DE102013219601A1

DE102013219601A1 - Elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer isolierten Stromschiene

Info

Publication number: DE102013219601A1
Application number: DE201310219601
Authority: DE
Inventors: Markus Eichner; Michael Leipenat
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Valeo eAutomotive Germany GmbH
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2013-09-27
Publication date: 2015-04-02
Also published as: CN204210410U

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch antreibbares Fahrzeug (1), welches eine Stromschiene (3) aufweist, wobei ein Träger (4) von der Stromschiene (3) mittels einer Keramik (5, 9) distanziert ist. Der Träger (4) ist beispielsweise ein Gehäuse (4) eines elektrischen Bauteils (2). Die Keramik (5, 9) isoliert die Stromschiene (3) elektrisch, bietet aber zudem eine gut thermische Leitfähigkeit.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, welches eine Stromschiene aufweist, wobei die Stromschiene elektrisch isoliert ist.
Elektrisch antreibbare Fahrzeuge sind beispielsweise Hybrid-, Plug-in-Hybrid-, oder Elektrofahrzeuge. In diesen Fahrzeugen werden für elektrische Anschlüsse Stromschienen verbaut. Die Ohm'schen Verluste führen bei Stromschienen zu einer Erwärmung. Die Stromtragfähigkeit der Schienen hängt zum einen vom Querschnitt ab. Ein hoher Querschnitt führt zu einer größeren Stromtragfähigkeit. Zum anderen ermöglichen niedrigere Umgebungstemperaturen ebenfalls eine höhere Stromtragfähigkeit der Stromschiene. Durch die jeweilige Applikation werden Maximaltemperaturen der Stromschienen vorgegeben (Temperaturbeständigkeit der Isolation, Wärmeeintrag in benachbarte Komponenten, usw.). Wird eine Grenztemperatur überschritten können Beschädigungen und eine Verkürzung der Lebensdauer auftreten. Um diese Auswirkungen zu reduzieren kann die Eigenerwärmung durch einen höheren Querschnitt der Stromschiene umgangen werden. Dies führt allerdings zu Mehrkosten und zu zusätzlichem Gewicht. Zusätzliches Gewicht gilt es gerade bei elektrisch antreibbaren Fahrzeugen zu vermeiden. Ein Verguss mit elektrisch nichtleitendem Wärmeleitmedium ist eine weitere Möglichkeit diesem Problem zu begegnen. Dadurch kann die entstehende Wärme beispielsweise an ein Gehäuse oder an einen anderen Träger der Stromschiene abgeleitet werden.
Eine Lösung der Aufgabe gelingt bei einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug welches die Merkmale nach Anspruch 1 aufweist. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich gemäß den Ausgestaltungen nach den abhängigen Ansprüchen 2 bis 11.
Ein elektrisch antreibbares Fahrzeug weist eine Stromschiene auf, wobei ein Träger von der Stromschiene mittels einer Keramik distanziert ist.
Durch die Verwendung von Keramikbauteilen, also einer Keramik, wird die Stromschiene an den Träger, welcher beispielsweise ein Gehäuse ist, elektrisch isoliert angebunden. Das Gehäuse ist beispielsweise das Gehäuse einer elektrischen Maschine, eines Stromrichters oder einer wiederaufladbaren Batterie. Aufgrund der besseren thermischen Leitfähigkeit von Keramiken im Vergleich zu Kunststoffen oder einfachen Vergußmassen können die Stromschienen die Wärme direkt an den Träger weitergeben. Der thermische Widerstand sinkt und somit auch die mögliche Spitzentemperatur der Stromschiene.
Durch eine geeignete Wahl des Werkstoffs für eine elektrische Isolierung kann die Wärmeabfuhr von einer Stromschiene weg optimiert werden. Auch die Kontaktierungsfläche zwischen Stromschiene und Keramik spielt hier eine Rolle. Dabei ist die Isolationseigenschaft der Keramik so gut, dass eine dünnwandige Keramik mit einer großen Kontaktfläche zur Stromschiene gewählt werden kann, ohne dass das Erfordernis der Eigenschaft als elektrischer Isolator aufzugeben ist. Die Verwendung von Keramik als elektrischer Isolator bei Stromschienen in einem Fahrzeug ermöglicht eine kleinere bzw. kompaktere Dimensionierung der betroffenen Bauteile. Beispiele für derartige Bauteile sind die Stromschiene selbst, ein Leistungshalbleiter (z.B. ein IGBT-Baustein), ein Stromrichter, ein Klemmenkasten und dergleichen mehr. Dies kann zu Gewichts- und Kostenvorteilen führen. Ein weiterer erzielbarer Vorteil ist es, dass weniger Wärme in benachbarte Komponenten eingebracht wird. Dies erhöht die Lebensdauer des Systems (insbesondere eines Umrichters oder einer elektrischen Maschine) aufgrund niedriger thermischer Wechselbelastungen. Die Luft- und Kriechstrecken können durch die Dimensionierung der Keramikbauteile einfach eingehalten werden. Das thermisch zu schützende System weist beispielsweise Elektronikbauteile einer Regelung und/oder Steuerung auf, wobei diese Elektronikbauteile zur Datenverarbeitung thermisch besonders empfindlich sind.
In einer Ausgestaltung des elektrisch antreibbaren Fahrzeuges ist die Stromschiene mit der Keramik verbunden bzw. kontaktiert diese. Zur besseren Wärmeleitung kann zwischen Keramik und Stromschiene noch Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitkissen sein. Auch dies ist im Sinne einer Wärmeleitung noch als direkte Verbindung bzw. Kontaktierung zu verstehen. Keramik und Stromschiene, welche insbesondere aus Kupfer, Aluminium, Eisen oder einer Legierung mit einem dieser Metalle ist, sind also im Sinne einer Wärmeleitung auch bei Einsatz von Wärmeleitmitteln wie einer Paste oder einem Kissen direkt verbunden.
In einer Ausgestaltung des elektrisch antreibbaren Fahrzeuges ist der Träger mit der Keramik verbunden und/oder kontaktiert diesen. Zur besseren Wärmeleitung kann zwischen Keramik und Träger noch Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitkissen sein. Auch dies ist im Sinne einer Wärmeleitung noch als direkte Verbindung bzw. Kontaktierung zu verstehen. Keramik und Träger, welcher insbesondere ein Gehäuse eines elektrischen Bauteils ist, sind also im Sinne einer Wärmeleitung auch bei Einsatz von Wärmeleitmitteln wie einer Paste oder einem Kissen direkt verbunden.
In einer Ausgestaltung des elektrisch antreibbaren Fahrzeuges trägt die Keramik die Stromschiene mechanisch. Dies ist möglich da Keramik insbesondere auch zur Aufnahme von Druck- und Zugkräften dienen kann.
In einer Ausgestaltung des elektrisch antreibbaren Fahrzeuges weist die Keramik eine der folgenden Formen auf:

• eine Buchse ohne Bund;
• eine Buchse mit Bund;
• eine Durchgangsbuchse für Normverschraubungen;
• eine Einpressdurchgangsbuchse;
• eine Einpressbuchse mit Gewinde;
• eine Klemmleiste zur flächigen Verpressung der Stromschiene; und
• eine Kombination dieser Formen.

In einer Ausgestaltung des elektrisch antreibbaren Fahrzeuges ist die Keramik mittels einer Schraubverbindung mit dem Träger verbunden. Vorteilhaft wird für diese Schraubverbindung ein Sprengring und/oder eine Unterlegscheibe verwendet.
In einer Ausgestaltung des elektrisch antreibbaren Fahrzeuges ist der Träger ein Gehäuse, wobei das Gehäuse insbesondere die Stromschiene einhaust. Das Gehäuse kann insbesondere auch einen Stromrichter oder eine Regelung einhausen.
In einer Ausgestaltung des elektrisch antreibbaren Fahrzeuges ist der Träger das Gehäuse eines elektrischen Bauteils. Das elektrische Bauteil ist beispielsweise ein Leistungshalbleitermodul z.B. mit einer Brückenschaltung.
In einer Ausgestaltung des elektrisch antreibbaren Fahrzeuges ist das elektrische Bauteil ein Leistungshalbleiter, ein Stromrichter, eine elektrische Maschine oder ein Klemmkasten. Ist der Träger ein Gehäuse, so können verschiedene Funktionen miteinander kombiniert werden, was für eine kompakte Bauweise vorteilhaft ist.
Eine Lösung der Aufgabe gelingt auch bei einem elektrischen Bauteil, welches ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse zu einer Stromschiene mittels einer Keramik elektrisch isoliert ist, wobei das elektrische Bauteil insbesondere für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug vorgesehen ist.
In einer Ausgestaltung des elektrischen Bauteils kontaktiert die Keramik die Stromschiene zumindest zu 10% ihrer gesamten Längsausrichtung, wobei insbesondere die Keramik den Träger mit einer Fläche kontaktiert, welcher der Mindestanforderung von 10% für den Kontakt mit der Stromschiene entspricht.
Durch diese Mindestanforderung können mechanische wie auch thermische Vorgaben leichter erfüllt werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Dabei zeigt:
1 ein elektrisch antreibbares Fahrzeug;
2 keramische Buchsen ohne Bund zur Befestigung von Stromschienen;
3 keramische Buchsen mit Bund zur Befestigung von Stromschinen; und
4 eine mehrteilig keramische Klemmleiste.
Die Darstellung gemäß 1 zeigt ein elektrisch antreibbares Fahrzeug 1, welches eine Batterie 17 und eine elektrische Maschine 16 aufweist. In der elektrischen Maschine 16 ist ein Stromrichter integriert, jedoch nicht dargestellt. Die wiederaufladbare Batterie 17 ist mit der elektrischen Maschine 16 über eine Stromschiene 3 elektrisch verbunden.
Die Darstellung gemäß 2 zeigt ein Gehäuse 4 mit einem Sackloch mit Gewinde. In das Sackloch ist eine Schraube 15 eingedreht. Mittels der Schraube 15 sind zwei Stromschienen 3, befestigt. Der mechanische Aufbau der Befestigung der Stromschienen 3, ist derart, dass die Schraube 15 folgende Elemente niederhält:

• eine Pressscheibe 6,
• eine erste Keramikbuchse 25,
• eine erste Stromschiene 19,
• eine zweite Keramikbuchse 26,
• eine zweite Stromschiene 20, und
• eine dritte Keramikbuchse 27.

Die drei Keramikbuchsen 25, 26 und 27 bilden eine Buchse 7 aus, welche keinen Bund aufweist.
Die Darstellung gemäß 3 zeigt eine Buchse 8, welche einen Bund aufweist. Die Buchsen werden durch die Keramik 27 und eine Keramik 28 ausgebildet. Die jeweiligen Bünde weisen zueinander und klemmen die Stromschiene 3 dazwischen ein. Buchsen 8 mit Bund können beispielsweise zur Kurzschlussverhinderung dienen. Ein Spalt 24 zwischen den Buchsen kann derart reduziert werden, dass sich die Keramiken 27 und 28 kontaktieren.
Die Darstellung gemäß 4 zeigt ein Gehäuse 4 mit einem Sackloch 13 und einer darin eingedrehten Schraube 15. Das Gehäuse haust ein elektrisches Bauteil 2 ein. Die Schraube 15 hält zwei Keramikklemmleisten 5, 9 nieder. Eine erste Keramikklemmleiste 5 ist dem Schraubenkopf zugewandt. Eine zweite Keramikklemmleiste 9 ist dem Gehäuse 4 zugewandt. Beide Keramikklemmleisten 5, 9 werden mittels der Schraube 15 aufeinander gepreßt. Die Keramikklemmleisten 5, 9 weisen jeweils eine Kerbe auf, wobei die Kerben einander zugewandt sind. Mittels der beiden Kerben wird eine Nut ausgebildet, in welche die Stromschiene 3 positioniert ist. Derart ist die Stromschiene vom Gehäuse 4 distanziert, wobei die Stromschiene an den beiden Keramikklemmleisten 5, 9 eingeklemmt und mechanisch gehalten ist.

Claims

Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1), welches eine Stromschiene (3) aufweist, wobei ein Träger (4) von der Stromschiene (3) mittels einer Keramik (5, 9) distanziert ist.
Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, wobei die Stromschiene (3) mit der Keramik (5, 9) verbunden ist und/oder diese insbesondere kontaktiert.
Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Träger (4) mit der Keramik (5, 9) verbunden ist und/oder diese insbesondere kontaktiert.
Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Keramik (5, 9) die Stromschiene (3) mechanisch trägt.
Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Keramik (5, 9) eine der folgenden Formen aufweist: • eine Buchse ohne Bund (7); • eine Buchse mit Bund (8); • eine Durchgangsbuchse für Normverschraubungen; • eine Einpressdurchgangsbuchse; • eine Einpressbuchse mit Gewinde; • eine Klemmleiste (12), insbesondere aus einer Keramik, zur flächigen Verpressung der Stromschiene (3); und • eine Kombination dieser Formen.
Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Keramik (5, 9) mittels einer Schraubverbindung (13) mit dem Träger (4) verbunden ist.
Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Träger (4) ein Gehäuse (4) ist, wobei das Gehäuse (4) insbesondere die Stromschiene (3) einhaust.
Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Träger (4) das Gehäuse (4) eines elektrischen Bauteils (2) ist.
Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) nach Anspruch 8, wobei das elektrische Bauteil (2) ein Leistungshalbleiter, ein Stromrichter, eine elektrische Maschine oder ein Klemmkasten ist.
Elektrisches Bauteil (2), welches ein Gehäuse (4) aufweist, wobei das Gehäuse (4) zu einer Stromschiene (3) mittels einer Keramik (5, 9) elektrisch isoliert ist, wobei das elektrische Bauteil (2) für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 vorgesehen ist.
Elektrisches Bauteil (2) nach Anspruch 10, wobei die Keramik (5, 9) die Stromschiene (3) zumindest zu 10% ihrer gesamten Längsausrichtung kontaktiert, wobei insbesondere die Keramik (5, 9) den Träger (4) mit einer Fläche kontaktiert, welcher der Mindestanforderung von 10% für den Kontakt mit der Stromschiene (3) entspricht.