TW202324454A - 用於電功率分配的冷卻母線 - Google Patents

Abstract

公開了用於電功率分配的冷卻母線。冷卻母線可以包括一個或多個傳導性層和一個或多個中空部分。冷卻介質(諸如液體冷卻劑)可以流過(多個)中空部分。冷卻母線的一個或多個傳導性層可以包括剛性導體。在某些實施例中，冷卻母線可以包括絕緣層和/或遮罩層。

Description

用於電功率分配的冷卻母線

所公開的技術涉及電功率分配。更特別地，所公開的技術涉及電動載具內的功率分配。 相關申請的交叉引用

本申請是2021年10月29日提交的題為“COOLED BUSBAR FOR ELECTRIC VEHICLE POWER DISTRIBUTION”的美國臨時專利申請第63/263,322號的非臨時申請並且要求其優先權，其通過引用整體地並且出於所有目的併入本文。

用於電動系統(諸如，電動載具或涉及從一個或多個電功率源到一個或多個負載的電功率傳遞的任何電動系統)的充電系統可以利用柔性編織線纜來將電從電功率源傳導到電功率負載。例如，電功率可以從載具充電入口(例如，電功率源)被傳遞到載具電池(例如，電功率負載)。這些線纜系統可以為高充電速率提供高電壓和高電流承載能力。這些線纜通常是柔性的，並且包含編織金屬，該編織金屬由單層或多層絕緣和金屬套管來封裝，以用於觸摸安全性和電磁相容性(EMC)遮罩。隨著對電功率充電速率(例如，電動載具充電速率)的需要增加，使用柔性編織線纜可能會提出技術挑戰。

申請專利範圍中描述的創新每個具有若干方面，其中沒有單個方面單獨地對其合期望的屬性負責。在不限制申請專利範圍的範圍的情況下，現在將簡要描述本公開的一些突出特徵。

本公開的一個方面是一種電功率分配系統。電功率分配系統包括母線。所述母線包括：剛性導體，其被配置成將電流從源運載到負載；中空部分，其被配置成使冷卻介質流過其中；絕緣層；以及遮罩層。

剛性導體可以包括鋁或銅中的至少一個。中空部分可以被剛性導體包圍。絕緣層可以提供電絕緣。絕緣層可以進一步包括交聯聚乙烯(XLPE)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍、矽樹脂、熱塑性或熱固性塑膠中的至少一個。遮罩層可以是導電的。絕緣層還可以被定位在剛性導體與遮罩層之間。

電功率分配系統中的母線可以包括內管層和電絕緣層。電絕緣層被定位在內管層與剛性導體的內徑之間。中空部分可以包圍剛性導體的外徑的外側。

剛性導體可以進一步包括第一端和第二端，並且第一端和第二端每個具有電接觸區域。

電功率分配系統可以進一步包括冷卻劑源，使得冷卻介質從冷卻劑源流動到母線，並且從第二母線流動到冷卻劑源。

電功率分配系統可以進一步包括連接到母線和第二母線的U形環適配器，第二母線被配置成為冷卻介質提供回流。

電功率分配系統可以進一步包括貯存器和泵，貯存器和泵一起被配置成向母線的中空部分提供冷卻介質。

電功率分配系統可以進一步包括被配置成將母線連接到源的充電埠連接單元。

本公開的另一方面是一種電動載具，其包括電池、充電埠和母線。母線可以包括：剛性導體，其被配置成在從充電埠到電池的電路徑中運載電流；中空部分，其被配置成使冷卻介質流過其中；絕緣層；以及遮罩層。

本公開的另一方面是一種母線，其包括：被配置成在電動動力系統的部件之間運載電能的導體、以及用於冷卻介質的導管。導體和導管兩者都是單個母線組裝件的一部分。母線是剛性母線。

冷卻介質可以包括液體冷卻劑。

母線可以進一步包括第二導管。

母線可以進一步包括第二導體和絕緣層，絕緣層被定位在所述導體與第二導體之間。

母線中的導體可以包括鋁或銅中的至少一個。

母線可以進一步包括包圍導體的遮罩層。母線可以進一步包括被定位在導體與遮罩層之間的絕緣層。

母線中的導管可以包括電絕緣層，電絕緣層被配置成將導體和流過導管的冷卻劑電隔離。電絕緣層可以包括聚乙烯、尼龍、聚氯乙烯、矽樹脂、熱塑性或熱固性塑膠中的至少一個。

本公開的另一方面是一種電動載具，其包括被配置成存儲電能的第一液體冷卻部件、被配置成利用電能的第二液體冷卻部件、以及在第一液體冷卻部件與第二液體冷卻部件之間的路徑中的母線，所述母線包括剛性導體和導管，所述剛性導體被配置成運載所述電能，所述導管被配置成在第一液體冷卻部件與第二液體冷卻部件之間運載液體冷卻劑。

出於總結本公開的目的，本文中已經描述了本發明的某些方面、優點和新穎特徵。要理解的是，根據任何特定實施例，不一定可以實現所有此類優點。因此，可以以實現或優化如本文中教導的一個優點或一組優點的方式來體現或實施創新，而不一定實現如本文中可能教導或暗示的其他優點。

某些實施例的以下詳細描述呈現了特定實施例的各種描述。然而，本文中描述的創新可以以許多不同的方式體現，例如，如申請專利範圍所定義和覆蓋的那樣。這個描述參考了附圖，其中參考數字可以指示相同或功能上相似的元件。將理解的是，各圖中所圖示的元件不一定是按比例繪製的。此外，將理解的是，某些實施例可以包括比附圖中所圖示的元件更多的元件和/或所圖示元件的子集。此外，一些實施例可以併入來自兩個或更多附圖的特徵的任何合適的組合。

如上面所討論，隨著對充電速率(例如，電動載具充電速率)的需求增加，用於在電動系統或部件(諸如電動載具)中傳導電力的柔性絞合線纜可能會遇到技術挑戰。本文中公開的母線可以在電動載具或任何其他合適的電功率分配系統中實現。出於說明性目的，本文中公開的實施例可以參考電動載具來討論，儘管本文中公開的任何合適的原理和優點可以在任何合適的電功率遞送系統中實現。

隨著對具有高充電速率的電動載具的需求增加，具有更大截面面積的線纜可能是合期望的。然而，增加線纜的截面面積可能導致原材料、運輸和物流約束、載具封裝約束、熱損失、以及由於質量增益所致的載具里程損失中的一個或多個中的高成本。

本公開的實施例涉及一種用於電功率分配系統(諸如電動載具的電功率分配系統)的冷卻母線。冷卻母線可以運載高電壓。冷卻母線可以是被遮罩的。冷卻母線可以在電動載具內分配電功率和液體/冷卻劑兩者。

例如，冷卻母線可以包括從一點(諸如電功率源(例如電功率供給))延伸到另一點(諸如電功率負載(例如電機))的一個或多個導體和冷卻劑。在這個示例中，導體可以將電功率從諸如電池之類的電功率源遞送到諸如電機之類的電功率負載，並且冷卻劑也可以在電功率源與負載之間流動。此外，在這個示例中，冷卻劑可以是冷卻劑液體，並且可以在導體的溫度由於導體中的高功率傳遞而增加時冷卻導體。因此，冷卻母線可以將高電功率從源傳遞到負載。源不限於任何特定的功率供給，並且源可以包括向諸如電動載具之類的電系統中的一個或多個電部件提供電功率的任何合適的單元。

在一個實施例中，一對冷卻母線將電功率從電動載具的充電埠傳遞到電池組。冷卻母線對可以從充電埠延伸到電池組。在一些實施例中，冷卻母線將來自電池組的電功率分配給載具中的一個或多個電部件。在某些應用中，冷卻母線可以將電功率從電池組分配給電動載具的電功率轉換系統(PCS)和驅動單元。在此類應用中，冷卻母線對可以從電池組延伸到前和/或後驅動單元。在實施例中，電池組、PCS和驅動單元通過一對冷卻母線連接。在這個實施例中，該對冷卻母線可以將電功率從電池組分配給PCS和驅動單元，同時將冷卻劑從冷卻劑貯存器循環到電池組、PCS和驅動單元。本文中公開的冷卻母線可以用於具有電功率分配的任何合適的電系統中。

與線纜線束或實心母線相比，該冷卻母線可以在相同的封裝體積中提供至少一數量級的系統容量增加。冷卻母線可以支援高充電速率，諸如在400V處的350kW充電、或在800V處的500kW充電。保持低於母線材料溫度極限的母線溫度可以有助於實現如此高的充電速率。與利用某些其他母線相比，利用該冷卻母線可以實現更快的充電時間，並且更快的充電時間可以處於更低的溫度。冷卻母線可以有助於更快的充電，通過充電站的更高輸送量，以及降低系統成本。冷卻母線可以包括液體作為其冷卻介質。此外，冷卻母線可以傳遞電功率和液體兩者。因此，可以消除常規電動載具中與充電線路分離的一些熱線(thermal line)。

在一些實施例中，冷卻母線包括剛性導體和內管層。電絕緣層可以包圍剛性導體。在一些實施例中，用於剛性導體的材料可以包括任何合適的傳導性材料，諸如鋁、銅、青銅、黃銅、金、銀等、或其任何合適的組合或合金。剛性導體可以包括一個或多個中空部分。剛性導體的此類中空部分可以裝配在內管層上，從而允許用於主動和/或被動冷卻的冷卻介質的通過。在一個實施例中，冷卻介質可以是液體冷卻劑。在一個實施例中，冷卻介質可以是使用相變材料(諸如水合鹽或石蠟)的被動冷卻。在一個實施例中，冷卻介質由電介質材料製成。例如，電介質材料可以被包括在剛性導體的中空部分內部，並且內管可以被消除。在一些實例中，冷卻介質可以是空氣。對於特定應用，任何合適的材料可以用作冷卻母線的冷卻介質。

在一些實施例中，電功率通過剛性導體被分配，並且液體通過內管層被分配。在這些實施例中，冷卻母線分配電功率和冷卻劑兩者，因此來自一些其他電動載具的電功率線纜和熱軟管可以由單個冷卻母線代替。在電功率傳遞期間，液體可以流過內管層，從而保持低於母線(例如冷卻母線)的溫度極限的剛性導體的溫度。因此，可以在不增加剛性導體的截面面積的情況下傳遞高電功率。在一些實施例中，液體可以從載具的液體貯存器(諸如冷卻劑貯存器)來供應。此類貯存器可以是用於母線的專用貯存器。替代地，液體貯存器也可用於其他目的，諸如冷卻電池或電動載具的其他部件。此類共用貯存器可以具有專用埠，用於與冷卻母線對接。液體可以替代地或附加地由載具的散熱器來供應，其中散熱器冷卻該液體。泵可以使得液體從液體源流經由母線的一個或多個中空部分定義的通道。液體的示例包括但不限於水、油和其他液體或溶液。液體可以基於其導熱性或熱容量來選擇。

在一些實施例中，電絕緣層可以襯在內管層與剛性導體之間。內管層可以是電隔離且導熱的。內管層可以由任何合適的導熱材料(諸如鋁)製成。在一個實施例中，內管層由非導電材料(諸如熱塑性或熱固性塑膠)製成。在一個實施例中，內管層是剛性導體的內徑上的塗覆層。

絕緣剛性導體可以被遮罩層包圍。遮罩層提供針對電磁幹擾(EMI)的遮罩以及對冷卻母線的保護以免受損壞。遮罩層可以是柔性的或剛性的。當遮罩層為剛性時，遮罩層可以為絕緣層提供物理保護，以在3D彎曲期間免受外部狀況和/或損壞。遮罩層可以由任何合適的EMI遮罩材料製成，該材料諸如鋁、導電塑膠、碳纖維、不銹鋼纖維等。在一些實施例中，遮罩層可以被接地到載具的白車身(BIW)。這可以在高電壓短路的情況下提供隔離損耗檢測。

在一些實施例中，剛性導體的各種截面形狀可以增強和/或優化液體流動，並且增加和/或最大化電功率傳遞速率。在一個實施例中，剛性導體具有圓形截面和圓形中空部分，其中中空部分適合內管層。

在一些實施例中，電絕緣層可以由任何電絕緣材料製成，該材料諸如交聯聚乙烯(XLPE)、PVC、矽樹脂或塑膠。在一個實施例中，電絕緣層可以經由諸如熱收縮或擠壓過程之類的組裝方法來應用。

在一些實施例中，多於一個冷卻母線與另一冷卻母線一起延伸(例如，並行地延伸)，以傳遞相對高的電功率。儘管出於說明性目的，實施例可以用兩個冷卻母線來討論，但是本文中公開的任何合適的原理和優點可以被應用於具有多於兩個冷卻母線的應用和/或具有單個冷卻母線的應用。在一個實施例中，並行冷卻母線可以從電動載具的充電入口延伸到電池組中的連接單元。在該實施例中，連接單元包括液體供應埠和返回埠。例如，連接單元處或附近的泵可以將液體供應到並行冷卻母線之一的內管層。然後，液體流動到另一冷卻母線的內管層中，以返回到連接單元處或附近的液體貯存器。

本文中公開的技術可以被應用於多種應用。例如，除了使用冷卻劑來冷卻導體之外，本文中公開的母線可以在電動載具的不同部分和/或部件之間運載冷卻劑。這可以消除功率分配和冷卻劑的並行佈線。作為另一示例，多個導體和/或多個流體導管可以被包括在單個母線中。

圖1圖示了使用一對冷卻母線200的高電功率傳遞的實施例的高功率傳遞系統100。冷卻母線200可以在電動載具中實現，該電動載具諸如汽車、運動型多功能載具、卡車或任何其他電動載具。該對冷卻母線200包括第一和第二冷卻母線201、202。冷卻母線201、202包括電導體，功率被集中在該電導體上以用於在電子功率分配系統中、諸如在電動載具中分配。冷卻母線201、202是剛性的並且保持其形狀。在剛性冷卻母線201、202的情況下，可能不需要佈線支架和夾子。相對於柔性線束，在工廠組裝環境中利用剛性冷卻母線201、202的情況下組裝可以更容易。冷卻母線201、202可以運載直流(DC)功率、交流(AC)功率、或AC和DC功率。用於冷卻母線201、202的原材料可以被密集地封裝，並且直接從供應商被運送到安裝地點，以彎曲來符合載具內封裝。因此，不需要處理來自一些先前母線的線纜和連接器。

如圖1中所圖示，該對冷卻母線200連接充電埠連接單元300和連接單元400，其中連接單元400連接到負載，諸如電池組。連接單元400是將母線連接到負載的負載連接單元的示例。冷卻母線201、202的長度和路線可以基於載具的車身底部設計或曲率、以及載具內的電功率源和負載的位置來確定。

圖2A描繪了該對冷卻母線200。如所圖示，該對母線200包括源端230和負載端220。在圖2A中，源端230和負載端220分別朝向電功率源和負載而定位。負載端220和源端230的位置可以基於載具的物理屬性(諸如電功率源和負載的位置)來選擇。例如，負載端220可以在朝向諸如電動載具電池的負載的一個方向上被定位。源端230可以在朝向電功率源(諸如電動載具充電埠)的相反方向上被定位。

圖2B-2D描繪了冷卻母線201的各種實施例的截面圖。在一些實施例中，例如，如圖2B中所示，冷卻母線201包括剛性導體223和內管層221，其中第一電絕緣層224包圍剛性導體223。剛性導體223進一步包括一個或多個中空部分228。在圖2B中，中空部分228被裝配在內管層221的表面內，這允許冷卻介質穿過以進行主動或被動冷卻。中空部分228可以充當供液體冷卻劑流過的管。母線201的剛性性質可以為液體冷卻劑流提供剛性通道。在一些實施例中，內管層221可以由導熱材料(諸如鋁)製成。剛性導體223可以由任何合適的傳導性材料(諸如鋁或銅)製成。

在一些實施例中，例如，如圖2C中所示，除了如圖2B中所描述的實施例之外，第二絕緣層222可以被包括在內管層221與剛性導體223之間。如圖2C中所示，第二絕緣層222可以在內管層221與剛性導體223之間提供電隔離。

在一些實施例中，例如，如圖2D中所示，剛性導體223被遮罩層225包圍。遮罩層225可以提供抵抗電磁幹擾的遮罩。此類遮罩可以保護剛性導體223免受損壞。遮罩層225可以是柔性的或堅固的(solid)。遮罩層225可以由任何合適的EMI遮罩材料(諸如鋁)製成。在一些實施例中，遮罩層225可以為絕緣層提供物理保護，以在製造過程(例如，3D彎曲過程)期間免受外部狀況和/或損壞。在一些實施例中，遮罩層225可以被接地到載具的白車身(BIW)。這可以在高電壓短路的情況下提供隔離損耗檢測。遮罩層225可以被著色層226包圍。著色層226可以為每個冷卻母線提供特定的顏色，因此每個冷卻母線可以基於著色層226的顏色與其他冷卻母線是可區分的。

在所描繪的實施例中，如圖2B-2D中所示，內管層221可以由任何導熱材料(諸如鋁)製成。剛性導體223可以由任何合適的傳導性材料(諸如鋁或銅)製成。第一和第二絕緣層224、222可以每個由任何合適的電絕緣材料製成，該材料諸如XLPE、PVC、尼龍、矽樹脂或塑膠。在一個實施例中，第一和第二絕緣層224、222可以經由諸如熱收縮、擠壓或塗覆過程之類的組裝方法來應用。遮罩層225可以是柔性的或堅固的，並且由任何合適的EMI遮罩材料製成，該材料諸如鋁或任何合適的傳導性材料，包括EMI塑膠。圖2D的著色層226可以由具有任何合適的彩色塗層的任何合適的電絕緣材料製成。液體227可以存在於母線的中空部分228中。液體227可以基於其導熱性或熱容量來選擇。液體227的示例包括但不限於水、油和用於冷卻的其他液體和/或溶液。可以使用任何其他合適的冷卻介質來代替液體227，諸如空氣、固體或相變材料(諸如水合鹽或石蠟)。

在一些實施例中，剛性導體223的各種截面形狀可以用於增強和/或最大化電功率傳遞速率。例如，剛性導體223可以具有矩形截面形狀。在一些實施例中，剛性導體223可以具有多於一個中空部分，以增加和/或優化液體227流動。在這個實施例中，中空部分也可以用於實現雙向流動。

圖2E和2F描繪了母線的電接觸區域206。在所描繪的實施例中，第一和第二冷卻母線201、202的末端每個具有電接觸區域206。在這些實施例中，剛性導體223被暴露，並且剛性導體223的被暴露表面形成電接觸區域206。冷卻母線201、202的兩個末端中的電接觸區域206與充電埠連接單元300和連接單元400中的適當的正和負端子耦合。在各種應用中，可以使用任何合適的用於傳遞功率的末端連接單元來代替充電埠連接單元300。圖2E的母線包括在剛性導體223的內徑上的絕緣層222。圖2F的母線包括在剛性導體223的內徑上的絕緣層22以及在絕緣層222的內徑上的內管層221。內管層221可以進行保護以免受腐蝕性流體介質等。

本文中公開的冷卻母線可以連接到各種連接單元以連接到源和連接到負載。在某些應用中，冷卻母線可以與用於其他母線的連接單元相容。因此，本文中公開的冷卻母線可以具有與各種連接單元和充電埠的向後相容性。

圖3A描繪了冷卻母線的端部(諸如源端230)和充電埠連接單元300。如所圖示，充電埠連接單元300具有在被配置成接收電功率的充電埠310中實現的U形環適配器320。第一母線端203和第二母線端204可以連接到U形環適配器320。例如，如圖3A中所示，源端230的電接觸區域206可以被插入到U形環適配器320中。U形環適配器320包括U形環311，而U形環311包括第一U形環臂312和第二U形環臂313。U形環適配器320可以包括傾斜盤繞彈簧314，其中每個傾斜盤繞彈簧314可以與第一和第二U形環臂312、313連接，並且被配置成包圍電接觸區域206之一。

圖3B和3C描繪了U形環適配器320的視圖。如所圖示，第一母線端203和第二母線端204被並行地模制在U形環適配器320內部。在一個實施例中，第一母線端203連接到第一U形環臂312，並且第二母線端204連接到第二U形環臂313。第一和第二母線端203、204與U形環311之間的連接可以基於應用被更改。如圖3B中所示，U形環適配器320可以包括第一鍛造端子236。U形環適配器320還可以包括第二鍛造端子(圖3B中未示出)。第一和第二鍛造端子的一端可以被模制在U形環適配器320中。鍛造端子的另一端可以連接到充電埠端子。電動載具可以通過充電埠端子從外部電功率源(諸如增壓站)來接收電功率。圖3A中所示的第一和第二母線端203、204中的電接觸區域206可以耦合到鍛造端子236，並且由傾斜盤繞彈簧314包圍。第一和第二U形環臂312、313的直徑可以小於第一和第二母線端203、204中的內管直徑。當一個母線用於供應冷卻劑並且另一母線用於返回冷卻劑時，U形環適配器320中的環可以使流返回。在一些不具有U形流的其他實施例中，冷卻劑可以在行進到源或負載之後繼續到其他地方。

圖4A描繪了一對冷卻母線的端部和負載連接單元。負載連接單元在圖4A中示出為連接單元400。所圖示的連接單元400包括首部403、連接絕緣體406、第一插頭401和第二插頭402。在圖4A中，第一母線頭251和第二母線頭252每個具有電接觸區域206。圖3A和3B的連接單元400和U形環適配器320可以連接到冷卻母線的相對端。

圖4B描繪了第一和第二冷卻母線201、202耦合到連接單元400的實施例。第一母線頭部251中的電接觸區域206耦合到第一插頭401。第二母線頭252中的電接觸區域206耦合到第二插頭402。第一和第二母線頭251、252與第一和第二插頭401、402之間的連接可以基於應用被更改。

圖4C描繪了耦合到冷卻母線201、202的連接單元400的截面。在所描繪的實施例中，第一母線頭251耦合到第一裝配構件408，並且第二母線頭252連接到第二裝配構件409。這個實施例還示出了第一和第二母線頭251、252中的電接觸區域206與第一和第二插頭401、402耦合。在一實施例中，第一和第二插頭401、402的一端被插入到電池組中的DC端子中，其中第一和第二插頭401、402的另一端被模制在後蓋407內。在該實施例中，第一和第二母線頭251、252可以被插入到第一和第二液體首部404、405中，使得第一和第二母線頭251、252中的電接觸區域206可以接觸到第一和第二插頭401、402。連接單元400可以為冷卻母線201、202提供通路。連接單元400可以將冷卻介質從冷卻母線201、202上的載流電接觸區域206分離到插頭401、402。

圖5A和5B圖示了連接到負載的一對冷卻母線201、202。在一些實施例中，例如如圖5A中所示，通過從液體源(諸如液體貯存器)接收液體，液體可以在冷卻母線201、202中循環。例如，該對冷卻母線201、202可以經由液體管道501、502與液體貯存器連接，使得液體可以被供應到該對冷卻母線201、202中的一個並且可以在冷卻母線201、202中循環。圖5B圖示了液體循環的一個實施例。在一個示例中，液體可以從圖4C中所示的連接單元400的第一裝配構件408來供應，並且通過第一冷卻母線201、圖3A-3C中所示的U形環311、以及第二冷卻母線202而循環，並且返回到圖4C中所示的連接單元400的第二裝配構件409。在另一實施例中，液體可以從第二裝配構件409來供應並且返回到第一裝配構件408。液體227循環方向可以基於電動載具的幾何形狀。

圖6圖示了使用該對冷卻母線200的電功率和冷卻劑分配系統600的示例。如所圖示，該對冷卻母線200可以在部件之間分配電功率並且循環液體。例如，在電動載具中，該對冷卻母線200可以從電池組604延伸到前驅動單元601、後驅動單元602和電動載具的電功率轉換系統(PCS)603。冷卻母線200分配電功率並且循環冷卻劑。在電功率和冷卻劑分配系統600中，該對冷卻母線200旁邊不包括單獨的冷卻劑軟管。這可以消除對來自某些先前設計的並行冷卻劑線路的需要。圖6中所示的圖示不僅僅是出於示例目的而提供的，並且本公開不限於電動載具功率分配系統。圖6的電功率分配系統的任何合適的原理和優點可以被應用於任何其他合適的電功率分配系統。

本公開的實施例涉及一種用於在電動載具中的部件之間分配電能和冷卻劑的母線。在許多現有的電動載具中，存在遍及載具而分散的多個液體冷卻部件，所述液體冷卻部件利用和/或存儲電能。此類部件的示例包括但不限於電池組、功率轉換和/或配電箱、逆變器、電機等。傳統上，這些部件已經利用用於冷卻劑和電能的單獨輸入和輸出，從而導致動力系統中的每個元件之間的功率和冷卻劑的並行運行。

通過將用於分配電能和冷卻劑的導管組合到單個組裝件中，熱動態母線實現了更高效、更小且較不昂貴的動力系統。冷卻母線可以連接靜態部件和/或連接動態部件，諸如驅動單元。

冷卻母線的芯可以是絕緣的冷卻劑導管。絕緣冷卻劑導管可以是均質隔離性材料(例如，尼龍、聚乙烯(PE)、交聯聚乙烯(XPLE)、聚氯乙烯(PVC)、矽樹脂等)。均質隔離性材料可通過任何合適的過程(諸如擠壓、注塑成型、吹塑成型等)來形成。在一些其他應用中，絕緣冷卻劑導管可以包括具有電隔離性(例如，尼龍、PE、XPLE、PVC、矽樹脂等)外塗層的傳導性材料(例如鋁、銅等)。外塗層可以利用任何合適的過程(諸如粉末塗覆、浸塗、形成套筒、熱收縮、共擠壓等)來形成。

冷卻劑導管可以用於雙重目的：在源和目的地之間運載冷卻劑，並且還吸收由母線的外傳導層中的電能流生成的一些熱量。

冷卻劑導管可以包含單個或多個密封體積，並且可以在一個或兩個方向上運載冷卻劑。冷卻劑導管由傳導性層(例如，鋁、銅)包圍，該傳導性層將電能從源運載到負載。冷卻劑導管可以包括任何合適的冷卻介質，諸如液體冷卻劑、空氣、相變材料(例如水合鹽或石蠟)等。傳導性層可以根據本文中公開的剛性導體的任何合適的原理和優點來實現。絕緣層(例如尼龍、PE、矽樹脂)可以圍繞傳導性層。絕緣層可以通過任何合適的方法(例如熱收縮、共擠壓、擠壓和粘合、注塑成型等)來組裝。在冷卻母線中，可以在內部傳導性層與絕緣層周圍包括附加的傳導性和絕緣層，這取決於母線的末端之間所期望的電路徑數量。外傳導層(例如，鋁、銅、傳導性熱塑性塑膠)可以被包括在一個或多個主要傳導路徑之外，以充當電磁遮罩層。外傳導層也可以用作物理和環境屏障。外傳導層可以根據本文中公開的遮罩層的任何合適的原理和優點來實現。

本文中公開的多層冷卻母線可以通過將電路徑和冷卻劑路徑組合成單層組裝件而按照成本、質量或空間中的一個或多個來增加電動動力系統的效率。

將參考圖7-12來討論多層冷卻母線的示例。說明性地，這些多層冷卻母線可以在被配置成存儲電能的電動系統的第一液體冷卻部件與被配置成使用電能的電動系統的第二液體冷卻部件之間的路徑中。例如，電動系統可以在電動載具中。替代地或附加地，這些多層冷卻母線可以在電動載具的充電埠與電動載具的電池之間的路徑中。這些多層冷卻母線的任何合適的原理和優點可以彼此一起實現和/或與本文中公開的任何其他母線一起實現。本文中公開的電動系統的任何合適的原理和優點可以被應用於任何其他合適的電動系統。出於說明目的，本公開以電動載具的示例描述了電動系統。

圖7圖示了根據實施例的冷卻母線。如圖7中所示的這個冷卻母線可以實現上面所描述的一個或多個特徵，諸如上面參考圖1、2A-2F和6中的一個或多個所討論的一個或多個特徵。此外，圖7中所示的冷卻母線可以連接到圖3A-3C中所示的U形環適配器320和/或圖4A-4C中所示的連接單元400。此類連接可以涉及U形環適配器320和連接單元400的結構修改。圖7中所示的冷卻母線可以是單個導體冷卻母線。所圖示的母線具有兩個平坦側。如圖7中所圖示，冷卻母線包括導體702、具有供冷卻劑流過的導管705的管層704、絕緣層706和遮罩層708。本文中公開的絕緣層706和其他絕緣層可以是電絕緣層。這些絕緣層可以每個被稱為絕緣層。本文中公開的絕緣層706和/或其他絕緣層可以根據絕緣層224和/或222的任何合適的原理和優點來實現。管層704包括電絕緣層。導體702可以運載用於電動載具中的電功率分配的高電壓。被包括在冷卻母線中的導管705的數量可以基於特定應用來選擇。

圖8圖示了根據實施例的冷卻母線。這個冷卻母線為單個導體熱母線，其具有傳導性冷卻劑管層。如圖8中所圖示，冷卻母線可以包括具有供冷卻劑流過的導管705的傳導性冷卻劑管層802。傳導性冷卻劑管層802可以被絕緣層804包圍，絕緣層804將傳導性冷卻劑管層802與導體702電絕緣。絕緣層804可以被導體702包圍。導體702可以被絕緣層706包圍。絕緣層706可以進一步被遮罩層708包圍。

圖9圖示了根據實施例的冷卻母線。這個冷卻母線是多層冷卻母線，並且可以包括多於一個傳導性層。如圖9中所圖示，除了導體702之外，冷卻母線還可以包括第二導體902。圖9中所示的冷卻母線可以包括導體702、具有供冷卻劑流過的導管705的管層704、以及絕緣層706。絕緣層706可以被第二導體902包圍。第二導體層902可以被第二絕緣層904包圍。第二絕緣層904可以被遮罩層906包圍。導體702、902可以在圖9的冷卻母線中提供單獨的電功率分配路徑。儘管出於說明性目的，在圖9中示出了兩個導體702和902，但是在某些應用中可以實現彼此電隔離的三個或更多導體。

圖10圖示了圖9的冷卻母線的實施例。在圖10中，圖示了雙向冷卻劑流。如圖10中所圖示，具有多個流體路徑(例如，導管705)的冷卻母線可以在流體路徑中具有不同方向上的流體流。在某些應用中，冷卻劑可以在冷卻母線的不同相應流體路徑內在不同方向上同時地流動。例如，冷卻劑可以在圖10的冷卻母線的不同導管705中在不同(例如，相反的)方向上同時地流動。

圖11圖示了根據實施例的冷卻母線。圖11中所示的這個冷卻母線可以實現一個或多個上面描述的特徵，諸如關於圖1、2A-2F和6-10中的一個或多個所討論的一個或多個特徵。此外，圖11中所示的冷卻母線可以連接到圖3A-3C中所示的U形環適配器320和/或圖4A-4C中所示的連接單元400。此類連接可涉及U形環適配器320和/或連接單元400的結構修改。圖11的冷卻母線具有圓形截面形狀、多個導體和雙向冷卻劑流。

如圖11中所圖示，中心導管1102可以被第一管層1104包圍。第一管層1104可以被第二導管1106包圍。第二導管1106中的導管數量可以基於特定應用來選擇。第二導管1106中的一個或多個可以具有與中心導管1102不同的冷卻劑流動方向。不同的冷卻劑流動方向可以是相反的冷卻劑流動方向。在一些實例中，第二導管1106中的兩個導管可以具有不同的相應冷卻劑流動方向。第二導管1106可以被第二管層1108包圍。第二管層1108可以被第一導體1110包圍。第一導體1110可以被第一絕緣層1112包圍。絕緣層1112可以被第二導體層1114包圍。第二導體1114可以被第二絕緣層1116包圍。第二絕緣層1116可以被遮罩層1118包圍。對於特定應用，可以實現任何合適數量的導體。

圖12圖示了根據實施例的冷卻母線。除了圖12的冷卻母線具有單個冷卻劑路徑之外，這個冷卻母線類似於圖11中描述的冷卻母線。如圖12中所圖示，中心導管1102可以被第一管層1104包圍。第一管層1104可以在沒有中間導管的情況下被第一傳導性層1110包圍。

在一些實施例中，母線具有一個或多個中空部分以及內剛性導體。此類母線可以包括在一個或多個中空部分與內剛性導體之間的絕緣層。因此，一個或多個中空部分可以在絕緣層的外部。冷卻介質可以流過一個或多個中空部分。

圖13A圖示了根據實施例的母線的截面圖。這個母線是具有內剛性導體1302和外導體1308的圓形母線。在內和外導體1302和1308之間分別存在絕緣層1304。外導體1308可以包圍絕緣層1304並且包括具有冷卻通道的擠壓件，其中該擠壓件可以是被配置用於流體(例如，液體冷卻劑)流過其中的中空部分1306。中空部分1306可以被包括在絕緣層1304的外徑周圍。對於特定應用，可以實現任何合適數量的中空部分。內剛性導體1302和外導體1308的冷卻可以由流過在絕緣層1304外部的中空部分1306的冷卻通道的冷卻劑來提供。每一個中空部分1306中的冷卻劑流動方向可以是相同的方向或不同的方向。

圖13B圖示了與具有堅固外導體的母線相比的對應於圖13A的母線。圖13A的冷卻母線可以用本文中描述的冷卻母線的一個或多個合適的特徵來實現。例如，圖13A的冷卻母線可以包括一個或多個附加層，諸如一個或多個附加絕緣層、一個或多個導體、一個或多個遮罩層或著色層。此外，圖13A的冷卻母線可以連接到圖3A-3C的U形環適配器320和/或圖4A-4C的連接單元400。此類連接可以涉及U形環適配器320和/或連接單元400的結構修改。

圖14圖示了根據實施例的冷卻母線。圖14中所示的冷卻母線可以具有與圖13A和13B中所示的冷卻母線類似的特徵。圖14中所示的冷卻母線可以是具有多個內剛性導體1402的平坦堆疊母線。圖14的冷卻母線可以在單個剛性遮罩層內包括多個內剛性導體1402。內剛性導體1402可以包括正導體和負導體兩者。因此，單個冷卻母線可以包括正導體和負導體。每個內剛性導體1402可以被絕緣層1404包圍。絕緣層1404可以被外導體1408包圍。在一些實例中，外導體1408可以是遮罩層。替代地或附加地，遮罩層可以被包括在外導體1408周圍。母線的中空部分被包括在每一個內剛性導體1402的絕緣層1404的外部。冷卻劑可以流過中空部分以冷卻內剛性導體1402。中空部分1406可以位元元於外導體1408與絕緣層1404之間。在某些應用中，中空部分1406可以實現雙向流體流動。對於特定應用，可以實現任何合適數量的中空部分。冷卻劑可以流過由中空部分1406定義的導管，以冷卻內剛性導體1402和輸出導體1408。圖14的冷卻母線可以實現本文中公開的冷卻母線的一個或多個合適的附加特徵，諸如一個或多個附加導體、一個或多個附加絕緣層、一個或多個遮罩層或著色層。此外，圖14中所示的冷卻母線可以連接到圖3A-3C中所示的U形環適配器320和/或圖4A-4C中所示的連接單元400。此類連接可以涉及U形環適配器320和/或連接單元400的結構修改。

除非上下文另行明確要求，否則遍及本說明書和申請專利範圍，詞語“包括”、“包括有”、“包含”、“包含有”等要以包含性意義來解釋，這與排他性或窮盡性意義相反；也就是說，在“包括但不限於”的意義上解釋。本文中通常使用的詞語“耦合”指代可以被直接連接、或者通過一個或多個中間元件的方式被連接的兩個或更多元件。同樣地，本文中通常使用的詞語“連接”指代可以被直接連接、或者通過一個或多個中間元件的方式被連接的兩個或更多元件。在上下文允許的情況下，在以上詳細描述中使用單數或複數數量的詞語也可以分別包括複數或單數數量。詞語“或”指代兩個或更多項目的清單，該詞語覆蓋了該詞語的所有以下解釋：該列表中的項目中的任一個、該列表中的所有項目、以及該清單中的項目的任何組合。

此外，本文中使用的條件語言(除了其它以外，諸如“可以”、“能夠”、 “可”、“例如”、 “諸如”等)，除非另行特別地聲明、或者在所使用的上下文內另外理解，通常旨在傳達某些實施例包括某些特徵、元件和/或狀態，而其他實施例不包括某些特徵、元件和/或狀態。因此，此類條件語言通常不旨在暗示特徵、元件和/或狀態以任何方式對於一個或多個實施例是必需的。

已經關於特定實施例描述了前述描述。然而，上面的說明性討論不旨在是窮盡性的或將本發明限制到所描述的精確形式。鑒於上面的教導，許多修改和變型是可能的。因此，使得本領域的其他技術人員能夠最好地利用所述技術和具有如適合於各種使用的各種修改的各種實施例。

雖然已經關於附圖描述了本公開和示例，但是各種改變和修改將對於本領域技術人員來說變得明顯。此類改變和修改要被理解為被包括在本公開的範圍內。

100:高功率傳遞系統 200:冷卻母線 201:第一冷卻母線 202:第二冷卻母線 300:充電埠連接單元 400:連接單元 203:第一母線端 204:第二母線端 220:負載端 230:源端 251:第一母線頭 252:第二母線頭 221:內管層 223:剛性導體 224,706,804,1112,1304,1404:絕緣層 222,904:第二絕緣層 228,1306,1406:中空部分 227:液體 225,708,906,1118:遮罩層 226:著色層 206:電接觸區域 310:充電埠 311:U形環 312,313:U形環臂 314:傾斜盤繞彈簧 320:U形環適配器 236:鍛造端子 401:第一插頭 402:第二插頭 403:首部 404:第一液體首部 405:第二液體首部 406:連接絕緣體 407:後蓋 408:第一裝配構件 409:第二裝配構件 501,502:液體管道 600:電功率和冷卻劑分配系統 601:前驅動單元 602:後驅動單元 603:電功率轉換系統(PCS) 604:電池組 702:導體 704,802:管層 705:導管 902:第二導體 1102:中心導管 1104:第一管層 1106:第二導管 1108:第二管層 1110:第一導體 1114:第二導體層 1116:第二絕緣層 1302,1402:內剛性導體 1308,1408:外導體

將參考附圖以非限制性示例的方式來描述本公開的實施例。

[圖1]描繪了包括一對冷卻母線的充電系統的實施例。

[圖2A]描繪了一對冷卻母線。

[圖2B]描繪了根據實施例的冷卻母線的截面圖，該冷卻母線包括內管層、剛性導體和第一電絕緣層。

[圖2C]描繪了根據實施例的冷卻母線的截面圖，該冷卻母線包括內管層、剛性導體、第一絕緣層和第二絕緣層。

[圖2D]描繪了根據實施例的冷卻母線的截面圖，該冷卻母線包括內管層、剛性導體、第一絕緣層、第二絕緣層、遮罩層和著色層(coloring layer)。

[圖2E]描繪了根據實施例的冷卻母線的透視圖，該冷卻母線具有在剛性導體的內徑上的電接觸區域和絕緣層。

[圖2F]描繪了冷卻母線的側截面圖，該冷卻母線具有在剛性導體的內徑上的電接觸區域和絕緣層、以及在絕緣層的內徑上的內管層。

[圖3A]描繪了一對冷卻母線的端部和充電埠連接單元的透視圖。

[圖3B]描繪了根據一實施例的與冷卻母線連接的U形環適配器的透明視圖。

[圖3C]描繪了根據一實施例的與冷卻母線連接的U形環適配器的另一個透明視圖。

[圖4A]描繪了一對冷卻母線的端部和負載連接單元的實施例的透視圖。

[圖4B]描繪了耦合到圖4A的負載連接單元的一對冷卻母線的實施例的透視圖。

[圖4C]是描述了耦合到圖4A的負載連接單元的一對冷卻母線的截面視圖。

[圖5A]圖示了連接到負載的一對冷卻母線的透視圖。

[圖5B]圖示了一對冷卻母線的實施例的透視圖。

[圖6]圖示了使用根據一實施例的冷卻母線的電動載具的電功率和冷卻劑分配系統的示圖。

[圖7]圖示了包括兩個平坦側的多層冷卻母線的示例實施例的截面分層視圖。

[圖8]圖示了包括傳導性冷卻劑管層的多層冷卻母線的示例實施例的截面分層視圖。

[圖9]圖示了包括多個傳導性層的多層冷卻母線的示例實施例的截面分層視圖。

[圖10]圖示了具有多個冷卻劑流的多層冷卻母線的示例實施例的截面分層視圖，該多個冷卻劑流具有多於一個冷卻劑流動方向。

[圖11]圖示了具有圓形截面的多層冷卻母線的示例實施例的截面分層視圖，包括多個導體和冷卻劑流動路徑。

[圖12]圖示了包括多個導體和單個冷卻劑流動路徑的多層冷卻母線的示例實施例的截面分層視圖。

[圖13A]圖示了具有圍繞內剛性導體的多於一個中空部分的母線的示例實施例的截面視圖。

[圖13B]圖示了實現圍繞內剛性導體的一個或多個中空部分的母線的示例實施例的透視圖。

[圖14]圖示了具有矩形形狀的母線的示例實施例的透視圖，該母線具有多個內剛性導體和包圍內剛性導體的多個中空部分。

206:電接觸區域

221:內管層

222:第二絕緣層

223:剛性導體

224:絕緣層

225:遮罩層

226:著色層

Claims (28)

1. 一種電功率分配系統，包括： 母線，包括：剛性導體，其被配置成將電流從源運載到負載；中空部分，其被配置成使冷卻介質流過其中；絕緣層；以及遮罩層。
2. 根據請求項1所述的電功率分配系統，其中該剛性導體包括鋁或銅中的至少一個。
3. 根據請求項1所述的電功率分配系統，其中該中空部分被該剛性導體包圍。
4. 根據請求項3所述的電功率分配系統，其中該母線進一步包括內管層和電絕緣層，其中該電絕緣層被定位在該內管層與該剛性導體的內徑之間。
5. 根據請求項1所述的電功率分配系統，其中該中空部分在該剛性導體的外徑之外。
6. 根據請求項1所述的電功率分配系統，其中該剛性導體具有第一端和第二端，並且第一端和第二端每個具有電接觸區域。
7. 根據請求項1所述的電功率分配系統，其中該絕緣層提供電絕緣。
8. 根據請求項7所述的電功率分配系統，其中該絕緣層包括交聯聚乙烯(XLPE)、聚氯乙烯(PVC)、尼龍、矽樹脂、熱塑性或熱固性塑膠中的至少一個。
9. 根據請求項1所述的電功率分配系統，其中該遮罩層是導電的。
10. 根據請求項1所述的電功率分配系統，其中該絕緣層被定位在該剛性導體與該遮罩層之間。
11. 根據請求項1所述的電功率分配系統，其中該母線被成形用於包括在電動載具中，並且其中該母線被成形以符合載具內封裝並且在去往載具電池的充電埠/入口之間延伸。
12. 根據請求項1所述的電功率分配系統，進一步包括第二母線，該第二母線包括第二剛性導體、第二中空部分、第二絕緣層和第二遮罩層。
13. 根據請求項12所述的電功率分配系統，進一步包括冷卻劑源，其中該冷卻介質從該冷卻劑源流動到該母線，並且從第二母線流動到該冷卻劑源。
14. 根據請求項12所述的電功率分配系統，進一步包括連接到該母線和第二母線的U形環適配器，其中第二母線被配置成為該冷卻介質提供回流。
15. 根據請求項1所述的電功率分配系統，進一步包括貯存器和泵，該貯存器和泵一起被配置成向該母線的該中空部分提供該冷卻介質。
16. 根據請求項1所述的電功率分配系統，進一步包括被配置成將母線連接到負載的負載連接單元。
17. 根據請求項1所述的電功率分配系統，進一步包括被配置成將該母線連接到該源的充電埠連接單元。
18. 一種電動載具，包括： 電池； 充電埠；以及 母線，包括：剛性導體，其被配置成在從該充電埠到該電池的電動路徑中運載電流；中空部分，其被配置成使冷卻介質流過其中；絕緣層；以及遮罩層。
19. 一種母線，包括： 導體，其被配置成在電動動力系統的部件之間運載電能；以及 用於冷卻介質的導管，其中該導體和該導管兩者都是單個母線組裝件的一部分，該母線是剛性母線。
20. 根據請求項19所述的母線，進一步包括第二導管。
21. 根據請求項19所述的母線，其中該冷卻介質包括液體冷卻劑。
22. 根據請求項19所述的母線，進一步包括第二導體和絕緣層，該絕緣層被定位在該導體與第二導體之間。
23. 根據請求項19所述的母線，其中該導體包括鋁或銅中的至少一個。
24. 根據請求項19所述的母線，進一步包括包圍該導體的遮罩層。
25. 根據請求項24所述的母線，進一步包括被定位在該導體與該遮罩層之間的絕緣層。
26. 根據請求項19所述的母線，其中該導管包括電絕緣層，該電絕緣層被配置成將該導體和流過該導管的冷卻劑電隔離。
27. 根據請求項26所述的母線，其中該電絕緣層包括聚乙烯、尼龍、聚氯乙烯、矽樹脂、熱塑性或熱固性塑膠中的至少一個。
28. 一種電動載具，包括： 第一液體冷卻部件，其被配置成存儲電能； 第二液體冷卻部件，其被配置成利用電能；以及 在第一液體冷卻部件與第二液體冷卻部件之間的路徑中的母線，該母線包括剛性導體和導管，該剛性導體被配置成運載該電能，該導管被配置成在第一液體冷卻部件與第二液體冷卻部件之間運載液體冷卻劑。

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