DE102013226106A1 - Control unit with a low-resistance electrical connection - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb. Das Steuergerät weist ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse einen Hohlraum umschließt, wobei das Steuergerät eine in dem Hohlraum angeordnete Leistungsvorrichtung aufweist. Bei dem Steuergerät weist eine Gehäusewand des Gehäuses einen Durchbruch auf, wobei ein elektrischer Anschluss des Steuergeräts durch den Durchbruch geführt ist. Der elektrische Anschluss des Steuergeräts weist eine elektrisch leitfähige Hülse und einen Bolzen auf. Die Hülse ist mit dem Inverter insbesondere trennbar elektrisch verbunden, wobei der Bolzen durch die Hülse geführt ist und ausgebildet ist, einen Endabschnitt eines elektrischen Anschlusskabels festzuhalten und den Endabschnitt gegen ein als Stirnfläche ausgebildetes Hülsenende der Hülse zu pressen und das elektrische Anschlusskabel so mit dem Anschluss zu verbinden.The invention relates to a control device for a motor vehicle, in particular a motor vehicle with an electric drive. The control device has a housing, wherein the housing encloses a cavity, wherein the control device has a power device arranged in the cavity. In the control device, a housing wall of the housing has an opening, wherein an electrical connection of the control device is guided through the opening. The electrical connection of the control device has an electrically conductive sleeve and a bolt. The sleeve is in particular separably electrically connected to the inverter, wherein the bolt is guided through the sleeve and is adapted to hold an end portion of an electrical connection cable and press the end portion against a sleeve end formed as an end face of the sleeve and the electrical connection cable with the connection connect to.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb. Das Steuergerät weist ein Gehäuse auf, wobei das Gehäuse einen Hohlraum umschließt. Das Steuergerät weist auch eine elektrische Leistungsvorrichtung, insbesondere einen Inverter auf, welche in dem Hohlraum angeordnet ist. The invention relates to a control device for a motor vehicle, in particular a motor vehicle with an electric drive. The control unit has a housing, wherein the housing encloses a cavity. The control unit also has an electrical power device, in particular an inverter, which is arranged in the cavity.
Bei dem Steuergerät weist eine Gehäusewand des Gehäuses einen Durchbruch auf, wobei ein elektrischer Anschluss des Steuergeräts durch den Durchbruch, – insbesondere von außen in ein Gehäuseinneres des Gehäuses hinein –, geführt ist.In the control device, a housing wall of the housing has an opening, wherein an electrical connection of the control device is guided through the opening, in particular from the outside into a housing interior of the housing.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß weist der elektrische Anschluss des Steuergeräts der eingangs genannten Art eine elektrisch leitfähige Hülse und einen Bolzen auf. Die Hülse ist mit der elektrischen Vorrichtung, insbesondere dem Inverter insbesondere trennbar elektrisch verbunden, wobei der Bolzen durch die Hülse geführt ist und ausgebildet ist, einen Endabschnitt eines elektrischen Anschlusskabels festzuhalten und den Endabschnitt gegen ein als Stirnfläche ausgebildetes Hülsenende der Hülse zu pressen und das elektrische Anschlusskabel so mit dem Anschluss zu verbinden.According to the invention, the electrical connection of the control device of the type mentioned at the beginning has an electrically conductive sleeve and a bolt. The sleeve is electrically connected to the electrical device, in particular the inverter in particular separable, wherein the bolt is guided through the sleeve and is adapted to hold an end portion of an electrical connection cable and to press the end portion against an end face formed as the sleeve end of the sleeve and the electrical Connection cable to connect with the connection.
Mittels des so ausgebildeten elektrischen Anschlusses des Steuergeräts kann der Inverter vorteilhaft besonders niederohmig mit dem Anschlusskabel verbunden werden. Vorteilhaft kann mittels des Bolzens eine derart hohe Anpresskraft gegen die elektrisch leitfähige Hülse erzeugt werden, dass zwischen dem Endabschnitt des elektrischen Anschlusskabels, welches beispielsweise durch einen Kabelschuh, insbesondere einen gabelförmigen oder ösenförmigen Kabelschuh, gebildet ist, eine nahezu vollflächige oder vollständig vollflächige mittels der Pressung erzeugte galvanische Kontaktierung zwischen dem als Kabelschuh ausgebildeten Endabschnitt des Kabels und der Hülse erzeugt werden kann. Es wurde nämlich erkannt, dass eine elektrische galvanische Verbindung, insbesondere eine durch einander Berühren zweier Kontakte erzeugte elektrische Verbindung, bei einer hohen Anpresskraft der Kontakte ein Leitwert der Verbindung zunimmt, da mit zunehmender Anpresskraft die wirksame Kontaktfläche einer gemeinsamen Verbindung der Kontaktflächen der Kontakte, im Falle des Anschlusses die Stirnfläche der Hülse und der Kabelschuh, zunimmt und so ein ohmscher Übergangswiderstand des Kontaktes abnimmt. By means of the electrical connection of the control device designed in this way, the inverter can advantageously be connected to the connecting cable in a particularly low-impedance manner. Advantageously, by means of the bolt such a high contact pressure against the electrically conductive sleeve can be generated that between the end portion of the electrical connection cable, which is formed for example by a cable lug, in particular a fork-shaped or eye-shaped cable lug, an almost full-surface or completely full-surface by means of the pressing generated galvanic contact between the terminal formed as a cable lug of the cable and the sleeve can be generated. It has been recognized that an electrical galvanic connection, in particular an electrical connection produced by contacting two contacts, increases at a high contact pressure of the contacts, a conductance of the compound, as with increasing contact pressure, the effective contact surface of a common connection of the contact surfaces of the contacts Case of the connection increases the end face of the sleeve and the cable lug, and so decreases an ohmic contact resistance of the contact.
So kann weiter vorteilhaft eine an dem elektrischen Anschluss erzeugte elektrische Verlustleistung während eines Betriebs des Inverters, bei dem beispielsweise Ströme von mehreren hundert Ampere über den Anschluss fließen, klein gehalten sein. Thus, furthermore, an electrical power loss generated at the electrical connection during operation of the inverter, in which, for example, currents of several hundred amperes flow via the connection, can be kept small.
Die elektrische Leistungsvorrichtung, insbesondere der Inverter, ist ausgebildet, eingangsseitig über den elektrischen Anschluss mit elektrischer Energie versorgt zu werden. The electrical power device, in particular the inverter, is designed to be supplied with electrical energy on the input side via the electrical connection.
Der Inverter ist ausgebildet, eine Wechselspannung aus einer Gleichspannung zu erzeugen und weist dazu bevorzugt eine Halbleiterschalter Halbbrücke, beispielsweise B6-Brücke oder H-Brücke auf. Der Halbleiterschalter ist bevorzugt ein Feldeffekttransistor, beispielsweise ein MOS-FET (MOS-FET = Metall-Oxid-Feld-Effekt-Transistor).The inverter is designed to generate an AC voltage from a DC voltage and preferably has a semiconductor switch half-bridge, for example B6 bridge or H-bridge. The semiconductor switch is preferably a field-effect transistor, for example a MOS-FET (MOS-FET = metal oxide field effect transistor).
Vorteilhaft ist das Steuergerät ein Bestandteil eines elektrischen Antriebs für ein Elektrofahrzeug, wobei der Antrieb eine elektrische Maschine umfasst, welche mit dem Steuergerät verbunden ist und von dem Steuergerät bestromt werden kann. Vorteilhaft weist ein Elektrofahrzeug den vorgenannten Antrieb auf.Advantageously, the control unit is a component of an electric drive for an electric vehicle, wherein the drive comprises an electric machine which is connected to the control unit and can be energized by the control unit. Advantageously, an electric vehicle to the aforementioned drive.
Andere vorteilhafte Ausführungsformen für eine Leistungsvorrichtung sind eine Hochleistungsbatterie, insbesondere Akkumulator, ein Schalter, insbesondere Halbleiterschalter oder Relais zum Schalten eines Stromes von mindestens 100 Ampere. Other advantageous embodiments of a power device are a high-performance battery, in particular accumulator, a switch, in particular semiconductor switches or relays for switching a current of at least 100 amperes.
Bevorzugt ist der elektrische Anschluss ein Schraubanschluss, welcher ausgebildet ist, mit dem Anschlusskabel schraubverbunden zu werden. Preferably, the electrical connection is a screw connection which is designed to be screw-connected to the connection cable.
Bevorzugt weist der Bolzen eine Pressvorrichtung auf und ist ausgebildet, den Endabschnitt des Anschlusskabels, insbesondere den vorgenannten Kabelschuh, gegen die Stirnfläche der Hülse zu pressen. Die Pressvorrichtung des Bolzens ist bevorzugt als ein Gewinde ausgebildet, wobei die Pressvorrichtung ein zum Verbinden mit dem Gewinde ausgebildetes Schraubelement aufweist, welches ausgebildet ist, schraubend in das Gewinde einzugreifen und den Endabschnitt formschlüssig und/oder kraftschlüssig gegen die Stirnfläche zu pressen. Preferably, the bolt on a pressing device and is adapted to press the end portion of the connecting cable, in particular the aforementioned cable lug, against the end face of the sleeve. The pressing device of the bolt is preferably designed as a thread, wherein the pressing device has a screw element which is designed to connect to the thread and which is designed to engage in the thread in a screwing manner and press the end section against the end face in a form-locking and / or non-positive manner.
Das Gewinde ist bevorzugt ein Außengewinde oder ein Innengewinde. Das Gewinde ist beispielsweise ein linksdrehendes Gewinde oder rechtsdrehendes Gewinde. The thread is preferably an external thread or an internal thread. The thread is for example a left-handed thread or right-handed thread.
Die Pressvorrichtung kann so im Falle des Außengewindes vorteilhaft eine Schraubmutter als Schraubelement aufweisen, sodass der Endabschnitt des Kabels so vorteilhaft auf einfache Weise mit dem elektrischen Anschluss schraubverbunden werden kann. Dabei wird der Bolzen beim Anziehen der Schraubmutter unter Zugspannung gesetzt, wogegen die Hülse, welche den Bolzen umschließt, unter Druckspannung gesetzt wird. Die Schraubmutter und die Stirnfläche der Hülse schließen dabei den Endabschnitt, insbesondere den Kabelschuh des Anschlusskabels, zwischeneinander ein.The pressing device can thus advantageously have a screw nut as a screw element in the case of the external thread, so that the end section of the cable can be advantageously screw-connected to the electrical connection in a simple manner can be. In this case, the bolt is set when tightening the nut under tension, whereas the sleeve which surrounds the bolt is placed under compressive stress. The nut and the end face of the sleeve thereby close the end section, in particular the cable lug of the connection cable, between one another.
Das Gewinde des Bolzens ist in der anderen Ausführungsform als Innengewinde ausgebildet. So kann der Endabschnitt des Anschlusskabels vorteilhaft mittels einer Schraube gegen die Stirnfläche der Hülse gepresst werden.The thread of the bolt is formed in the other embodiment as an internal thread. Thus, the end portion of the connecting cable can advantageously be pressed by means of a screw against the end face of the sleeve.
Bevorzugt beträgt ein Gewindemaß der Schraubverbindung wenigstens metrisch fünf bis zehn Millimeter, insbesondere fünf, sechs, acht oder zehn Millimeter. Beispielsweise beträgt ein Anzugsdrehmoment der Schraubverbindung je nach vorgenanntem Gewindedurchmesser zwischen 10 und 50 Newtonmeter.Preferably, a thread size of the screw is at least metric five to ten millimeters, in particular five, six, eight or ten millimeters. For example, a tightening torque of the screw connection is between 10 and 50 Newton meters depending on the aforementioned thread diameter.
Bevorzugt ist der Bolzen mit der Hülse, insbesondere im Bereich eines zum Gehäuseinneren weisenden Endabschnitts der Hülse formschlüssig verbunden. Der Bolzen kann dazu beispielsweise einen Schraubenkopf aufweisen, welcher die Hülse, insbesondere eine Stirnfläche, welche ein zum Verbinden mit dem Anschlusskabel entgegengesetztes Ende der Hülse bildet, formschlüssig hintergreifen kann.Preferably, the bolt is positively connected to the sleeve, in particular in the region of an end portion of the sleeve facing the housing interior. For this purpose, the bolt can have, for example, a screw head which can engage behind the sleeve, in particular an end face, which forms an end of the sleeve opposite the connecting cable, in a form-fitting manner.
In einer anderen Ausführungsform weist die Pressvorrichtung einen exzentrisch gelagerten Hebel auf, wobei der Hebel mit dem Bolzen mittels eines Schwenkgelenks verbunden ist. Der Hebel ist ausgebildet, den Endabschnitt schwenkend gegen die Stirnfläche der Hülse zu pressen. Durch den so schwenkbar gelagerten Hebel kann der Endabschnitt vorteilhaft durch bloßes Schwenken des Hebels trennbar mit dem Anschluss verbunden werden.In another embodiment, the pressing device has an eccentrically mounted lever, wherein the lever is connected to the bolt by means of a pivot joint. The lever is designed to press the end portion pivotally against the end face of the sleeve. By virtue of the lever pivotably mounted in this way, the end section can advantageously be separably connected to the connection by merely pivoting the lever.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse hohlzylindrisch ausgebildet. So kann die Hülse vorteilhaft aufwandsgünstig, beispielsweise mittels Bohren, Drehen oder Ziehen bereitgestellt werden.In a preferred embodiment, the sleeve is formed as a hollow cylinder. Thus, the sleeve can advantageously be low-cost, for example by drilling, turning or pulling provided.
Weiter bevorzugt ist der Bolzen wenigstens auf einem Längsabschnitt zylindrisch ausgebildet. Dadurch kann aufwandsgünstig ein Schraubgewinde an einem Endabschnitt des Bolzens durch Drehen oder Gewindeschneiden erzeugt werden.More preferably, the bolt is cylindrical at least on a longitudinal section. As a result, a screw thread at an end portion of the bolt can be produced by turning or threading a low cost.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hülse – insbesondere entlang einer Längserstreckung von der Stirnseite bis hin zu einem Hülsenende im Geräteinneren – eine größere elektrische Leitfähigkeit auf, als der Bolzen. In a preferred embodiment, the sleeve - in particular along a longitudinal extent from the front side to a sleeve end inside the device - a greater electrical conductivity, as the bolt.
Weiter bevorzugt weist der Bolzen eine größere Zugfestigkeit entlang seiner Längserstreckung auf, als die Hülse. So kann vorteilhaft ein elektrischer Kontakt stromverlustarm über die Hülse von dem Anschluss bis ins Geräteinnere, und dort beispielsweise bis zum Inverter, geführt werden. Der zugfeste Bolzen bewirkt vorteilhaft, dass die Pressvorrichtung den Endabschnitt mit einer hohen Anpresskraft gegen die – bevorzugt besser als der Bolzen – elektrisch leitfähige Hülse pressen kann, ohne dabei abzureißen.More preferably, the bolt has a greater tensile strength along its longitudinal extent than the sleeve. Thus, advantageously, an electrical contact low-current loss over the sleeve from the terminal to the inside of the device, and there, for example, to the inverter, are performed. The tensile bolt causes advantageous that the pressing device can press the end portion with a high contact force against the - preferably better than the bolt - electrically conductive sleeve, without tearing it.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Steuergeräts ist die Hülse eine Kupferhülse, insbesondere aus Elektrolytkupfer. Der Bolzen weist bevorzugt Eisen auf und ist weiter bevorzugt ein Stahlbolzen, ein Edelstahlbolzen oder ein Bolzen aus einem Material mit einer größeren Zugfestigkeit als Kupfer. So kann vorteilhaft der elektrische Strom über die Hülse geführt werden, welche aus einem Metall gebildet ist, das eine gute elektrische Leitfähigkeit aufweist, wobei die Zugfestigkeit des Hülsenmaterials zum Erzeugen der hinreichend guten Pressverbindung nicht erforderlich ist, insoweit die Aufgabe des Verpressens, unter Bereitstellung einer hohen Zugfestigkeit, durch den Bolzen, insbesondere einen Stahlbolzen, bereitgestellt wird.In a preferred embodiment of the control device, the sleeve is a copper sleeve, in particular of electrolytic copper. The bolt preferably comprises iron and is more preferably a steel bolt, a stainless steel bolt or a bolt made of a material having a tensile strength higher than that of copper. Thus, advantageously, the electric current can be passed through the sleeve, which is formed of a metal having a good electrical conductivity, wherein the tensile strength of the sleeve material for producing the sufficiently good press connection is not required, insofar as the task of compression, providing a high tensile strength, is provided by the bolt, in particular a steel bolt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ragt der Bolzen mit wenigstens einem Endabschnitt aus der Hülse heraus, wobei der Bolzen an dem herausragenden Endabschnitt die Pressvorrichtung aufweist. Weiter bevorzugt ist an dem herausragenden Endabschnitt die Pressvorrichtung angeordnet, oder im Falle des zuvor erwähnten Hebels, angekoppelt. So kann vorteilhaft von dem aus der Hülse herausragenden Endabschnitt aus eine hohe Presskraft auf die Stirnseite der Hülse erzeugt werden.In a preferred embodiment, the bolt protrudes with at least one end portion of the sleeve, wherein the bolt has at the protruding end portion of the pressing device. More preferably, the pressing device is arranged at the protruding end portion, or in the case of the aforementioned lever, coupled. Thus, it is advantageous to generate a high pressing force on the end face of the sleeve from the end section protruding from the sleeve.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Hülse wenigstens auf einem durch die Gehäusewand geführten Längsabschnitt, mit einer Kunststoffisolierung ummantelt, weiter bevorzugt in einen die Kunststoffisolierung bildenden Kunststoffmantel eingebettet. Besonders bevorzugt ist die Hülse wenigstens auf dem Längsabschnitt mit der Kunststoffisolierung umspritzt.In a preferred embodiment, the sleeve is at least on a guided through the housing wall longitudinal portion, coated with a plastic insulation, more preferably embedded in a plastic jacket forming the plastic insulation. Particularly preferably, the sleeve is encapsulated at least on the longitudinal section with the plastic insulation.
Weiter bevorzugt weist die Hülse wenigstens einen Durchbruch auf, in den sich das Kunststoffmaterial der Kunststoffisolierung ins Innere der Hülse erstreckt und ausgebildet ist, die Hülse gegen den Bolzen abzudichten. So kann der Anschluss vorteilhaft gegen eindringende Feuchtigkeit geschützt sein. Weiter vorteilhaft ist die Hülse so mit der Kunststoffisolierung drehfest verbunden.More preferably, the sleeve has at least one opening into which the plastic material of the plastic insulation extends into the interior of the sleeve and is designed to seal the sleeve against the bolt. Thus, the connection can be advantageously protected against penetrating moisture. Further advantageously, the sleeve is rotatably connected to the plastic insulation.
Im Falle eines Gehäuses des Steuergeräts als Kunststoffgehäuse, kann die Ummantelung durch eine Kunststoffwand des Kunststoffgehäuses gebildet sein. Die Hülse kann dazu beispielsweise in die Kunststoffwand eingespritzt sein oder durch einen Durchbruch in der Kunststoffwand hindurchgeführt sein.In the case of a housing of the controller as a plastic housing, the sheath may be formed by a plastic wall of the plastic housing. The sleeve can, for example, in the Be injected plastic wall or be passed through a breakthrough in the plastic wall.
Mittels des so ausgebildeten elektrischen Anschlusses des Steuergeräts kann das Steuergerät vorteilhaft sehr gut gegen eindringende Feuchtigkeit im Bereich des Anschlusses geschützt sein. By means of the electrical connection of the control device designed in this way, the control device can advantageously be protected very well against ingress of moisture in the region of the connection.
Bevorzugt ist die Hülse ausgebildet, sich beim Komprimiertwerden entlang der Längsachse tonnenförmig radial nach außen zu verformen. So kann vorteilhaft eine Abdichtung gegen die Gehäusewand beim Anpressen oder Anschrauben des Anschlusskabels an den elektrischen Anschluss unterstützt werden.Preferably, the sleeve is configured to deform radially outwardly in a barrel shape when compressed along the longitudinal axis. Thus, advantageously, a seal against the housing wall when pressing or screwing the connection cable to the electrical connection can be supported.
Weiter vorteilhaft bewirkt die Kunststoffisolierung eine elektrische Isolierung der Hülse von dem Gehäuse, insbesondere der Gehäusewand. Further advantageously, the plastic insulation causes an electrical insulation of the sleeve of the housing, in particular the housing wall.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Verbinden eines Kabelendabschnitts mit einem elektrischen Anschluss eines Steuergeräts.The invention also relates to a method for connecting a cable end section to an electrical connection of a control device.
Der elektrische Anschluss weist eine elektrisch leitfähige Hülse auf. Bei dem Verfahren wird die Hülse durch einen Durchbruch durch eine Gehäusewand geführt, und der Kabelendabschnitt mittels eines durch die Hülse geführten Bolzens gegen eine Stirnseite der Hülse gepresst, und so ein elektrischer Kontakt zwischen dem Kabelendabschnitt und der Stirnseite der Hülse erzeugt. The electrical connection has an electrically conductive sleeve. In the method, the sleeve is guided through an opening through a housing wall, and the cable end portion is pressed by means of a guided through the sleeve bolt against an end face of the sleeve, and thus produces an electrical contact between the cable end portion and the end face of the sleeve.
Der Inverter ist bevorzugt ausgebildet, eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs zum Drehbewegen eines Rotors der elektrischen Maschine zu bestromen. Das Steuergerät kann zusätzlich zu dem Inverter wenigstens eine Steuervorrichtung aufweisen, welche ausgebildet ist, elektrische Komponenten des Kraftfahrzeugs, beispielsweise eine Beleuchtungsanlage, Scheibenwischer, Türverriegelung, Fensterheber, Fahrerassistenzsysteme wie Antiblockiersystem, Spurhalteassistent, Einparkhilfe oder andere elektrische Komponenten zu steuern. The inverter is preferably designed to energize an electrical machine of the motor vehicle for rotating a rotor of the electric machine. In addition to the inverter, the control unit may have at least one control device which is designed to control electrical components of the motor vehicle, for example a lighting system, windscreen wipers, door lock, power windows, driver assistance systems such as anti-lock braking system, lane departure warning system, parking aid or other electrical components.
Die Erfindung wird nun im Folgenden anhand von weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben. Weitere vorteilhafte Ausführungsvarianten ergeben sich aus den Merkmalen der Figuren und der abhängigen Ansprüche.The invention will now be described below with reference to further embodiments. Further advantageous embodiments will become apparent from the features of the figures and the dependent claims.
Das Gehäuse
Der elektrische Anschluss
Der Bolzen
Der Endabschnitt
Der Bolzen
Der Bolzen
Der Endabschnitt mit dem Gewinde
Die Hülse
Die Hülse
Der elektrische Anschluss
Der Bolzen
Der Bolzen
Der Steg
Dargestellt ist auch die in
Der elektrische Anschluss
Der elektrische Anschluss
Vorteilhaft kann die Hülse
Die Kunststoffummantelung
Der Anschluss
Der Bolzen
Der elektrische Anschluss
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2014
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