侧138上，绝缘层104、106、108比第一和第三导电层92和96更紧密地延伸至调整片122。这种定位有助于确保，即使在调整片112和122附近，第一和第三导电层92和96仍与第二和第四导电层94和98保持电绝缘。
在示例母线84中，绝缘层104、106、108邻近那些导电层92、94、96、98彼此间隔约0.2毫米。示例母线84的厚度t大约是4毫米。另外，母线84具有分别大约为20厘米和大约20毫米的长度l和宽度w。值得注意地，母线84的长度和宽度及总的厚度与现有技术的母线200(图1)近似相同，而导电层92、94、96、98每一层的厚度比具有相同的总横截面积的现有技术的总线200的导电层更薄。由于母线84和现有技术母线200具有大致相同的整体尺寸，因此不需要明显不同于现有技术母线200的包装空间来容纳母线84。
正如图8中的图表190和现有技术图2中的图表210的比较所示，至少部分由于其多层结构，示例母线84提供寄生电阻对现有技术母线200的降低。图表190示出了示例母线84的寄生电感对频率的第一示例迹线194a，以及寄生电阻对频率的第二迹线194b。图表190中的频率范围从0到100千赫兹。因此图表190的频率范围表示与现有技术图2中的图表210相同的频率范围。图表190和现有技术图2中的图表210的纵轴的范围也相同。
寄生电阻的降低可期望于减少电力损耗并降低温度升高。由于正、负层之间更加紧密的磁耦合，多层结构还促进寄生电感的降低。因为该降低的寄生电感，由于与现有技术母线200相比的电压尖峰的降低，母线84可以具有用于使用中的功率半导体装置的所需电压容限的降低。
尽管不同的非限定性实施例描述为具有特定的组件或步骤，但本发明的实施例不限于那些特定的组合。使用结合来自任何其它非限定性实施例的特征或组件的来自任何非限定性实施例的一些组件或特征是可行的。另外，除非另有声明，可以以任何顺序执行所述步骤。
前述说明书本质上是示例性的而非限定性的。在一定不脱离本发明的本质的前提下，所公开的示例的变型和修改对本领域技术人员来说是显而易见的。因此，只能通过研究下面的权利要求书确定对本发明给予法律保护的范围。

Claims (10)

1.一种多层母线，其特征在于，包含：
第一导电层；
第二导电层；以及
第三导电层，其中第二导电层夹在第一和第三导电层之间，并且第二导电层的极性与第一和第三导电层的极性不同。
2.根据权利要求1所述的多层母线，其特征在于，包括位于第一和第二导电层之间的第一绝缘层，以及位于第二和第三导电层之间的第二绝缘层。
3.根据权利要求1所述的多层母线，其特征在于，包括导电连接部件，其电耦接第一和第三导电层。
4.根据权利要求1所述的多层母线，其特征在于，第一和第三导电层的每一层均包括调整片，该调整片包括容纳第一导电连接部件的孔。
5.根据权利要求4所述的多层母线，其特征在于，第二导电层包括：容纳第二导电连接部件的调整片、母线的第一外侧上的第一和第三导电层的调整片以及与第一外侧相对的总线的第二外侧上的第二导电层的调整片。
6.根据权利要求5所述的多层母线，其特征在于，包括位于第一和第二导电层之间的第一绝缘层，第一绝缘层的端部在与第二导电层相比更接近第一和第三导电层的调整片的第一外侧上延伸。
7.根据权利要求1所述的多层母线，其特征在于，包括第四导电层，该导电层具有与第二导电层的极性相同的极性。
8.根据权利要求7所述的多层母线，其特征在于，包括直接电耦接第一和第三导电层的第一导电连接部件，以及直接电耦接第二和第四导电层的第二导电连接部件。
9.根据权利要求1所述的多层母线，其特征在于，包括绝缘层以使整个第一和整个第三导电层与整个第二导电层电绝缘。
10.根据权利要求1所述的多层母线，其特征在于，母线在电动车辆动力传动系统中交换电力。
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