CN115565727A - 电力导体和包括该电力导体的载具配电电路 - Google Patents

电力导体和包括该电力导体的载具配电电路 Download PDF

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Abstract

公开了电力导体和包括该电力导体的载具配电电路。电力导体(1)用于在电源(2)与负载(10)之间导电。导电主体(4)连接在电源(2)与负载(10)之间。在导电主体(4)的内部设置有密封腔室(6)，并且密封腔室容纳用于在被加热时变相的工作流体(9)。还公开了一种包括该电力导体的载具配电电路。

Description

电力导体和包括该电力导体的载具配电电路
技术领域
本发明涉及电力导体，具体涉及耗散热的电力导体。本发明具体涉及机动车配电布线和用于耗散通过机动车电力线传导大电流而产生的热量的机动车冷却装置。本发明还涉及包括这种电力导体的载具配电电路。
背景技术
现代载具的配电越来越重要，尤其是随着驾驶员辅助系统、电动机动车和自动驾驶技术的日益采用。更大的功率需求意味着载具某些区域(如配电装置)的电流密度也增加了。这导致产生废热，因此需要冷却系统来降低过热风险。
同时，新的载具电力/电子(EE)架构希望通过多个分区集线器或模块来分配电力，以减少载具内的布线长度。对于各集线器或模块，法规和能源管理要求需要这些电力线必须包括监测和保护系统，以优化和保护载具内的配电。因此，在电力线路径中引入了较多的电子系统和开关。这不仅加剧了系统的功耗，还产生了较多的需要冷却的热点。
上述因素的组合意味着不仅现代载具的功率需求增加，导致了更大的散热，而且载具内还有较多区域受到此影响。这是一个严重的问题，因为随着电力线温度的升高，其电阻也随之增大，从而导致较大的热损。例如，在某些系统中，温度从20℃升高到100℃会导致电力线上的电阻增大约70％。这实际上建立了恶性循环，因为随着温度的升高，电力线的电阻增大，从而以余热的形式增加了功耗。因此，过热会降低电力线的性能和效率。
鉴于上述情况，需要冷却电力线和其他电力导体。不幸的是，传统的冷却方法并没有针对这种应用进行优化。例如，使用散热器进行被动或空气冷却需要足够的空间和气流。这很少能适应于用于在载具内承载线束的狭窄通道中。同样，液体冷却系统需要引入额外的泵、管道和散热器。这不仅需要空间，还带来了进一步的复杂性和巨大的成本。因此，仍然需要一种能够为载具内的电子线路提供有效冷却的冷却装置，尤其是在空间非常有限且气流不良的情况下冷却电力导体的解决方案。
发明内容
根据第一个方面，提供了一种电力导体，所述电力导体用于在电源和负载之间导电，所述电力导体包括：用于将所述电源和所述负载连接的导电主体；位于所述导电主体的内部的密封腔室；以及被容纳在所述密封腔室内的用于在被加热时变相的工作流体。
在实施方式中，所述导电主体包括用于连接到所述电源的第一连接端子和用于连接到所述负载的第二连接端子。
在实施方式中，所述电力导体还包括内衬于所述密封腔室的内衬层，其中，所述内衬层包括用于通过毛细管作用输送所述工作流体的多个流体通道。在实施方式中，内衬层形成芯。
在实施方式中，所述密封腔室在部分真空下密封。
在实施方式中，所述电力导体还包括用于将所述导电主体热连接到散热器的散热器连接件。
在实施方式中，所述散热器连接件包括用于将所述导电主体与所述散热器电隔离的电绝缘件。
在实施方式中，所述散热器连接件用于将所述导电主体连接至载具结构，其中，所述载具结构起到所述散热器的作用。
在实施方式中，所述工作流体在被加热时从液体蒸发为气体。
在实施方式中，所述密封腔室中的真空和所述工作流体配置为工作流体的沸点对应于电力导体的工作温度。
在实施方式中，所述导电主体具有管状构造。在实施方式中，导电主体被形成为热管。
在实施方式中，所述导电主体包括金属壳。在实施方式中，导电主体由铜形成。
在实施方式中，所述导电主体为柔性壳。
在实施方式中，所述电力导体还包括覆盖所述导电主体的区域以防止与相邻表面短路的电绝缘件。
根据第二个方面，提供了一种载具配电电路，所述载具配电电路包括：用于从电源输送电流的电源连接端子；用于将电流输送到负载的负载连接端子；用于在所述电源与所述负载之间导电的电力导体，其中，所述电力导体包括：用于将所述电源连接端子和所述负载连接端子连接的导电主体；位于所述导电主体的内部的密封腔室；以及被容纳在所述密封腔室内的用于在被加热时变相的工作流体。
在实施方式中，所述电力导体还包括用于将所述导电主体连接到载具结构的散热器连接件，其中，所述载具结构起到散热器的作用。
附图说明
现在将参照附图描述示例性实施方式，其中：
图1示出了根据示例性实施方式的冷却装置的截面示意图。
具体实施方式
参照图1描述根据示例性实施方式的载具电力导体1。电力导体1在载具配电电路内将电源2与负载10之间进行电连接，从而形成在配电电路内的电力线。电源2可以例如是载具电池阵列、交流发电机、DC/DC转换器等，用于在载具内供电。例如，负载10可以是分配单元、分区控制器、电子控制单元或载具电力/电子架构内的其他功耗组件。在现有技术装置中，传统电力导体通常形成为用于将电流从电源2传导到负载10的高规格导线或电力电缆。因此，电力导体1取代了用于连接电源2和负载10的传统布线或电力电缆。
电力导体1作为热管装置提供，其利用导热性和相变来增强传热。在这个方面，电力导体1包括导电主体4，该导电主体包括密封腔室6，该密封腔室由芯5内衬并且容纳一定量的工作流体9。
在本实施方式中，主体4为刚性中空管状结构。然而，应当理解，在其他实施方式中，可以提供柔性主体。例如，主体可以形成为铰接结构，包括通过连杆连接的一个或更多个元件。在本实施方式中，主体4由铜材料制成，并且工作流体9为水。在其他实施方式中，可以使用其他导电材料以及兼容的工作流体。合适的工作流体包括氨、甲醇和乙醇。在制造过程中，使用真空泵排出内腔室6中的空气，然后用工作流体9部分地填充腔室。
芯5由烧结金属粉末制成，从而在用于输送液体工作流体9的腔室6的内孔周围形成多孔结构。在其他实施方式中，芯层可由网格或由平行于主体4纵轴设置的凹槽通道形成。
散热器连接件7附接到主体4的外部，并且用于将主体4与载具的诸如载具底盘或座椅框架的导热结构11进行热连接。散热器连接件7包括绝缘材料薄层12，例如云母片，用于在导电主体4与载具结构11之间形成电间隔件。因此，散热器连接件7将导电主体4与载具结构11电隔离，同时允许向其传热。
主体4的外表面(在散热器连接件7的任一侧)基本上由绝缘层3覆盖，该绝缘层形成围绕主体4的涂层。绝缘层3可以由塑料涂层或绝缘涂料形成，并防止将主体安装在载具中之后发生短路。主体4的端部外露以形成用于与电源2和负载10的相应连接端子相连接的第一连接端子8a和第二连接端子8b。
在使用中，负载10通过导电主体4从电源2吸取电流。随着电流的消耗，主体4和连接端子8a、8b上的电阻会产生热点，能量将在热点处耗散。这会导致主体4发热，并通过主体的壳传至内腔室6内的工作流体9。从冷起动开始，工作流体9将呈液态，并且随着主体加热，工作流体9通过从主体4内表面吸收热量而汽化。
在蒸发后，由压力差驱动的工作流体9蒸汽将沿着内腔室6流向主体4的相对较冷的区域，特别是靠近散热器连接件7的区域。这里，腔室6的相对较冷内表面将使工作流体9冷凝回液体，从而释放其中储存的潜热。该传热将通过主体4热传导至散热器连接件7并且至载具结构11，在散热器连接件7和载具结构11，热量可以在很大的表面积上耗散。同时，冷凝的液体工作流体9将通过毛细作用通过芯5流回主体4的较热区域。该循环重复进行，提供了非常高的传热系数，并且确保整个主体4的高效热传导。
可以理解，工作流体9的质量(mass)选择成使得在配电电路的相关联的部件的预期工作温度范围内，内腔室6容纳蒸汽和液体两者。这因此确保了优化传热。也就是说，虽然通过主体4的热传导进行的传热在该工作温度范围外仍然是可能的，但从热相变中获得的传热优势减少或丧失。具体而言，低于该范围时，液体工作流体9将太冷，无法蒸发成气体，而高于该范围时，温度将太高，蒸发后的工作流体9无法冷凝回液体。
有利地，上述装置允许将载具电源电缆(例如连接到载具内的被供电模块和配电装置的主电源电缆)替换为还提供热冷却能力的改进的电力导体。这种热管热冷却能力为所连接的部件和导体本身提供冷却。例如，在实际应用中，电力导体1可以通过诸如螺钉和夹子之类的固定装置固定到位，固定装置将形成热点，否则会增加周围组件的温度。然而，主体4能够将这些热点的热量吸到散热器连接件7，从而对热点进行冷却。同样，来自电源2和负载10的废热可以通过主体4被吸到散热器连接件7。这可以有助于优化这些部件的性能和使用寿命。在这两种情况下，传递的热量可以通过可以充当大型散热器的载具底盘或座椅结构来耗散。
同时，因为电力导体1不包括机械运动部件，因此无需维护，并提供了长期可靠性。该装置也不需要与传统散热器装置相关联的空间或气流，因为废热可以方便地传输到载具内的现有结构，或沿着导电路径传输到较方便设置的散热器。因此，与传统散热器或液体冷却装置相比，电力导体1可以被包括在载具结构框架内的较窄空间中。
通过降低通过导体的功耗，提高的热效率可以进一步提高配电架构内的整体效率。也就是说，由于温度升高导致电阻增大，因此改进的冷却有助于减轻因工作温度升高而产生的能量损失。
最后，还可以提供重量减轻，因为通过提供改进的冷却效率，可以减少否则需要的导体厚度。也就是说，在传统装置中，所需的电力线直径通常是至少部分地基于最高预期工作温度下的最大容许电阻来确定的。因此，通过改进热管理来降低工作温度，可以使用较薄的电力导体。这样可以节省重量和成本。
应当理解，以上所示的实施方式仅为说明的目的而展示应用。在实践中，实施方式可以应用于许多不同的配置，对于本领域技术人员来说，具体的实施方式容易实现。

Claims (15)

1.一种电力导体，所述电力导体用于在电源和负载之间导电，所述电力导体包括：
用于将所述电源和所述负载连接的导电主体；
位于所述导电主体的内部的密封腔室；以及
被容纳在所述密封腔室内的用于在被加热时变相的工作流体。
2.根据权利要求1所述的电力导体，其中，所述导电主体包括用于连接到所述电源的第一连接端子和用于连接到所述负载的第二连接端子。
3.根据权利要求1或2所述的电力导体，所述电力导体还包括内衬于所述密封腔室的内衬层，其中，所述内衬层包括用于通过毛细管作用输送所述工作流体的多个流体通道。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的电力导体，其中，所述密封腔室在部分真空下密封。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电力导体，所述电力导体还包括用于将所述导电主体热连接到散热器的散热器连接件。
6.根据权利要求5所述的电力导体，其中，所述散热器连接件包括用于将所述导电主体与所述散热器电隔离的电绝缘件。
7.根据权利要求5或6所述的电力导体，其中，所述散热器连接件用于将所述导电主体连接至载具结构，其中，所述载具结构起到所述散热器的作用。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电力导体，其中，所述工作流体在被加热时从液体蒸发为气体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电力导体，其中，所述密封腔室中的真空和所述工作流体配置为所述工作流体的沸点对应于所述电力导体的工作温度。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电力导体，其中，所述导电主体具有管状构造。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电力导体，其中，所述导电主体包括金属壳。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的电力导体，其中，所述导电主体为柔性壳。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电力导体，所述电力导体还包括覆盖所述导电主体的区域以防止与相邻表面短路的电绝缘件。
14.一种载具配电电路，所述载具配电电路包括：
用于从电源输送电流的电源连接端子；
用于将电流输送到负载的负载连接端子；
用于在所述电源与所述负载之间导电的电力导体，其中，所述电力导体包括：
用于将所述电源连接端子和所述负载连接端子连接的导电主体；
位于所述导电主体的内部的密封腔室；以及
被容纳在所述密封腔室内的用于在被加热时变相的工作流体。
15.根据权利要求14所述的载具配电电路，其中，所述电力导体还包括用于将所述导电主体连接到载具结构的散热器连接件，其中，所述载具结构起到散热器的作用。
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