DE102014010346B3

DE102014010346B3 - Motor vehicle with internally installed high-voltage on-board electrical system

Info

Publication number: DE102014010346B3
Application number: DE102014010346.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Pickl; Ole Mende; Robert Pietzsch; Jörg-Daniel Hahn
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-07-11
Filing date: 2014-07-11
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-07-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (10) mit einem Hochvoltbordnetz (20), das eine Gleichstromleitung (22) aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Gleichstrom zwischen einer elektrischen Energiequelle (18) des Kraftfahrzeugs (10) und einem elektrischen Hochvolt-Verbraucher (16) des Kraftfahrzeugs (10) zu führen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Hochvoltbordnetz (20) crashsicher auszugestalten. Erfindungsgemäß ist die Energiequelle (18) an einer Seite einer Fahrgastzelle (28) des Kraftfahrzeugs (10) und der Hochvolt-Verbraucher (16) an einer gegenüberliegenden Seite der Fahrgastzelle (28) angeordnet und die Gleichstromleitung (22) des Hochvoltbordnetzes (20) innerhalb der Fahrgastzelle (28) verlegt.The invention relates to a motor vehicle (10) with a high-voltage onboard power supply (20) which has a direct current line (22) which is designed to generate a direct electrical current between an electrical energy source (18) of the motor vehicle (10) and a high-voltage electrical consumer (10). 16) of the motor vehicle (10) to lead. The invention has for its object to design the high-voltage vehicle electrical system (20) crash-proof. According to the invention, the energy source (18) is arranged on one side of a passenger compartment (28) of the motor vehicle (10) and the high-voltage consumer (16) on an opposite side of the passenger compartment (28) and the DC line (22) of the high-voltage vehicle electrical system (20) within the passenger compartment (28) laid.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz, das eine Gleichstromleitung aufweist, die dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Gleichstrom zwischen einer elektrischen Energiequelle des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einer Traktionsbatterie, und einem elektrischen Hochvolt-Verbraucher des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Wechselrichter eines elektrischen Antriebsmotors, zu führen. Die Gleichstromleitung weist sowohl einen elektrischen Hinleiter als auch einen elektrischen Rückleiter auf, sodass über die Gleichstromleitung ein elektrischer Stromkreis geschlossen werden kann. Unter einer elektrischen Hochvoltspannung ist im Zusammenhang mit der Erfindung eine elektrische Gleichspannung zu verstehen, die größer als 60 Volt ist.The invention relates to a motor vehicle with a high-voltage electrical system, which has a direct current line, which is adapted to a direct electrical current between an electrical energy source of the motor vehicle, such as a traction battery, and a high-voltage electrical load of the motor vehicle, for example, an inverter of an electric drive motor to to lead. The DC line has both an electrical forward conductor and an electrical return conductor, so that an electrical circuit can be closed via the DC line. Under a high-voltage electrical voltage is in the context of the invention, a DC electrical voltage to be understood, which is greater than 60 volts.

Eine Gleichstromleitung, wie sie auch im erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug bereitgestellt ist, ist in vielen Typen von Hybrid- und Elektrofahrzeugen zur Gleichstromversorgung von Hochvolt-Komponenten vorgesehen. Für den Fall, dass sich die elektrische Energiequelle einerseits und der elektrische Hochvolt-Verbraucher andererseits an unterschiedlichen Enden des Kraftfahrzeugs befinden, also beispielsweise die Traktionsbatterie im Heck und ein Elektromotor als Hochvolt-Verbraucher im Frontbereich, ist die Gleichstromleitung verhältnismäßig lang. Sie wird in der Regel aus Gründen der EMV (EMV – elektromagnetische Verträglichkeit) unterflur verlegt, das heißt unterhalb des Fahrzeugbodens.A DC line, as provided in the motor vehicle according to the invention, is provided in many types of hybrid and electric vehicles for the DC supply of high-voltage components. In the event that the electrical energy source on the one hand and the electrical high-voltage load on the other hand are located at different ends of the vehicle, so for example, the traction battery in the rear and an electric motor as a high-voltage load in the front, the DC line is relatively long. It is usually laid underground for reasons of EMC (electromagnetic compatibility), ie below the vehicle floor.

Aus der WO 00/27672 A1 und der DE 198 51 367 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem eine Traktionsbatterie über ein Kabel mit einem Wechselrichter gekoppelt ist, welcher der Traktionsbatterie über das Kabel einen gepulsten Strom entnimmt. Hierbei sind Abschirmungsmaßnahmen gegen elektromagnetische Abstrahlung des Kabels nötigt. Das Kabel ist hierzu als Koaxialkabel ausgestaltet.From the WO 00/27672 A1 and the DE 198 51 367 A1 For example, a motor vehicle is known in which a traction battery is coupled via a cable to an inverter which extracts a pulsed current from the traction battery via the cable. Here, shielding measures against electromagnetic radiation of the cable are required. The cable is designed for this purpose as a coaxial cable.

Aus der US 5 408 049 A ist im Zusammenhang mit der Kopplung einer dreiphasigen Wechselstromleitung, die einen Wechselrichter mit einem Elektromotor koppelt, ebenfalls die Verwendung eines Koaxialkabels zur Vermeidung von Abstrahlung elektromagnetischer Wellen bekannt.From the US Pat. No. 5,408,049 In connection with the coupling of a three-phase AC line coupling an inverter to an electric motor, it is also known to use a coaxial cable to prevent electromagnetic wave radiation.

Aus der DE 697 10 822 T2 ist ein Hochfrequenz-Leistungskabel bekannt, welches mehrere, voneinander elektrisch isolierte Drahtadern aufweist, die miteinander verdrillt sind. Als Isolationsmaterial kann ein Silikonmantel vorgesehen sein.From the DE 697 10 822 T2 is a high-frequency power cable is known, which has a plurality of mutually electrically insulated wire leads, which are twisted together. As insulating material may be provided a silicone sheath.

In der US 2014/0014395 A1 ist ein Koaxialkabel zum Verbinden von Hochvoltkomponenten beschrieben. Bei dem Koaxialkabel ist ein innen liegender Kern als massiver Draht ausgestaltet, um das Koaxialkabel eigensteif auszugestalten. Eine Isolierung des Koaxialkabels ist aus einer speziellen Zweischichtstruktur mit Polyethylen und Polypropylen gebildet.In the US 2014/0014395 A1 is a coaxial cable for connecting high-voltage components described. In the case of the coaxial cable, an inner core is designed as a solid wire in order to design the coaxial cable in an inherently rigid manner. An insulation of the coaxial cable is formed of a special two-layer structure with polyethylene and polypropylene.

Aus der JP 2014-035964 A ist ein Hochvolt-Koaxialkabel bekannt, das mehradrige Leitungsstränge aufweisen kann, die jeweils aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gebildet sein können. Isolierschichten sind aus einem Harz gebildet.From the JP 2014-035964 A is a high-voltage coaxial cable is known, which may have multi-wire strands, each of which may be formed of aluminum or an aluminum alloy. Insulating layers are formed of a resin.

Aus der CA 2 851 593 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem eine Hochvoltleitung in einer Fahrgastzelle verlegt ist.From the CA 2 851 593 A1 a motor vehicle is known in which a high-voltage line is laid in a passenger compartment.

Ein Kraftfahrzeug-Hochvoltbordnetz muss dahingehend crashsicher sein, dass eine Hochvolt-Gleichstromleitung bei einem Crash nicht eine elektrisch leitfähige Kraftfahrzeugkomponente, wie beispielsweise die Karosserie, ebenfalls unter Hochspannung setzten kann und hierdurch Personen gefährdet werden.A motor vehicle high-voltage vehicle electrical system must be so crash-proof that a high-voltage DC power line in a crash not an electrically conductive motor vehicle component, such as the body, can also put under high voltage and thereby persons are at risk.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug ein Hochvoltbordnetz crashsicher zu gestalten.The invention has for its object to make a high-voltage vehicle electrical system crash-proof in a motor vehicle.

Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche.The object is solved by the subject matter of the independent patent claim. Advantageous developments of the invention will become apparent from the features of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das ein Hochvoltbordnetz aufweist, bei welchem eine Gleichstromleitung dazu ausgelegt ist, einen elektrischen Strom zwischen einer elektrischen Energiequelle des Kraftfahrzeugs und einem elektrischen Hochvolt-Verbraucher des Kraftfahrzeugs zu führen. Eine elektrische Energiequelle kann beispielsweise eine Hochvolt-Batterie oder ein Brennstoffzellenstapel sein. Unter einem Hochvolt-Verbraucher ist insbesondere ein elektrischer Verbraucher zu verstehen, der einen Betriebsstrom von mehr als 2 Ampere, insbesondere mehr als 10 Ampere, aufweisen kann.According to the invention, a motor vehicle is provided which has a high-voltage vehicle electrical system in which a direct-current line is designed to conduct an electric current between an electrical energy source of the motor vehicle and an electrical high-voltage consumer of the motor vehicle. An electrical energy source may be, for example, a high-voltage battery or a fuel cell stack. A high-voltage consumer is in particular an electrical consumer to understand, which may have an operating current of more than 2 amperes, in particular more than 10 amps.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist vorgesehen, die Energiequelle an einer Seite einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs und den Hochvolt-Verbraucher an einer gegenüberliegenden Seite der Fahrgastzelle anzuordnen. Mit anderen Worten kann die Energiequelle oder der Hochvolt-Verbraucher im Heck des Kraftfahrzeugs hinter der Fahrgastzelle angeordnet sein und entsprechend die andere Komponente, also der Hochvolt-Verbraucher beziehungsweise die Energiequelle, in einem Frontbereich vor der Fahrgastzelle. Die Gleichstromleitung, welche die Energiequelle mit dem Hochvolt-Verbraucher elektrisch verbindet, ist innerhalb der Fahrgastzelle angeordnet.In the motor vehicle according to the invention, it is provided to arrange the energy source on one side of a passenger compartment of the motor vehicle and the high-voltage consumer on an opposite side of the passenger compartment. In other words, the energy source or the high-voltage consumer in the rear of the motor vehicle behind the passenger compartment and be arranged according to the other component, ie the high-voltage consumer or the power source in a front area in front of the passenger compartment. The DC line, which connects the energy source with the high-voltage Connects consumer electrically is disposed within the passenger compartment.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergibt sich der Vorteil, dass die Gleichstromleitung im Kraftfahrzeug an einem Ort angeordnet ist, der bereits zum Schutz der Fahrgäste besonders crashsicher ausgestaltet ist. Durch Anordnen der Energiequelle und des Hochvolt-Verbrauchers beiderseits der Fahrgastzelle lässt sich nun auch die Gleichstromleitung mittels der Fahrgastzelle schützen.In the case of the motor vehicle according to the invention, there is the advantage that the DC power line in the motor vehicle is arranged at a location which is already designed to be particularly crash-proof for the protection of the passengers. By arranging the power source and the high-voltage load on both sides of the passenger compartment can now also protect the DC power line by means of the passenger compartment.

Bisher ist von einer solchen Anordnung der Gleichstromleitung abgesehen worden. Grund dafür ist, dass bedingt durch den herkömmlichen Leiteraufbau neben den elektrischen auch magnetische Felder auftreten. Aufgrund der verhältnismäßig hohen Betriebsströme zum Hochvolt-Verbraucher treten hierbei magnetische Felder auf, die oberhalb der vom Gesetzgeber vorgesehenen Höchstwerte liegen können. Die Verlegung der Traktionsnetzleitungen im Fahrgastinnenraum ist daher aufgrund der auftretenden Magnetfelder in der Regel nicht zulässig.So far, has been omitted from such an arrangement of the DC line. The reason for this is that due to the conventional conductor structure, magnetic fields occur in addition to the electrical ones. Due to the relatively high operating currents to the high-voltage consumer this magnetic fields occur, which may be above the maximum levels provided by law. The laying of traction power lines in the passenger compartment is therefore generally not permitted due to the magnetic fields occurring.

Da bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ebenfalls ein zu hoher Feldstärkewert für das Magnetfeld möglich ist, sieht hierfür die Erfindung vor, dass die Gleichstromleitung als Koaxialkabel ausgestaltet ist. Während im Stand der Technik die Koaxialanordnung nur zur Vermeidung von elektromagnetischer Strahlung aufgrund von Wechselfrequenzen im Stromverlauf bekannt ist, sieht die Erfindung also vor, auch bei einer Gleichstromleitung eine koaxiale Ausgestaltung von hin- und rückführendem Leitungsteil vorzusehen, um hierdurch eine Feldstärke des bei Stromfluss um die Gleichstromleitung entstehenden Magnetfelds unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes einzustellen. Der hinführende Leitungsteil kann also den Kern oder Innenleiter, der rückführende Leitungsteil den Außenleiter des Koaxialkabels bilden oder umgekehrt.Since an excessively high field strength value for the magnetic field is likewise possible in the case of the motor vehicle according to the invention, the invention provides for the DC line to be designed as a coaxial cable. While in the prior art, the coaxial arrangement is known only to avoid electromagnetic radiation due to alternating frequencies in the course of current, the invention also provides for a DC line coaxial design of supply and return line part provided to thereby a field strength of the current flow to set the DC line resulting magnetic field below a predetermined limit. The leading line part can thus form the core or inner conductor, the returning line part form the outer conductor of the coaxial cable or vice versa.

Durch die beschriebene Anordnung von Hochvolt-Verbraucher und Energiequelle ist die Gleichstromleitung verhältnismäßig lang, insbesondere länger als 1 Meter. Die Erfindung sieht vor, dass die Drähte der Gleichstromleitung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt sind. Aluminium weist eine spezifische Dichte auf, die lediglich ein Drittel der spezifischen Dichte von Kupfer beträgt. Somit ist eine Gleichstromleitung aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung wesentlich leichter als eine funktional gleichwertige Gleichstromleitung aus Kupfer. Damit erhöht sich die Wirtschaftlichkeit des Betriebs des Kraftfahrzeugs.Due to the described arrangement of high-voltage load and power source DC line is relatively long, especially longer than 1 meter. The invention provides that the wires of the DC line are made of aluminum or an aluminum alloy. Aluminum has a specific density that is only one third of the specific gravity of copper. Thus, a DC line made of aluminum or an aluminum alloy is much lighter than a functionally equivalent DC line made of copper. This increases the cost-effectiveness of the operation of the motor vehicle.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, indem eine hinführende Leitungsanordnung und eine rückführende Leitungsanordnung jeweils mehrere Drahtadern umfasst. Mit anderen Worten sind der hinführende Leitungsteil, also der von der Energiequelle zum Hochvolt-Verbraucher führende Leitungsteil, und/oder der entsprechend rückführende Leitungsteil als Litze ausgelegt. Die Litze kann verseilt oder parallel zur Längserstreckung der Gleichstromleitung ausgerichtet sein. Hierdurch ist die Gleichstromleitung flexibel, sodass insbesondere mechanische Brüche aufgrund von Vibrationen, wie sie während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs entstehen können, entgegengewirkt. Damit erhöht sich die Zuverlässigkeit des Betriebs des Kraftfahrzeugs. Bei der koaxialen Ausgestaltung der Gleichstromleitung entsprechen der hin- und rückführende Leitungsteil dem innen- und außenführenden Leitungsteil, also dem Kern und dem Außenleiter.A further advantage results in that an outgoing line arrangement and a returning line arrangement each comprise a plurality of wire cores. In other words, the leading line part, ie the leading part of the energy source to the high-voltage consumer line part, and / or the corresponding recirculating line part designed as a strand. The strand may be stranded or aligned parallel to the longitudinal extent of the DC line. As a result, the DC line is flexible, so that in particular mechanical fractures due to vibrations, as they may arise during a journey of the motor vehicle, counteracted. This increases the reliability of the operation of the motor vehicle. In the coaxial design of the DC line correspond to the back and leading part of the leading inner and outer line part, ie the core and the outer conductor.

Um auch mit einzelnen Drahtadern in koaxialer Ausgestaltung der Gleichstromleitung dennoch eine ausreichende Unterdrückung eines Magnetfelds in der Umgebung der Gleichstromleitung zu erhalten, sieht die Erfindung vor, dass in einem Querschnitt der Gleichstromleitung die Drahtadern einer der Leitungsanordnungen ringförmig um die andere Leitungsanordnung angeordnet sind. Hierdurch kann durch die Anordnung der Drahtadern ohne zusätzliche Abschirmungsmaßnahmen eine Koax-Schirmung zumindest angenähert werden. Es ist kein geschlossener Metallmantel als außenführende Leitungsanordnung nötig.In order to still obtain sufficient suppression of a magnetic field in the vicinity of the DC line with individual wire cores in coaxial design of the DC line, the invention provides that in a cross section of the DC line, the wire strands of one of the line assemblies are arranged in a ring around the other line arrangement. As a result, a coaxial shielding can be at least approximated by the arrangement of the wire strands without additional shielding measures. There is no need for a closed metal shell as an external lead arrangement.

Die Erfindung sieht des Weiteren vor, dass eine Außenisolierung und/oder eine Innenisolierung, die zwei in der Gleichstromleitung angeordnete elektrische Pole gegeneinander isoliert, aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet ist, Polyurethan umfasst. Ein solches Material gewährleistet neben der zuverlässigen elektrischen Isolierung auch eine hohe thermische Stabilität gegen durch den großen Verbraucherstrom in der Gleichstromleitung verursachte elektrische Verluste.The invention further provides that an outer insulation and / or an inner insulation, the two isolated in the DC line electrical poles isolated from each other, is formed of an electrically insulating material comprises polyurethane. Such material, in addition to reliable electrical insulation, also ensures high thermal stability against electrical losses caused by the large load current in the DC power line.

Besonders bevorzugt ist die Gleichstromleitung in Fahrzeughochrichtung oberhalb eines Bodenblechs des Kraftfahrzeugs angeordnet. Dann wirkt das Bodenblech als Schild gegen mechanische Einflüsse, wenn das Kraftfahrzeug beispielsweise mit dem Bodenblech auf dem Fahruntergrund aufschlägt oder aufsetzt.Particularly preferably, the DC line is arranged in the vehicle vertical direction above a floor panel of the motor vehicle. Then the bottom plate acts as a shield against mechanical influences when the motor vehicle strikes, for example, with the bottom plate on the driving surface or touches down.

Bei der Wahl der Drahtadern, also deren Durchmesser und Anzahl, wird insbesondere ein Verhältnis einer Fläche eines innenführenden Leitungsquerschnitts und einer Fläche eines außenführenden Leitungsquerschnitts der Gleichstromleitung in einem Bereich von 0,9 bis 1,1 eingestellt. Insbesondere beträgt das Verhältnis 1, das heißt der innenführende und der außenführende Leitungsquerschnitt sind gleich groß.In the selection of the wire cores, that is, their diameter and number, in particular, a ratio of an area of an inside conductor cross section and an area of an outside conductor cross section of the DC line is set in a range of 0.9 to 1.1. In particular, the ratio is 1, that is, the inside leading and the outside conductor cross-section are the same size.

Die Gleichstromleitung kann dennoch eine elektrische und/oder magnetische Außenschirmung aufweisen, also beispielsweise ein Drahtgeflecht, welches sowohl die innenführende als auch die außenführende Leitungsanordnung umgibt. Mittels dieser Außenschirmung kann sichergestellt werden, dass ein- und auskoppelnde Störungen weiter reduziert werden. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass die Gleichstromleitung schirmfrei ist. Hierdurch ist es besonders günstig herstellbar und leicht. The DC line can still have an electrical and / or magnetic outer shield, so for example a wire mesh, which surrounds both the inside leading and the outside leading line arrangement. This external shielding can be used to ensure that interference that is coupled in and out is further reduced. Preferably, however, it is provided that the DC line is screen-free. This makes it particularly inexpensive to manufacture and easy.

Eine andere Weiterbildung gleicht die auskoppelnden Störungen aus, indem die Gleichstromleitung mit einem elektrischen oder elektronischen Filter gekoppelt ist, welches dazu ausgelegt ist, eine Welligkeit einer in der Gleichstromleitung geführten Gleichspannung zu verringern. Eine solche Filtermaßnahme verringert also den Wechselstromanteil in der Gleichstromleitung, sodass das Abstrahlen von elektromagnetischer Strahlung durch die Gleichstromleitung reduziert oder unterdrückt wird. Das Filter kann beispielsweise einen Glättungskondensator umfassen, welcher zwischen die beiden Pole der Gleichstromleitung, also die Plus-Leitung und die Minus-Leitung, geschaltet sein kann.Another development compensates for the coupling-out disturbances by the DC line is coupled to an electrical or electronic filter, which is designed to reduce a ripple of a DC voltage guided in the DC line. Such a filtering action thus reduces the AC component in the DC line, so that the radiation of electromagnetic radiation through the DC line is reduced or suppressed. The filter may comprise, for example, a smoothing capacitor, which may be connected between the two poles of the DC line, ie the plus line and the minus line.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:In the following an embodiment of the invention is described. This shows:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und 1 a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention; and

2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer Gleichstromleitung, wie sie bei dem Kraftfahrzeug von 1 eingebaut sein kann. 2 a schematic representation of a cross section of a DC line, as in the motor vehicle of 1 can be installed.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen aber die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, however, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention, which are to be considered independently of each other, which also develop the invention independently of one another and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. Das Kraftfahrzeug 10 kann einen Hybridantrieb oder einen Elektroantrieb aufweisen. Hierzu kann das Kraftfahrzeug 10 einen Elektromotor 12 und einen zum Betreiben des Elektromotors 12 ausgelegten Wechselrichter 14 aufweisen. Der Elektromotor 12 und der Wechselrichter 14 stellen zusammen einen Hochvolt-Verbraucher 16 des Kraftfahrzeugs 10 dar. Zusätzlich oder alternativ kann als Hochvolt-Verbraucher 16 auch beispielsweise ein Kompressor einer Klimaanlage in dem Kraftfahrzeug 10 bereitgestellt sein. Der Hochvolt-Verbraucher 16 kann bei dem Kraftfahrzeug 10 durch eine Energiequelle 18, beispielsweise eine Traktionsbatterie oder einen Brennstoffzellenstapel, mit elektrischer Energie versorgt werden. Hierzu können die Energiequelle 18 und der Hochvolt-Verbraucher 16 über ein Hochvolt-Bordnetz 20 miteinander elektrisch gekoppelt sein. 1 shows a motor vehicle 10 which may be, for example, a motor vehicle, in particular a passenger car. The car 10 may have a hybrid drive or an electric drive. For this purpose, the motor vehicle 10 an electric motor 12 and one for operating the electric motor 12 designed inverter 14 exhibit. The electric motor 12 and the inverter 14 put together a high-voltage consumer 16 of the motor vehicle 10 Additionally or alternatively, as a high-voltage consumer 16 also, for example, a compressor of an air conditioner in the motor vehicle 10 be provided. The high-voltage consumer 16 can in the motor vehicle 10 through an energy source 18 For example, a traction battery or a fuel cell stack to be supplied with electrical energy. This can be done by the energy source 18 and the high-voltage consumer 16 via a high-voltage electrical system 20 be electrically coupled to each other.

Das Hochvolt-Bordnetz 20 kann ein Gleichstromkabel oder eine Gleichstromleitung 22 aufweisen, welches mit einer Plus-Leitung 24 und einer Minus-Leitung 26 sowohl mit der Energiequelle 18 als auch mit dem Hochvolt-Verbraucher 16 elektrisch verbunden sein kann. Die Energiequelle 18 erzeugt zwischen der Plus-Leitung 24 und der Minus-Leitung 26 eine Hochvolt-Spannung, die größer als 60 Volt sein kann, insbesondere größer als 100 Volt. Im Betrieb des Hochvolt-Verbrauchers 16 fließt über die Gleichstromleitung 22 ein Betriebsstrom des Hochvolt-Verbrauchers 16. Der Betriebsstrom ist ein Gleichstrom. Die Plus-Leitung 24 und die Minus-Leitung 26 stellen jeweils einen Leitungsteil der Gleichstromleitung 22 dar. Die Plus-Leitung 24 ist hinführend, die Minus-Leitung 26 ist rückführend.The high-voltage electrical system 20 can be a DC cable or a DC power line 22 have, which with a plus line 24 and a minus lead 26 both with the energy source 18 as well as with the high-voltage consumer 16 can be electrically connected. The energy source 18 generated between the plus line 24 and the minus lead 26 a high voltage voltage that can be greater than 60 volts, in particular greater than 100 volts. In operation of the high-voltage consumer 16 flows over the DC line 22 an operating current of the high-voltage consumer 16 , The operating current is a direct current. The plus line 24 and the minus line 26 each represent a line part of the DC line 22 dar. The plus line 24 is leading, the minus lead 26 is traceable.

Bei dem Kraftfahrzeug 10 ist sichergestellt, dass die Gleichstromleitung 22 beispielsweise bei einem Crash des Kraftfahrzeugs 10, wenn strukturgebende Teile des Kraftfahrzeugs 10 deformiert werden, dennoch die Gleichstromleitung mit einer hohen Wahrscheinlichkeit unbeschädigt bleibt. Hierzu ist die Gleichstromleitung 22 zumindest zu einem überwiegenden Teil in einer Fahrgastzelle 28 des Kraftfahrzeugs 10 verlegt oder angeordnet. Die Gleichstromleitung 22 ist insbesondere oberhalb eines Fahrzeugbodens 30 angeordnet.In the motor vehicle 10 is ensured that the DC line 22 for example, in a crash of the motor vehicle 10 if structural parts of the motor vehicle 10 deformed, yet the DC line remains undamaged with a high probability. This is the DC line 22 at least for the most part in a passenger compartment 28 of the motor vehicle 10 relocated or arranged. The DC line 22 is especially above a vehicle floor 30 arranged.

Obwohl die Gleichstromleitung 22 den Betriebsstrom des Hochvolt-Verbrauchers 16 durch das Innere der Fahrgastzelle 28 führt, entsteht in der Fahrgastzelle 28 durch den Betriebsstrom in der Gleichstromleitung 22 kein magnetisches Feld, welches eine derart große Feldstärke aufweist, dass es zu einer gesundheitlichen Gefährdung von Fahrgästen oder einer Störung von elektrischen Geräten kommt. Hierzu kann die Gleichstromleitung 22 den in 2 veranschaulichten prinzipiellen Aufbau aufweisen.Although the DC line 22 the operating current of the high-voltage consumer 16 through the interior of the passenger compartment 28 leads, arises in the passenger compartment 28 by the operating current in the DC line 22 no magnetic field, which has such a large field strength that it comes to a health hazard to passengers or a fault in electrical equipment. For this purpose, the DC line 22 the in 2 having illustrated basic structure.

2 zeigt einen Querschnitt durch die Gleichstromleitung 22. Der Verlauf des Querschnitts ist in 1 angegeben. Die Gleichstromleitung 22 weist eine Außenisolierung 32, einen außenführenden Leitungsteil 34, eine Innenisolierung 36 und einen innenführenden Leitungsteil 38 auf. Der innenführende Leitungsteil 38 stellt bei der in 1 gezeigten Verschaltung die Plus-Leitung 24 dar, der außenführende Leitungsteil 34 die Minus-Leitung 26. 2 shows a cross section through the DC line 22 , The course of the cross section is in 1 specified. The DC line 22 has an external insulation 32 , a lead-out line part 34 , an interior insulation 36 and an inside lead part 38 on. The inside lead part 38 puts at the in 1 shown wiring the plus line 24 represents, the outside leading part 34 the minus line 26 ,

Beide Leitungsteile 34, 38 können mehrere Drahtadern 40 aufweisen, von denen in 2 der Übersichtlichkeit halber nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Drahtadern können aus Kupfer oder, bevorzugt, aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, gefertigt sein. Die Außenisolierung 32 und die Innenisolierung 36 können beispielsweise Polyurethan umfassen.Both pipe parts 34 . 38 can use multiple wires 40 have, of which in 2 for clarity, only a few are provided with a reference numeral. The wire cores may be made of copper or, preferably, of aluminum or an aluminum alloy. The outer insulation 32 and the inner insulation 36 may include, for example, polyurethane.

Somit ergibt sich bei dem Kraftfahrzeug 10 eine Hochvolt-Leitung, die einen koaxialen Aufbau aufweist, wobei die jeweiligen Potentiale (Plus und Minus) um einen Mittelpunkt radialsymmetrisch angeordnet sind. Auf diese Weise können störende Magnetfelder in der Fahrgastzelle 28 vermieden werden, da sich diese durch den koaxialen Aufbau aufheben.Thus results in the motor vehicle 10 a high-voltage line having a coaxial structure, wherein the respective potentials (plus and minus) are arranged radially symmetrically about a center. In this way, disturbing magnetic fields in the passenger compartment 28 be avoided because they cancel through the coaxial structure.

In einer Ausgestaltung umfasst die Gleichstromleitung einen Innenleiter, der mehrere Adern 40 aufweist und von der Innenisolierung 36 umgeben ist. Um diese Isolierung 36 sind ringförmig Adern angeordnet, die in Summe von einer Isolierung 32 umgeben sind und einen Außenleiter bilden. Innen- und Außenleiter weisen in Summe im Wesentlichen die gleiche Querschnittsfläche auf. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche einer einzelnen Drahtader 40 der innenführenden Leitungsanordnung 38 kleiner als die Querschnittsfläche einer einzelnen Drahtader 40 der außenführenden Leitungsanordnung 34. Die einzelnen Adern des Innen- und des Außenleiters gewährleisten hierdurch eine große Flexibilität der Gleichstromleitung 22. Die Leitung kann zusätzlich einen äußeren Schirm aufweisen, also einen elektrischen Schirm durch beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Drahtgeflecht, oder einen magnetischen Schirm durch ein weichmagnetisches Material.In one embodiment, the DC line comprises an inner conductor, the plurality of wires 40 and from the inner insulation 36 is surrounded. To this isolation 36 are arranged annular cores, in total of an insulation 32 are surrounded and form an outer conductor. Inner and outer conductors have in total substantially the same cross-sectional area. Preferably, the cross-sectional area of a single wire core 40 the in-house management system 38 smaller than the cross-sectional area of a single wire core 40 the outside lead arrangement 34 , The individual wires of the inner and outer conductors thereby ensure a great flexibility of the DC line 22 , The line may additionally have an outer screen, that is to say an electric screen by means of, for example, an electrically conductive wire mesh, or a magnetic screen by a soft magnetic material.

Ziel des radialsymmetrischen Aufbaus der Leitung ist die möglichst vollständige Auslöschung der Magnetfelder, welche beim gegenläufigen Stromfluss durch den Innen- und Außenleiter auftreten, sodass im Idealfall keine Schirmung der Leitung erforderlich ist. Dadurch ist es möglich, die Gleichstromleitung durch den Fahrgastinnenraum zu verlegen, statt nur unterflur.The aim of the radially symmetrical structure of the line is the most complete possible extinction of the magnetic fields, which occur in the opposite current flow through the inner and outer conductors, so ideally no shielding of the line is required. This makes it possible to lay the DC power line through the passenger compartment, instead of just underground.

Somit ist also der Einsatz von koaxialen HV-Traktionsnetzleitungen im Kraftfahrzeug zur Verhinderung von durch Stromprofile erzeugten Magnetfeldern ermöglicht. Die Verlegung dieser koaxialen HV-Traktionsleitungen erfolgt im Fahrzeuginnenraum. Zusätzlich kann der Einsatz des Werkstoffs Aluminium neben Kupfer für die Leitungseinzellitzen vorgesehen sein.Thus, therefore, the use of coaxial HV traction power lines in the motor vehicle for preventing generated by current profiles magnetic fields is made possible. The laying of these coaxial HV traction cables takes place in the vehicle interior. In addition, the use of the material aluminum in addition to copper can be provided for the line Einzellitzen.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung in einem Kraftfahrzeug eine mehradrige koaxiale HV-Leitung crashsicher angeordnet werden kann.Overall, the example shows how a multicore coaxial HV line can be arranged crash-proof by the invention in a motor vehicle.

Claims

Motor vehicle ( 10 ) with a high-voltage on-board electrical system ( 20 ), which has a direct current line ( 22 ), which is adapted to a direct electrical current between an electrical energy source ( 18 ) of the motor vehicle ( 10 ) and at least one high-voltage electrical consumer ( 16 ) of the motor vehicle ( 10 ), characterized in that - the energy source ( 18 ) on one side of a passenger compartment ( 28 ) of the motor vehicle ( 10 ) and the at least one high-voltage consumer ( 16 ) on an opposite side of the passenger compartment ( 28 ) and the DC line ( 22 ) of the high-voltage vehicle electrical system ( 20 ) within the passenger compartment ( 28 ) and - the DC line ( 22 ) is designed as a coaxial cable and - wires ( 40 ) of the DC line ( 22 ) are made of aluminum or an aluminum alloy, and - a leading line arrangement ( 38 ) and a returning line arrangement ( 34 ) in each case several wire strands ( 40 ) and - in a cross section of the DC line ( 22 ) the wire cores ( 40 ) one of the line arrangements ( 34 ) annularly around the other line arrangement ( 38 ) are arranged and - an external insulation ( 32 ) and / or an inner insulation ( 36 ), which two in the DC cable ( 22 ) arranged electrical poles ( 34 . 38 ) isolated from each other, are formed from an electrically insulating material comprising polyurethane.

Motor vehicle ( 10 ) according to claim 1, wherein the DC line ( 22 ) in the vehicle vertical direction above a floor panel ( 30 ) of the motor vehicle ( 10 ) is arranged.

Motor vehicle ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the ratio of a surface of an in-line conductor cross-section ( 38 ) and a surface of an outer conductive cross-section ( 34 ) of the DC line ( 22 ) is in a range of 0.9 to 1.1, in particular 1.

Motor vehicle ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the direct current line ( 22 ) has an electrical and / or magnetic outer shield.

Motor vehicle ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the direct current line ( 22 ) is coupled to an electrical or electronic filter which is adapted to a ripple one in the DC line ( 22 ) reduced DC voltage.