CN106450981B - 用于电源模块组件的汇流条 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于电源模块组件的汇流条。提供一种车辆电源模块组件。所述组件包括堆叠的框架的阵列、容纳在每个框架内的功率级以及汇流条。每个功率级可包括从功率级延伸的一对相反极性的端子。汇流条可沿着所述阵列散布以电连接相同极性的端子。功率级可彼此布置为使得相同极性的端子彼此相邻，并且汇流条限定与端子的极性对应的交替序列。端子可位于各个功率级上，使得汇流条沿着由框架的一部分限定的侧面以线性序列交替地散布。

Description

用于电源模块组件的汇流条
技术领域
本公开涉及用于机动车辆的电源模块组件。
背景技术
诸如电池电动车辆(BEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、轻度混合动力电动车辆(MHEV)或全混合动力电动车辆(FHEV)的电动车辆包括能量存储装置(诸如，高电压(HV)电池)。电力逆变器可电连接在电池和任何电机之间，以将来自电池的直流电转换为用于电机的交流电。电力逆变器还可将来自电机的交流电转换为用于电池的直流电。诸如汇流条的部件可辅助将电力逆变器电连接至彼此。
发明内容
一种车辆电源模块组件包括堆叠的框架的阵列、容纳在每个框架内的功率级以及汇流条。每个功率级包括从所述功率级延伸的一对相反极性的端子。汇流条沿着所述阵列散布以电连接相同极性的端子。功率级彼此布置为使得相同极性的端子彼此相邻，并且汇流条限定与端子的极性对应的交替序列。每个端子还可限定具有接合电气部件的尺寸的表面。端子可位于各个功率级上，使得汇流条沿着由框架的一部分限定的侧面以线性序列交替地散布。具有相反极性的端子可彼此偏移，使得汇流条沿着由框架限定的侧面根据端子的极***替地散布并彼此间隔开。端子可包括外端子，堆叠的框架的每个端部上具有一个外端子，并且所述外端子具有相反的极性。保护层可模制在堆叠的框架的阵列之上并覆盖堆叠的框架的阵列，使得端子延伸通过保护层。每个汇流条可被固定到彼此相邻的两个功率级的具有相同极性的端子上。
一种车辆电源模块组件包括堆叠的功率级的阵列。每个功率级包括彼此间隔开的具有相反极性的一对DC端子，并且每个功率级相对于彼此布置，使得来自不同的功率级的相邻端子具有相同的极性。第一汇流条电连接两个相邻的正极端子。第二汇流条电连接两个相邻的负极端子。功率级可以由外框架支撑，所述外框架限定有通道，所述通道具有用于使端子延伸通过其中的尺寸。第一汇流条和第二汇流条可以是U形的。汇流条可限定与外框架的侧表面平行的表面。由所述汇流条限定的所述表面可具有便于与电容器模块的连接器接合的尺寸。堆叠的功率级的阵列可包括邻近各个端板的外功率级。接近端板的端子可具有彼此相反的极性。所述车辆电源模块组件还可包括由层限定的壳体，所述层模制在堆叠的功率级的阵列之上并覆盖堆叠的功率级的阵列，使得端子延伸通过所述层。每个汇流条可包括外表面，所述外表面限定平面，所述平面与由其它汇流条的其它外表面限定的其它平面共面。
一种车辆包括电机、电连接到电机的牵引电池以及电源模块组件。电源模块组件包括电连接在牵引电池和电机之间的至少两个功率级，每个功率级具有极性相反的一对DC端子和分别连接到所述一对DC端子的一对第一连接器。多个汇流条中的每个具有用于与第一连接器电连接的第二连接器。功率级彼此布置为使得相同极性的端子彼此相邻并以端子极***替的序列进行布置。每个汇流条可以是U形的。每个汇流条的第二连接器可利用具有相同极性的第一连接器电连接到两个不同的功率级。功率级可由外框架支撑，所述外框架限定通向第一连接器并具有容纳汇流条中的一个的一部分的尺寸的通道。两个相邻的汇流条之间的距离可以是基于电流的预选量和DC端子的材料的。功率级可由外框架支撑，并且端子可位于各个功率级上，使得汇流条沿着由框架的一部分限定的侧面以线性序列散布。功率级可由外框架支撑，具有相反极性的端子可彼此偏移，使得汇流条沿着由框架限定的侧面根据极***替地散布并彼此间隔开。
附图说明
图1是示例性混合动力车辆的示意图。
图2是可变电压转换器和电力逆变器的示例的示意图。
图3是电源模块组件的一部分的示例的透视图。
图4A是功率级的示例的透视图，其中，功率级可包含在图3的电源模块组件的部分中。
图4B是图4A的功率级的正视图。
图4C是图4A的功率级的俯视图。
图5A是用于功率级的汇流条组件的示例的透视图。
图5B是用于功率级的汇流条组件的示例的透视图。
图6是示出有电容器模块的图3的电源模块组件的一部分的俯视图。
图7是电源模块组件的一部分的示例的透视图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取多种替代形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以多种形式利用本公开的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
在图1中描绘了PHEV的示例，PHEV的示例在此笼统地称为车辆16。车辆16可包括变速器12，并且车辆16是内燃发动机20辅助的由电机18推进的电动车辆的示例。车辆16可连接到外部电网。电机18可以是在图1中被描绘为马达18的AC电动马达。电机18接收电力并提供用于车辆推进的扭矩。电机18还可用作发电机，以用于通过再生制动将机械能转换为电能。
变速器12可以是动力分流式构造(power-split configuration)。变速器12可包括第一电机18和第二电机24。第二电机24可以是在图1中被描绘为发电机24的AC电动马达。与第一电机18类似，第二电机24可接收电力并提供输出扭矩。第二电机24还可操作为发电机，以用于将机械能转换为电能并优化通过变速器12的动力流。在其它实施例中，变速器可不具有动力分流式构造。
变速器12可包括行星齿轮单元(未示出)，可作为无级变速器运转且不具有任何固定传动比或阶梯传动比。变速器12还可包括单向离合器(O.W.C)和发电机制动器33。O.W.C可连接到发动机20的输出轴，以控制输出轴的旋转方向。O.W.C可防止变速器12反向驱动发动机20。发电机制动器33可连接到第二电机24的输出轴。发电机制动器33可被启用而进行“制动”或者防止第二电机24的输出轴的旋转。或者，O.W.C和发电机制动器33可由实现发动机20和第二电机24的控制策略来代替。变速器12可连接到驱动轴46。驱动轴46可通过差速器50连接到一对驱动轮48。变速器的输出齿轮(未示出)可辅助在变速器12和驱动轮48之间传输扭矩。变速器12还可与热交换器49或用于冷却变速器流体的自动变速器流体冷却器(未示出)连通。
车辆16包括能量存储装置，诸如，用于存储电能的牵引电池52。如下面进一步描述的，电池52可以是能够输出电力以操作第一电机18和第二电机24的HV电池。当第一电机18和第二电机24作为发电机运转时，电池52还可从第一电机18和第二电机24接收电力。电池52可以是由多个电池模块(未示出)组成的电池组，其中，每个电池模块包括多个电池单元(未示出)。车辆16的其它实施例考虑能量存储装置的替代类型，诸如，可补充或取代电池52的电容器和燃料单元(未示出)。
高电压总线可将电池52电连接至第一电机18和第二电机24。例如，车辆16可包括用于控制电池(BAT)52的电池能量控制模块(BECM)54。BECM 54可接收指示特定车辆状况和电池状况(诸如，电池温度、电压和电流)的输入。BECM 54可计算并估计电池52的参数，诸如，电池荷电状态(BSOC)和电池功率容量(Pcap)。BECM 54可向其它车辆***和控制器提供指示BSOC和Pcap的输出。
车辆16可包括DC-DC转换器或可变电压转换器(VVC)10和逆变器(INV)56。VVC 10和逆变器56可电连接在电池52与第一电机18以及第二电机24之间。VVC 10可“提升”或增大由电池52提供的电力的电压(voltage potential)。VVC 10还可“拉低”或减小由电池52提供的电力的电压。逆变器56可经由VVC 10将由电池52供应的DC电力转换为用于操作电机18和24中的每个的AC电力。逆变器56还可对由电机18和24中的每个提供的AC电力进行整流，以用于对电池52进行充电。在其它示例中，变速器12可利用多个逆变器(诸如，与电机18和24中的每个关联的一个逆变器)进行操作。VVC 10包括电感器组件14(参照图2进一步被描述)。
变速器12被示出为与用于控制电机18和24、VVC 10以及逆变器56的变速器控制模块(TCM)58进行通信。TCM 58可被配置为监测电机18和24中的每个的状况(诸如，位置、转速和功率消耗)。TCM 58还可监测VVC 10和逆变器56内的多个位置处的电参数(例如，电压和电流)。TCM 58提供与该信息对应的输出信号，以供其它车辆***使用。
车辆16可包括车辆***控制器(VSC)60，VSC 60与其它车辆***和控制器进行通信，以用于协调车辆16的操作。尽管示出为单个控制器，但是应该考虑到的是，VSC 60可包括多个控制器，而根据总体车辆控制逻辑或软件控制多个车辆***和部件。
车辆控制器(诸如，VSC 60和TCM 58)可包括彼此协作以执行车辆操作的各种配置的微处理器、ASIC、IC、存储器(例如，闪存、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM)以及软件代码。控制器还可包括预定数据或“查找表”，所述预定数据或“查找表”可从存储器访问并且可以是基于计算和测试数据的。该预定数据可由控制器使用，以便于控制车辆操作。VSC 60可通过使用总线协议(诸如，CAN和LIN)的一个或更多个有线或无线连接与其它车辆***和控制器(例如，BECM 54和TCM 58)进行通信。VSC 60可接收表示变速器12的当前位置(例如，驻车挡，倒车挡，空挡或行驶挡)的输入(PRND)。VSC 60还可接收表示加速踏板位置的输入(APP)。VSC 60可向TCM 58提供表示期望的车轮扭矩、期望的发动机转速和发电机制动器命令的输出，并且可向BECM 54提供接触器控制。
车辆16可包括用于控制发动机20的发动机控制模块(ECM)64。VSC 60向ECM 64提供输出(诸如，期望的发动机扭矩)，所述输出可以是基于包括APP的若干输入信号的并且可与驾驶员的对车辆推进的请求对应。
电池52可经由充电端口66周期性地从外部电源或电力网接收AC电能。车辆16还可包括从充电端口66接收AC电能的车载充电器68。充电器68可具有AC/DC转换能力，以将接收到的AC电能转换为适合于在再充电操作期间对电池52进行充电的DC电能。尽管按照PHEV的背景示出和描述，但是应该考虑的是，逆变器56可在其它类型的电动车辆(诸如，FHEV或BEV)的情况下实现。
参照图2，示出了VVC 10和逆变器56的电路图的示例。VVC 10可包括用于提升输入电压(V_bat)以提供输出电压(V_dc)的第一开关单元70和第二开关单元72。第一开关单元70被示出为具有并联连接到第一二极管76的第一晶体管74，且第一二极管76和第一晶体管74的极性对调(在此称作反并联)。第二开关单元72被示出为具有反并联连接到第二二极管80的第二晶体管78。晶体管74和78中的每个都可以是一种可控制的开关(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或场效应晶体管(FET))。另外，晶体管74和78中的每个都可由TCM 58单独控制。电感器组件14被描绘为串联连接在电池52和开关单元70和72之间的输入电感器。当供应电流时，电感器组件14可产生磁通。当流过电感器组件14的电流变化时，产生随时间变化的磁场并感应出电压。VVC 10的其它实施例可包括替代的电路配置(例如，多于两个的开关)。
逆变器56可包括堆叠在组件中的多个半桥82。半桥82中的每个可被封装为功率级。在示出的示例中，逆变器56包括六个半桥(尽管图2仅对一个完整的半桥82进行了标注)，三个用于马达18，三个用于发电机24。半桥82中的每个可包括连接至来自电池52的正极DC节点的正极DC引线84以及连接至来自电池52的负极DC节点的负极DC引线86。半桥82中的每个还可包括第一开关单元88和第二开关单元90。第一开关单元88包括反并联连接至第一二极管94的第一晶体管92。第二开关单元90包括反并联连接至第二二极管98的第二晶体管96。第一晶体管92和第二晶体管96可以是IGBT或FET。半桥82中的每个的第一开关单元88和第二开关单元90将电池52的DC电力转换为在AC引线100处的单相AC输出。AC引线100中的每个电连接至马达18或发电机24。在该示例中，三个AC引线100电连接至马达18，另外三个AC引线100电连接至发电机24。
图3示出了用于电动车辆的电源模块组件(在此笼统地称为电源模块组件200)的一部分的示例。电源模块组件200可包括堆叠成阵列的多个功率级(图3中不可见)。每个电源模块可包括用于支撑其部件的框架(在此，笼统地称为框架202)。电源模块组件200可包括设置在堆叠的框架202的两端上的一对端板206。端板206可协助将电源模块保持在端板之间。端板206中的一个可包括入口210和出口212。入口210和出口212可输送和移除冷却剂以协助管理电源模块组件200的热状况。
每个框架202可包括用于使电气部件延伸通过其中的通道。每个框架202的一部分可共同限定电源模块组件200的侧面。电气部件可连接到由每个框架202支撑的功率级。例如，通道可具有用于使第一系列的信号引脚216和第二系列的信号引脚218延伸通过其中的尺寸。作为另一示例，通道可具有用于使端子(诸如DC端子)或汇流条(诸如第一组汇流条220和第二组汇流条222)延伸通过其中的尺寸。汇流条220和汇流条222可沿着电源模块组件200的一侧散布，以电连接功率级的相同极性的端子。例如，每个汇流条220可电连接来自不同的功率级的两个正极端子，每个汇流条222可电连接来自不同的功率级的两个负极端子。汇流条220和汇流条222可以是U形的。汇流条220和汇流条222均可包括外表面，该外表面限定平面，该平面与由其它汇流条的其它外表面限定的其它平面共面。汇流条220和汇流条222均可在与每个框架202的侧表面的平面平行的另一平面上限定表面。
图4A至图4C示出了彼此相邻的一对功率级的示例，每个功率级在此被笼统地称为功率级230。每个功率级230可由框架202中的一个支撑，并且可协助电连接车辆的电池和电机。来自第一系列的信号引脚216和第二系列的信号引脚218的引脚被示出为连接到每个功率级230。每个功率级230可包括第一端子234和第二端子235。第一端子234和第二端子235可具有相反的极性。例如，每个第一端子234可以是正极，每个第二端子235可以是负极。一对外端子可位于电源模块组件200的相对两端。这些外端子可具有彼此相反的极性，并且可协助将功率级230的阵列电连接至其它部件。
如上所述，汇流条可电连接来自相邻的功率级230的端子。例如，汇流条220可电连接来自相邻的功率级230的两个第一端子234，汇流条222可电连接来自相邻的功率级230的两个第二端子235。在这个示例中，汇流条220和汇流条222可延伸通过各个框架202，以用于与各个功率级230进行电连接。汇流条220和汇流条222可基于电流的预选量和端子的材料以一定距离与各个相邻的汇流条间隔开。多种构造的功率级230是可用的。可以设想端子和汇流条可具有与在图4A至图4C中示出的构造不同的其它构造。例如，端子和汇流条可具有连接器，以彼此配合并便于电连接。连接器的其它位置是可用的，以适应电源模块组件200的封装空间要求和性能要求。
图5A示出了正极端子240和负极端子242延伸到各个框架244的外部的示例。在这个示例中，汇流条246被示出为电连接彼此相邻的正极端子240。表面240a和242a可彼此共面，并且可被构造为与电气部件(诸如，如图6中示出的电容器模块300)接合以将功率级230与电容器模块300电连接。
图5B示出了正极端子248和负极端子250延伸到框架252的外部的示例。在这个示例中，汇流条254被示出为电连接彼此相邻的正极端子248。汇流条254可限定表面254a，表面254a与由各个相邻的汇流条256限定的表面256a共面。表面254a和256a可被构造为与电气部件(诸如，如图6中示出的电容器模块300)接合以将功率级230与电容器模块300电连接。
功率级230可基于端子234和端子235的极性进行布置。例如，电源模块组件200的功率级230可彼此布置为使得相同极性的端子彼此相邻，并且汇流条220和汇流条222限定与端子的极性对应的交替序列。汇流条220和汇流条222的交替序列的示例包括基本上为线性分布的汇流条(如图3所示)。
图7示出了用于电动车辆的电源模块组件(在此笼统地称为电源模块组件400)的一部分的另一示例。电源模块组件400可包括堆叠成阵列的多个功率级(未示出)。电源模块组件400可包括壳体410，以协助将功率级保持在其中。壳体410可包括用于使电气部件延伸通过其中的通道。例如，通道可具有用于使第一系列的信号引脚416和第二系列的信号引脚418延伸通过其中的尺寸。如另一个示例，通道可具有用于使端子或汇流条(诸如，第一组汇流条420和第二组汇流条422)延伸通过其中的尺寸。
汇流条420和汇流条422可沿着电源模块组件200的一侧散布，以电连接相同极性的端子。在这个示例中，汇流条420和汇流条422以交替的序列被示出，在所述交替的序列中，汇流条彼此偏移并沿着电源模块组件400的一侧散布。汇流条420和汇流条422可以是U形的。汇流条均可包括外表面，该外表面限定平面，该平面与由其它汇流条的其它外表面限定的其它平面共面。电气部件可连接到在壳体410内被支撑的各个功率级。入口430和出口432可协助输送和移除冷却剂，以管理电源模块组件400的热状况。在一个示例中，壳体410可以是模制在多个堆叠的功率级上并覆盖所述多个堆叠的功率级的保护层。端子或汇流条420和汇流条422可延伸通过该保护层。在另一示例中，壳体410可由支撑功率级的框架组成。
尽管在上面描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征可被组合，以形成可能未被明确描述或示出的本公开的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，一个或更多个特征或特性可被折衷，以实现期望的整体***属性，期望的整体***属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (11)

1.一种车辆电源模块组件，包括：
堆叠的框架的阵列；
多个功率级，每个框架容纳其中一个功率级，每个功率级包括从所述功率级延伸的一对相反极性的端子，多个功率级彼此布置为使得相同极性的端子彼此相邻并以端子极***替的序列进行布置；
多个汇流条，沿着所述阵列散布，每个汇流条电连接相同极性的端子，并且多个汇流条限定与端子的极性对应的交替序列。
2.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，其中，每个端子还限定具有接合电气部件的尺寸的表面。
3.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，其中，所述端子位于各个功率级上，使得汇流条沿着由框架的一部分限定的侧面以线性序列交替地散布。
4.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，其中，具有相反极性的端子彼此偏移，使得汇流条沿着由框架限定的侧面根据端子的极***替地散布并彼此间隔开。
5.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，其中，所述端子包括外端子，堆叠的框架的每个端部上具有一个外端子，其中，所述外端子具有相反的极性。
6.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，还包括保护层，所述保护层模制在堆叠的框架的阵列之上并覆盖堆叠的框架的阵列，使得所述端子延伸通过所述保护层。
7.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，其中，每个汇流条被固定到彼此相邻的两个功率级的具有相同极性的端子上。
8.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，其中，所述多个功率级沿着所述框架堆叠的方向限定端子极***替的序列。
9.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，其中，每个汇流条限定与所述框架的侧表面平行的表面。
10.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，其中，每个汇流条包括外表面，所述外表面限定平面，所述平面与由其它汇流条的其它外表面限定的其它平面共面。
11.根据权利要求1所述的车辆电源模块组件，其中，每个汇流条是U形的。
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