CN108538451A - 用于高压电池应用的轻质母线 - Google Patents

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Abstract

根据本公开的方面，轻质母线包括铝本体、铜连接件和包层界面。铝本体限定第一端和与第一端相对的第二端。铜连接件邻近铝本体的第一端设置。铜连接件配置为紧固到外部部件。包层界面使铜连接件结合到铝本体的第一端。包层界面在热循环期间抑制铝和铜之间的屈服。

Description

用于高压电池应用的轻质母线
背景技术
本公开涉及高压母线的领域，更具体地涉及应用轻质母线的系统和方法。
常常使用一个或多个高功率模块来控制高档马达系统诸如用于混合车辆的那些。功率部件可以安装(例如焊接)到DBC(直接结合铜)基质上，其包括具有夹在其间的绝缘陶瓷层的铜层。
通常形状为厚铜棒的铜母线提供与外部系统的电连通。母线使用例如螺栓被连接到其他系统部件。有益地，螺栓接头将铜连接到铜以提供结实的连接，因为匹配的热膨胀系数不使一个部件屈服于另一个部件。
铝母线为铜母线提供一种备选。然而，当经受热循环时，螺栓接头将铝连接到铜会导致铝屈服。另外，当经受腐蚀性要素和振动诸如存在于移动目标中时，在螺栓接头处铝和铜之间的界面产生额外的缺陷。因此，铝母线不用于诸如汽车和航空工业的工业中。
发明内容
期望提供一种避免在螺栓接头处界面连接铜和铝的轻质母线。有益地，根据本公开的轻质母线降低母线的总体重量，降低制造母线的材料成本，并避免不相干材料之间的螺栓连接。
根据本公开的方面，轻质母线包括铝本体、铜连接件和包层界面。铝本体限定第一端和与第一端相对的第二端。铜连接件邻近铝本体的第一端设置。铜连接件配置为紧固到外部部件。包层界面使铜连接件结合到铝本体的第一端。包层界面在热循环期间抑制铝和铜之间的屈服。
根据本公开的其他方面，铜连接件裹住铝本体的第一端并朝铝本体的中心延伸。该中心在铝本体的第一端和第二端之间延伸。
根据本公开的其他方面，轻质母线进一步包括多个表面。多个表面中的每一个包括由铝本体限定的第一部分和由铜连接件限定的第二部分。多个表面中的每一个大致平坦。
根据本公开的其他方面，轻质母线进一步包括第二铜连接件和第二包层界面。第二铜连接件邻近铝本体的第二端设置。第二铜连接件配置为紧固到第二外部部件。第二包层界面使第二铜连接件结合到铝本体的第二端。第二包层界面在热循环期间抑制铝和铜之间的屈服。
根据本公开的其他方面，铝本体的第一端包括朝铜连接件延伸的多个第一延伸部，铜连接件包括朝铝本体的第一端延伸的多个第二延伸部，且多个第一延伸部接收在多个第二延伸部的相应对之间。
根据本公开的其他方面，铝本体的第一端裹住铜连接件的一部分。
根据本公开的其他方面，包层界面基本上由铜、铝和其金属间合金组成。
根据本公开的方面，车辆包括电源、铜端子和轻质母线。铜端子电耦合到电源。轻质母线包括铝本体、铜连接件和包层界面。铝本体限定第一端和与第一端相对的第二端。铜连接件邻近铝本体的第一端设置。铜连接件紧固到铜端子。包层界面使铜连接件结合到铝本体的第一端。包层界面在热循环期间通过电源抑制铝和铜之间的屈服。
根据本公开的其他方面，铜连接件裹住铝本体的第一端并朝铝本体的中心延伸。该中心在铝本体的第一端和第二端之间延伸。
根据本公开的其他方面，轻质母线进一步包括多个表面。多个表面中的每一个包括由铝本体限定的第一部分和由铜连接件限定的第二部分。多个表面中的每一个大致平坦。
根据本公开的其他方面，轻质母线进一步包括第二铜连接件和第二包层界面。第二铜连接件邻近铝本体的第二端设置。第二铜连接件配置为紧固到第二外部部件。第二包层界面使第二铜连接件结合到铝本体的第二端。第二包层界面在热循环期间抑制铝和铜之间的屈服。
根据本公开的其他方面，铝本体的第一端包括朝铜连接件延伸的多个第一延伸部，且铜连接件包括朝铝本体的第一端延伸的多个第二延伸部。多个第一延伸部中的每一个接收在多个第二延伸部的相应对之间。
根据本公开的其他方面，铝本体的第一端裹住铜连接件的一部分。
根据本公开的其他方面，包层界面基本上由铜、铝和其金属间合金组成。
根据本公开的方面，形成母线的方法包括获取限定第一端和与第一端相对的第二端的铝本体，邻近铝本体的第一端设置铜连接件并使用用以在其间形成包层界面的包层方法使铝本体的第一端结合到铜连接件以抑制热循环期间铝和铜之间的屈服。铜连接件配置为紧固到铜端子。
根据本公开的其他方面，使铝本体的第一端结合到铜连接件包括采用铜连接件裹住铝本体的第一端。
根据本公开的其他方面，母线包括多个表面。多个表面中的每一个包括由铝本体限定的第一部分和由铜连接件限定的第二部分。多个表面中的每一个大致平坦。
根据本公开的其他方面，该方法进一步包括邻近铝本体的第二端设置第二铜连接件并使用用以在其间形成第二包层界面的包层方法或其他包层方法使铝本体的第二端结合到第二铜连接件以抑制热循环期间铝和铜之间的屈服。第二铜连接件配置为紧固到第二铜端子。
根据本公开的其他方面，铝本体的第一端包括从其延伸的多个第一延伸部，且铜连接件包括从其延伸的多个第二延伸部。邻近铝本体的第一端设置铜连接件包括以交替堆叠结构布置多个第一延伸部和多个第二延伸部。包层界面形成在多个第一延伸部中的每一个和多个第二延伸部的相应一个之间。
根据本公开的其他方面，包层界面基本上由铜、铝和其金属间合金组成。
当结合附图时，从以下详细描述中本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
附图是说明性的并且不旨在限制权利要求限定的主题。在以下详细描述中讨论了示例性方面并示出在附图中，在附图中：
图1是根据本公开的方面具有轻质母线的车辆的示意性透视图；
图2是图1的轻质母线的示意性透视图；
图3是沿剖面线3-3截取的图2的轻质母线的示意性截面图；
图4是根据本公开的方面形成轻质母线的方法的流程图。
具体实施方式
现参照图1，示出了具有轻质母线100(图2)的车辆1。车辆1可以是例如混合电动车辆、插入式混合电动车辆、插入式全电动车辆、燃料电池驱动车辆等。在一些方面，车辆1包括混合推进系统，该混合推进系统包括电源10和内燃机20。所示出的电源10是包括多个电池模块30的电池组。在一些方面，电池组包括约两百个电池模块30，尽管根据所需功率可能需要附加的或更少的电池。在一些方面，车辆1是完全电动的且不包括内燃机20。
车辆1包括电源10、铜端子40(图2)、一个或多个寄生部件(未示出)诸如电动马达，以及轻质母线100(图2)。轻质母线100使电源10电耦合到一个或多个寄生部件。轻质母线直接附接到铜端子40，该铜端子40电耦合到电源10和一个或多个寄生部件。在操作期间，轻质母线100将从电源10接收的电流传递到一个或多个寄生部件中的至少一个。电源10配置为使用例如电动马达为车辆1提供电动力。
图2示出了轻质母线100。轻质母线100包括铝本体102、铜连接件104和其间的包层界面106。轻质母线100限定与第二端110相对的第一端108。邻近铝本体102的第一端108和第二端110设置铜连接件104使得可以在其间形成电连接。使用任何已知方法诸如引线接合、直接焊接或紧固件等进行外部装置和轻质母线100之间的电连接。在一些方面，铜连接件104配置为使用紧固件诸如螺栓50可移除地紧固到铜端子40。
包层界面106使铜连接件结合到铝本体102的第一端和第二端110。包层界面在例如充电和放电期间出现的热循环期间通抑制铝和铜之间的屈服。在一些方面，包层界面基本上由铜、铝和其金属间合金组成。有益地，包层界面106提供铜和铝之间的预定接触区域，以及提供已知的金属间合金，使得铝和铜之间的界面的电性能可以在轻质母线100的整个使用寿命中优化并已知。可使用许多包层方法中的任何一种创建包层界面106，诸如将铝本体102的部分与铜连接件104的部分挤压、压制、辊压或熔焊在一起。
在一些方面，铜连接件104裹住铝本体102的第一端108和第二端110并朝铝本体102的中心112延伸。轻质母线100包括多个表面114a-d，其每一个包括由铝本体102限定的第一部分116a和由铜连接件104限定的第二部分116b。在一些方面，多个表面114a-d中的每一个大致平坦以提供铝本体102和铜连接件104之间基本均匀的封装。有益地，轻质母线100的包层界面106提供低轮廓封装以减小轻质母线100占据的总体积。在一些方面，通过避免附加材料诸如熔剂和焊料提供低轮廓封装。
图3以截面图示出了根据本公开的一些方面的轻质母线100的包层界面106。在所示图中，铝本体102的第一端108包括从其延伸的多个第一延伸部118，且铜连接件104包括从其延伸的多个第二延伸部120。第一延伸部118和第二延伸部120交替堆叠使得多个第一延伸部118接收在多个第二延伸部120的相应对之间，且包层界面106形成在其间。有益地，多个第一延伸部118和多个第二延伸部120可以被设定大小和成形为在热循环期间进一步抑制铝和铜之间的屈服并由此改进铝和铜之间的界面的坚固性。
图4示出了形成轻质母线100的方法400。方法400包括获取402限定与第二端110相对的第一端108的铝本体102，邻近铝本体102的第一端108设置404铜连接件104，并使用用以在其间形成包层界面106的包层方法使铝本体102的第一端108结合406到铜连接件104以在热循环期间抑制铝和铜之间的屈服。
在一些方面，该界面可以是使用诸如超声波焊接、反应冶金接合等方法的焊接界面。
尽管已经详细描述了用于实施本公开的最佳模式，但熟悉本公开相关领域的技术人员将认识到用于实践所附权利要求范围内的本公开的各种备选设计和实施例。

Claims (10)

1.一种轻质母线，包括：
铝本体，其限定第一端和与所述第一端相对的第二端；
邻近所述铝本体的所述第一端设置的铜连接件，所述铜连接件配置为紧固到外部部件；以及
包层界面，其使所述铜连接件结合到所述铝本体的所述第一端，所述包层界面在热循环期间抑制铝和铜之间的屈服。
2.根据权利要求1所述的轻质母线，进一步包括多个表面，其中所述多个表面中的每一个包括由所述铝本体限定的第一部分和由所述铜连接件限定的第二部分，且所述多个表面中的每一个大致平坦。
3.根据权利要求1所述的轻质母线，进一步包括：
邻近所述铝本体的所述第二端设置的第二铜连接件，所述第二铜连接件配置为紧固到第二外部部件；以及
第二包层界面，其使所述第二铜连接件结合到所述铝本体的所述第二端，所述第二包层界面在热循环期间抑制铝和铜之间的屈服。
4.根据权利要求1所述的轻质母线，其中所述铝本体的所述第一端包括朝所述铜连接件延伸的多个第一延伸部，所述铜连接件包括朝所述铝本体的所述第一端延伸的多个第二延伸部，且所述多个第一延伸部接收在所述多个第二延伸部的相应对之间。
5.根据权利要求1所述的轻质母线，其中所述包层界面基本上由铜、铝和其金属间合金组成。
6.一种车辆，包括：
电源；
电耦合到所述电源的铜端子；以及
轻质母线，其包括：
铝本体，其限定第一端和与所述第一端相对的第二端；
邻近所述铝本体的所述第一端设置的铜连接件，所述铜连接件紧固到所述铜端子；以及
包层界面，其使所述铜连接件结合到所述铝本体的所述第一端，所述包层界面在热循环期间通过所述电源抑制铝和铜之间的屈服。
7.一种形成母线的方法，包括：
获取铝本体，所述铝本体限定第一端和与所述第一端相对的第二端；
邻近所述铝本体的所述第一端设置铜连接件，所述铜连接件配置为紧固到铜端子；以及
使用用以在其间形成包层界面的包层方法使所述铝本体的所述第一端结合到所述铜连接件以在热循环期间抑制铝和铜之间的屈服。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包括：
邻近所述铝本体的所述第二端设置第二铜连接件，所述第二铜连接件配置为紧固到第二铜端子；以及
使用用以在其间形成第二包层界面的所述包层方法或其他包层方法使所述铝本体的所述第二端结合到所述第二铜连接件以在热循环期间抑制铝和铜之间的屈服。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述铝本体的所述第一端包括从其延伸的多个第一延伸部，所述铜连接件包括从其延伸的多个第二延伸部，邻近所述铝本体的所述第一端设置所述铜连接件包括以交替堆叠结构布置所述多个第一延伸部和所述多个第二延伸部，且所述包层界面形成在所述多个第一延伸部中的每一个和所述多个第二延伸部中的相应一个之间。
10.根据权利要求7所述方法，其中所述包层界面基本上由铜、铝和其金属间合金组成。
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