DE102018120932B4

DE102018120932B4 - Kabelabschnitt, System und Verfahren zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Kabelabschnitt

Info

Publication number: DE102018120932B4
Application number: DE102018120932.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Döring
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2038-08-29
Also published as: DE102018120932A1

Abstract

Kabelabschnitt (2) zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend:- zumindest einen elektrischen Leiter (4), der entlang eines Überführungsbereichs (6) zumindest teilweise innerhalb einer Isolation (8) angeordnet ist,- zumindest ein an dem elektrischen Leiter (4) angeordnetes Kühlelement (10),- zumindest ein innerhalb eines Kontaktierungsbereichs (14) angeordnetes und mit dem elektrischen Leiter (4) verbundenes Kontaktierungsmittel (12),- wobei das Kontaktierungsmittel (12) an einer Verbindungsstelle (16) an ein Anschlussmittel (18) anordenbar ist,- wobei das Kühlelement (10) derart ausgebildet und an dem elektrischen Leiter (4) angeordnet ist, dass eine Abführung von an der Verbindungsstelle (16) erzeugter Verlustwärme maximierbar ist, um eine dauerhafte maximale Stromversorgung über den Kabelabschnitt (2) auch unter hoher Beanspruchung zu gewährleisten,- wobei ein Steckgehäuse (22) um den Kontaktierungsbereich (14) herum angeordnet ist,- und wobei entlang des elektrischen Leiters (4) das Verhältnis der Länge (L) des Kühlelementes (10) zum Abstand (A) zwischen dem Steckgehäuse (22) und dem Kühlelement (10) zumindest 2:1 beträgt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kabelabschnitt zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs sowie ein System und ein Verfahren zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Kabelabschnitt.
Die Druckschrift EP 1 876 051 A1 betrifft ein Verfahren zur Wärmeregelung einer elektrischen Speichervorrichtung, umfassend das Bestimmen einer Temperatur der elektrischen Speichervorrichtung mittels eines Temperatursensors und das Kühlen der elektrischen Speichervorrichtung bei Ermittlung einer Überschreitung einer Schwelltemperatur. Hierbei ist es die Aufgabe der betreffenden Druckschrift, ein effizienteres elektrisches Kühlsystem für eine Batterie zur Verfügung zu stellen. Diese Aufgabe wird hierbei gelöst, indem das Erhöhen einer der Speichervorrichtung zugeführten Menge an Kühlmittel bei Erhöhung der in der Speichervorrichtung gespeicherten elektrischen Ladung durch Bestimmung einer Schwellwerttemperatur in Abhängigkeit von einem Ladezustand (SOC) der elektrischen Speichervorrichtung durch Bezugnahme auf eine Nachschlagtabelle erfolgt.
Die Druckschrift US 9 941 558 B2 betrifft eine Temperaturkontrollvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie, umfassend eine Temperaturkontrollplatte, die zumindest zwei Reihen von Elementen aufweist. Jede der zumindest zwei Reihen von Elementen umfasst hierbei zumindest zwei Peltier-Elemente, wobei jedes Peltier-Element vorzugsweise eine erste Versorgungsverbindung und eine zweite Versorgungsverbindung zur Versorgung der Peltier-Elemente mit elektrischer Energie umfasst. Hierbei ist es die Aufgabe der betreffenden Druckschrift eine verbesserte Temperaturkontrollvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche durch verbesserte elektrische Verbindungen und ein einfaches Design eine kompakte Anordnung gewährleistet.
Die Druckschrift US 2013/0025295 A1 betrifft ein Temperaturkontrollelement sowie eine Temperaturkontrollvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise für ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug. Hierbei ist es die Aufgabe der genannten Druckschrift, ein verbessertes Temperaturkontrollelement sowie eine verbesserte Temperaturkontrollvorrichtung zur Verfügung zu stellen.
Die Druckschrift US 2009/0139781 A1 betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Betreiben eines Elektrofahrzeugs, umfassend eine Batterie zur Versorgung des Elektrofahrzeugs mit elektrischer Energie, einen elektrischen Motor zum Antrieb des Elektrofahrzeugs, eine erste Kontrolleinheit zur Kontrolle eines elektrischen Energieflusses zum Motor sowie einen ersten und einen zweiten Wärmeaustauschkreislauf, umfassend einen ersten und einen zweiten Wärmetauscher.
Systeme oder Verfahren zum Kühlen von Kabelabschnitten sind ferner aus den Druckschriften DE 10 2010 045 522 A1 , DE 10 2016 224 798 A1 , CN 107 240 455 A , DE 10 2016 224 103 A1 und US 2018/0191513 A1 bekannt.
Die genannten Kühlsysteme oder Verfahren sind entweder konstruktiv sehr aufwändig oder nicht in der Lage, selbst bei hoher Beanspruchung genügend Kühlleistung zu erbringen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben, insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes, leichtes und gleichzeitig effektives Kühlsystem bzw. Verfahren zur Kühlung während einer Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs zur Verfügung zu stellen.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch einen Kabelabschnitt zur Stromübertragung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein System zur Stromübertragung gemäß Anspruch 7 und ein Verfahren zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs gemäß Anspruch 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die technischen Merkmale, die zu dem erfindungsgemäßen Kabelabschnitt offenbart werden, gelten dabei auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Der erfindungsgemäße Kabelabschnitt zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs kann vorliegend vorzugsweise in einem Pkw oder einem Lastkraftwagen, aber auch in einem Bagger, einem Gabelstapler oder dergleichen eingesetzt werden.
Der erfindungsgemäße Kabelabschnitt zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs umfasst vorliegend zumindest einen elektrischen Leiter, der entlang eines Überführungsbereichs zumindest teilweise innerhalb einer Isolation angeordnet ist sowie zumindest ein an dem elektrischen Leiter angeordnetes Kühlelement. Ferner umfasst der erfindungsgemäße Kabelabschnitt zumindest ein innerhalb eines Kontaktierungsbereichs angeordnetes und mit dem elektrischen Leiter verbundenes Kontaktierungsmittel, wobei das Kontaktierungsmittel an einer Verbindungsstelle an ein Anschlussmittel anordenbar ist. Der erfindungsgemäße Kabelabschnitt zeichnet sich vorliegend dadurch aus, dass das Kühlelement derart ausgebildet und an dem elektrischen Leiter angeordnet ist, dass eine Abführung von an einer Verbindungsstelle erzeugter Verlustwärme maximierbar ist, um eine dauerhafte maximale Stromversorgung über den Kabelabschnitt auch unter hoher Beanspruchung zu gewährleisten.
Unter einer hohen Beanspruchung ist hierbei insbesondere eine hohe elektrische Beanspruchung zu verstehen, bei der sich der gegenständliche elektrische Leiter aufgrund der Leitung eines elektrischen Stroms sowie aufgrund des Temperatureintrags der Temperatur an der Verbindungsstelle stark erwärmt. Insbesondere an der Verbindungstelle ist der Widerstand und somit auch die in Wärme umgesetzte Verlustleitung sehr hoch.
Unter einem Kabelabschnitt ist im Rahmen der Erfindung ein Teil eines Kabels bzw. ein Abschnitt eines Kabels zu verstehen, wobei dieser auch zumindest teilweise die an das Kabel angeordneten Komponenten umfassen kann.
Ein Kraftfahrzeug umfasst hierbei insbesondere Elektrofahrzeuge bzw. Hybridfahrzeuge.
Der erfindungsgemäße elektrische Leiter kann vorliegend als Flachleiter, als Rundleiter als Litzenleiter oder dergleichen gebildet sein, wobei der Leiter zumindest teilweise aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere zumindest teilweise aus einem Eisenwerkstoff, zumindest teilweise aus einem Kupferwerkstoff oder zumindest teilweise aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet sein kann.
Im Hinblick auf eine Anwendung des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts in Elektro- oder Hybridfahrzeugen kann ferner insbesondere vorgesehen sein, dass die elektrischen Leitungen als Hochstromleitungen gebildet sind und eine Stromtragfähigkeit von zumindest 100 Ampere, vorzugsweise von zumindest 500 Ampere, insbesondere von zumindest 1000 Ampere aufweisen.
Die erfindungsgemäße Isolation dient hierbei vorzugsweise dem Zweck einer elektrischen Isolation. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Isolation zusätzlich zur elektrischen Isolation flexibel, aber zugleich biegefest ausgebildet ist, um beispielsweise eine einfache Verlegbarkeit des elektrischen Leiters innerhalb eines Kraftfahrzeugs zu gewährleisten. Da gängige elektrische Isolatoren aber auch geeignete Wärmeisolatoren darstellen, ist es im Hinblick auf eine effektive Wärmeabführung ferner denkbar, dass Teile der Isolation freigelegt sind, an denen das Kühlelement dann beispielsweise zur Kühlung des elektrischen Leiters bzw. der Kontaktstellen unmittelbar an den elektrischen Leiter angeordnet ist.
Die erfindungsgemäßen Kontaktierungsmittel zur Herstellung einer Verbindung des elektrischen Leiters mit einem Anschlussmittel können vorzugsweise lösbar oder aber auch unlösbar gebildet sein und insbesondere als Klemmen, Steckverbindungen, Kabelschuhe oder dergleichen gebildet sein. Die erfindungsgemäßen Anschlusselemente können derweil als Teile der Karosserie eines Kraftfahrzeugs oder auch als Stecker, Steckboxen, Steckgehäuse oder dergleichen gebildet sein.
Als Überführungsbereich wird im Rahmen der Erfindung der Bereich jenseits von einem Kontaktierungsbereich, vorzugsweise der unmittelbar an den Kontaktierungsbereich angeschlossene Bereich verstanden, der zur Führung bzw. zur Überführung des Leiters durch ein Fahrzeug bzw. durch die Karosserie eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
Als Kontaktierungsbereich wird ferner vorzugsweise der unmittelbar an den Überführungsbereich angeordnete und zur Kontaktierung des elektrischen Leiters mit einem Anschlussteil vorgesehene Bereich verstanden.
Als Verbindungsstelle wird im Rahmen der Erfindung der jenseits vom Überführungsbereich angeordnete Bereich des Kontaktierungsbereichs verstanden, an dem die Kontaktierungsmittel vorzugsweise mit dem Anschlussmittel in Kontakt stehen.
Im Rahmen einer einfach variierbaren und integrierbaren Ausführung des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts ist es denkbar, dass das Kühlelement unmittelbar auf der Isolation angeordnet ist. Unmittelbar bedeutet hierbei, dass das Kühlelement direkt bzw. kontaktierend auf der Isolation angeordnet ist. Vorzugsweise ist der elektrische Leiter hierbei ununterbrochen von einer durchgehenden Isolation umgeben. Hierbei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Isolation eine niedrige elektrische Leitfähigkeit, aber gleichzeitig eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Dies kann beispielsweise über die Verwendung eines wärmeleitfähigen Kunststoffes oder dergleichen als Isolation gewährleistet sein. Hierbei kann die erfindungsgemäße Isolation eine thermische Leitfähigkeit von zumindest 15 W/m·K, vorzugsweise zumindest 20 W/m·K, insbesondere zumindest 25 W/m·K besitzen. Hierdurch ist nicht nur eine elektrische Isolation, sondern auch eine hohe thermische Leitfähigkeit gegeben.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Isolation dem elektrischen Leiter eine mechanische Fixierung und Schutz vor Umwelteinflüssen bietet. Im Rahmen einer Verwendung eines wärmeleitfähigen Kunststoffes, kann beispielsweise aus Kostengründen auch nur ein Teil der Isolation, insbesondere der Teil der Isolation der an das Kühlelement angeordnet ist, in Form eines wärmeleitfähigen Kunststoffes gebildet sein.
Im Rahmen einer möglichst effektiven und gleichzeitig kompakten Ausführung des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts kann das Kühlelement ferner als thermoelektrisches Kühlelement, insbesondere als Peltier-Element gebildet sein. Im Rahmen einer möglichst effektiven Kühlung können hierbei insbesondere mehrere Peltier-Elemente, vorzugsweise in Reihe angeordnet sein, um die gewünschte Kühlleistung zu liefern. Ebenso können auch andere Kühlelemente, beispielsweise kupferbasierte Luftkühler oder Fluidkühler als Kühlelemente verwendet werden.
Im Hinblick auf eine kompakte Anordnung und eine effiziente Isolation kann ferner vorgesehen sein, dass der Kabelabschnitt ein Gehäuse aufweist, das vorzugsweise um das Kühlelement herum angeordnet ist. Das Gehäuse kann hierbei insbesondere zylinderförmig, kugelförmig, rechteckig oder quaderförmig oder dergleichen gebildet sein und eine elektrische Isolation nach außen gewähren. Beispielsweise kann das Gehäuse hierzu zumindest teilweise aus einem Kunststoff und/oder zumindest teilweise aus einer Keramik oder dergleichen gebildet sein.
Des Weiteren ist es ebenfalls denkbar, dass auch der Kontaktierungsbereich nach außen geschützt, insbesondere nach außen hin elektrisch isoliert ist. So weist der Kabelabschnitt ein Steckgehäuse auf, das um den Kontaktierungsbereich herum angeordnet ist. Ein solches ebenfalls zur elektrischen Isolation vorgesehenes Steckgehäuse kann hierbei ebenfalls zumindest teilweise aus Kunststoff und/oder zumindest teilweise aus einer Keramik oder dergleichen gebildet sein, um eine elektrische Isolation und einen Schutz der Verbindungsstelle vor Umwelteinflüssen zu bieten.
Um eine effektive und ausreichende Kühlung der Verbindungsstellen bieten zu können, ist der Kabelabschnitt derart gebildet, dass entlang des elektrischen Leiters das Verhältnis der Länge (L) des Kühlelementes zum (horizontalen) Abstand (A) zwischen dem Steckgehäuse und dem Kühlelement zumindest 2:1 beträgt. Vorzugsweise beträgt dieser Abstand zumindest 3:1, insbesondere zumindest 5:1. Ein derartiges Längenverhältnis der betreffenden Abschnitte bewirkt insbesondere eine äußerst effektive Abführung der Wärme an den Kontaktstellen.
Das Verhältnis der Länge (L) zum horizontalen Abstand (A) zwischen dem Steckgehäuse und dem Kühlelement entspricht hierbei ferner insbesondere einem Verhältnis der Länge (L) des entlang des elektrischen Leiters angeordneten Kühlelementes zum horizontalen Abstand (A') zwischen dem Kühlelement und der bzw. den Kontaktstellen von zumindest 1:3, vorzugsweise von zumindest 1:2, insbesondere von zumindest 1:1.
Im Rahmen einer besonders flexiblen Ausführung des Kabelabschnittes kann hierbei ferner vorgesehen sein, dass der Abstand (A bzw. A') und/oder die Länge des Kühlelementes (L) variierbar sind, insbesondere automatisch anpassbar sind. Hierbei kann der Abstand (A, bzw. A') und/oder die Länge (L) des Kühlelementes beispielsweise in Abhängigkeit des übertragenen oder zu übertragenen Stroms oder der in den Kontaktstellen ermittelten Temperatur variiert werden bzw. variierbar sein.
Im Rahmen einer kostengünstigen und kompakten Ausführung des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts kann weiterhin vorgesehen sein, dass neben einem ersten elektrischen Leiter zumindest ein zweiter elektrischer Leiter entlang eines Überführungsbereichs innerhalb der Isolation angeordnet ist. Hierbei kann im Rahmen einer separaten Spannungsrückführung der erste elektrische Leiter mit dem Pluspol und der zweite elektrische Leiter mit dem Minuspol ein und derselben Spannungsquelle verbunden sein, wobei die Verbindung hierbei direkt oder indirekt gebildet sein kann. Diese Ausführung kann insbesondere für Kraftfahrzeuge ohne Metallkarosserie, wie beispielsweise für Fahrzeuge mit Kunststoffkarosserien oder dergleichen vorgesehen sein. Ferner ist es beispielsweise bei einer Ausführung mit einer Masserückführung über die Karosserie denkbar, dass neben einem Anschluss an nur eine Spannungsquelle, auch ein Anschluss an zwei verschiedene Spannungsquellen vorgesehen ist, sodass ein erster elektrischer Leiter beispielsweise an den Pluspol einer ersten Spannungsquelle angeschlossen ist, wohingegen ein zweiter elektrischer Leiter an den Pluspol einer zweiten Batterie angeschlossen sein kann. Dies kann insbesondere bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen Kühlelementes bzw. des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts innerhalb eines Mehrspannungsbordnetzes eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen denkbar sein. Ferner ist es natürlich ebenfalls denkbar, auch mehr als zwei elektrische Leiter innerhalb des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts anzuordnen.
Im Hinblick auf eine kompakte Anordnung des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts kann ferner ein Sensor zur Bestimmung einer aktuellen Temperatur innerhalb des Kabelabschnitts vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Sensor hierbei als Temperatursensor, beispielsweise als Thermoelement oder dergleichen gebildet. Hierbei kann der Sensor entweder im Kontaktbereich angeordnet sein, sodass eine exakte Temperaturbestimmung an der Verbindungsstelle bzw. an den Verbindungsstellen gemessen werden kann oder auch im Bereich des Überführungsbereichs angeordnet sein, wobei die Temperatur an der Verbindungsstelle in diesem Fall dann angenähert wird und über die Temperatur im Überführungsbereich bestimmt werden kann. Des Weiteren kann der Sensor vorzugsweise in einer Detektionseinheit integriert sein. Ferner können auch mehrere Sensoren, insbesondere an verschiedenen Stellen des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts angeordnete Sensoren vorgesehen sein, wobei die Daten hierbei vorzugsweise auf Basis verschiedener Sensoren ermittelt werden und anschließend gemittelt und/oder gewichtet und/oder anderen statistischen Datenauswertungsmethoden unterworfen werden.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein System zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen voranstehend beschriebenen Kabelabschnitt, eine Detektionseinheit zur Ermittlung von Messwerten zu Bestimmungen einer aktuellen Temperatur an einer Verbindungsstelle, eine Verarbeitungseinheit zur Bestimmung eines Betriebs des Kühlelementes auf Basis der von der Detektionseinheit ermittelten Daten und eine Steuereinheit zur Steuerung eines Betriebs des Kühlelementes auf Basis des von der Verarbeitungseinheit ermittelten Betriebs. Die ermittelten Messwerte können hierbei die aktuellen Temperaturen an der bzw. an den Verbindungsstellen oder auch die Temperaturen entfernt von der bzw. von den Verbindungsstellen sein, über die dann auf die Temperaturen an der bzw. an den Verbindungsstellen geschlossen werden kann. Im Rahmen des gegenständlichen Systems können die einzelnen Systemkomponenten ferner vorzugsweise mittels einer Kommunikations-und Steuerleitung miteinander verbunden sein. Im Rahmen einer besonders flexiblen und einfach integrierbaren Ausführung des erfindungsgemäßen Systems können die einzelnen Systemkomponenten hierbei auch drahtlos, bzw. kontaktlos per Bluetooth, WLAN, NFC, Zigbee oder dergleichen miteinander verbunden sein. Auf diese Weise kann das System entweder an dem erfindungsgemäßen Kabelabschnitt bzw. in einem Kraftfahrzeug angeordnet oder auch entfernt von diesem, beispielsweise in eine Kontrolleinheit oder dergleichen integriert angeordnet sein.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Kraftfahrzeug, umfassend einen voranstehend beschriebenen Kabelabschnitt, insbesondere umfassend ein voranstehend beschriebenes System.
Des Weiteren wird vorliegend ein Verfahren zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs unter Schutz gestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst hierbei die Schritte eines Bereitstellens eines voranstehend beschriebenen Kabelabschnitts, eines Ermittelns von Messwerten zur Bestimmung einer aktuellen Temperatur an einer Verbindungsstelle mittels einer Detektionseinheit, eines Bestimmens eines Betriebs des Kühlelementes auf Basis der von der Detektionseinheit ermittelten Daten mittels einer Verarbeitungseinheit sowie eines Steuerns des Betriebes des Kühlelementes auf Basis der von der Verarbeitungseinheit ermittelten Betriebs mittels einer Steuereinheit. Hiermit weist das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile auf, wie sie bereits im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs bzw. im Rahmen des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts beschrieben worden sind, sodass zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung in Form einer Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kabelabschnitts gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
2 eine schematische Darstellung in Form einer Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kabelabschnitts gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung in Form einer Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kabelabschnitts gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Darstellung in Form einer Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Systems zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen erfindungsgemäßen Kabelabschnitt gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

1 zeigt eine schematische Darstellung in Form einer Schnittansicht eines Kabelabschnitts 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der Kabelabschnitt 2 weist hierbei einen Überführungsbereich 6 sowie einen Kontaktierungsbereich 14 auf und umfasst einen elektrischen Leiter 4, der sich entlang des Überführungsbereichs 6 erstreckt. Am Ende des Überführungsbereichs 6 ist ein Kontaktierungsmittel 12 an den elektrischen Leiter 4 angeordnet, das sich entlang des Kontaktierungsbereichs 14 erstreckt. Über das Kontaktierungsmittel 12 ist der elektrische Leiter 4 mit einem Anschlussmittel 18 verbunden und steht über eine Verbindungsstelle 16 unmittelbar mit dem Anschlussmittel 18 in Kontakt. Das Kontaktierungsmittel 12 ist hierbei formschlüssig, vorzugsweise kraftschlüssig, insbesondere stoffschlüssig mit dem elektrischen Leiter 4 verbunden und kann als Kabelschuh, Klemmverbinder, Kabelmuffe oder dergleichen gebildet sein. Der elektrische Leiter 4 ist vorliegend als Litzenleiter gebildet, kann aber ebenso als Flachleiter, Rundleiter oder dergleichen gebildet sein.
Der erfindungsgemäße Kabelabschnitt 2 umfasst ferner eine Isolation 8, die innerhalb eines Gehäuses 20 teilweise unterbrochen ist. An der unterbrochenen Stelle der Isolation 8 ist ein Kühlelement 10 entlang einer Länge L unmittelbar an dem elektrischen Leiter 4 angeordnet. Das vorliegend in Form von Peltier-Elementen gebildete Kühlelement dient hierbei der Kühlung des elektrischen Leiters, insbesondere der Kühlung der Verbindungsstelle 16, an der der elektrische Leiter 4 über das Kontaktierungsmittel 12 mit dem Anschlussmittel 18 in Kontakt steht. Die Verwendung von Peltier-Elementen als Kühlelement verspricht hierbei insbesondere eine einfache und kompakte Anordnung ohne notwendige Kältemittel, Kompressoren oder dergleichen. Im Rahmen einer anpassbaren Kühlleistung können hierbei prinzipiell beliebig viele Peltier-Elemente in Reihe verschaltet werden. Neben Peltier-Elementen können auch andere Kühlelemente verwendet werden, beispielsweise Kupferblöcke oder dergleichen.
Im Hinblick auf die Größe des Kühlelementes 10 beträgt das Verhältnis der Länge L des entlang des elektrischen Leiters 4 angeordneten Kühlelementes 10 zum horizontalen Abstand A zwischen dem Steckgehäuse 22 und dem Kühlelement 10 zumindest 2:1, was ein ausreichendes Kühlvermögen und somit eine ausreichende Stromversorgung auch unter hoher Leistungsbeanspruchung des betreffenden Kabelabschnitts 2 garantiert. Dies entspricht vorliegend einem Verhältnis zwischen der Länge L und dem horizontalen Abstand A' zwischen der Verbindungsstelle 16 und dem Kühlelement 10 von ca. 0,45.
Innerhalb des Gehäuses 20 ist ferner ein Sensor 26 unmittelbar an dem elektrischen Leiter 4 angeordnet. Der Sensor ist vorliegend in Form eines Temperatursensors gebildet und in der Lage die aktuelle Temperatur an der Kontaktstelle zum elektrischen Leiter 4 zu bestimmen. Aus der aktuellen Temperatur an der Kontaktstelle kann dann auf einfache Weise die Temperatur an der Verbindungsstelle 16 abgeschätzt werden.
Der Kabelabschnitt 2 weist ferner ein Steckgehäuse 22 auf, das vorzugsweise aus Kunststoff oder einer Keramik gebildet sein kann und vorliegend insbesondere zu Isolationszwecken um das Anschlussmittel 18, das Kontaktierungsmittel 12 sowie einen Teil des elektrischen Leiters 4 angeordnet ist.
Das Kühlelement 10 ist vorliegend derart ausgebildet und an dem elektrischen Leiter 4 angeordnet, dass eine Abführung von an der Verbindungsstelle 16 erzeugten Verlustwärme maximierbar ist, um eine dauerhafte maximale Stromversorgung über den Kabelabschnitt 2 auch unter hoher Beanspruchung zu gewährleisten.
Andernfalls müsste unter hoher Beanspruchung entweder die Leistung des betreffenden Systems reduziert werden oder die Kühleinrichtung größer dimensioniert werden, was ein höheres Gewicht des Systems bedeuten würde und somit nachteilig wäre.
2 zeigt eine schematische Darstellung in Form einer Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kabelabschnitts 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel ist das Kühlelement 10 vorliegend nicht unmittelbar an dem elektrischen Leiter 4, sondern unmittelbar an der Isolation 8 des elektrischen Leiters 4 angeordnet. Ferner ist auch der Sensor 26 zur Bestimmung einer aktuellen Temperatur innerhalb des Kabelabschnitts 2 nicht unmittelbar an dem elektrischen Leiter 4, sondern an der Isolation 8 des elektrischen Leiters 4 angeordnet.
Um selbst bei dieser Anordnung eine genügende Wärmeabfuhr auch bei hoher Leistungsbeanspruchung des elektrischen Leiters 4 zu gewährleisten, weist die Isolation 8 trotz elektrischer Isolation vorliegend eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Hierbei kann die erfindungsgemäße Isolation insbesondere in Form eines wärmeleitfähigen Kunststoffes ausgebildet sein, insbesondere mit einer thermischen Leitfähigkeit von zumindest 15 W/m·K, vorzugsweise von zumindest 20 W/m·K, insbesondere von zumindest 25 W/m·K. Hierdurch ist nicht nur eine elektrische Isolation, sondern auch eine hohe Kühlleistung gewährleistet.
3 zeigt eine schematische Darstellung in Form einer Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Kabelabschnitts 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Gemäß diesem dritten Ausführungsbeispiel sind innerhalb des Kabelabschnitts 2 zwei parallel zueinander verlaufende elektrische Leiter 4 angeordnet, die jeweils über ein Kontaktierungsmittel 12 an einer Verbindungsstelle 16 mit einem Anschlussmittel 18 verbunden sind. Im Gegensatz zu dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kabelabschnitts, sind die erfindungsgemäßen Sensoren 26 gemäß diesem Ausführungsbeispiel nicht innerhalb des Gehäuses 20 und unmittelbar an dem Kühlelement 10, sondern unmittelbar an der Verbindungsstelle 16 angeordnet, sodass eine direkte Temperaturmessung an der Verbindungsstelle 16 erfolgen kann. Ein derartiges Ausführungsbeispiel mit zwei elektrischen Leitern 4 bietet sich insbesondere für eine Ausführung einer Stromversorgung innerhalb eines Kraftfahrzeugs mit einer separaten Spannungsrückführung an, bei der der erste elektrische Leiter 4 mit dem Pluspol und der zweite elektrische Leiter 4 mit dem Minuspol ein und derselben Spannungsquelle verbunden sind. Ferner ist eine solche Ausführungsform für den Einsatz von Mehrspannungsbordnetzen denkbar, bei denen neben einem Anschluss an den Pluspol einer ersten Spannungsquelle, auch ein Anschluss an den Pluspol einer zweiten Spannungsquelle vorgesehen ist.
4 zeigt eine schematische Darstellung in Form einer Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen vorangehend beschriebenen Kabelabschnitt 2. Hierbei umfasst das gegenständliche System 1 neben einem Kabelabschnitt 2 eine Detektionseinheit 28 zur Ermittlung von Messwerten zur Bestimmung an aktuellen Temperatur an einer Verbindungsstelle 16, eine Verarbeitungseinheit 30 zur Bestimmung eines Betriebs des Kühlelementes 10 auf Basis der von der Detektionseinheit 28 ermittelten Daten und eine Steuereinheit 32 zur Steuerung eines Betriebs des Kühlelementes 10 auf Basis des von der Verarbeitungseinheit 30 ermittelten Betriebs.
Mittels der Anordnung einer Detektionseinheit 28, einer Verarbeitungseinheit 30 und einer Steuereinheit 32 ist es vorliegend insbesondere möglich, eine aktuelle Temperatur an einer Verbindungsstelle 16 zu ermitteln und einen Kühlvorgang mittels eines Kühlelementes 10 in Abhängigkeit der ermittelten aktuellen Temperatur an einer Verbindungsstelle 16 entsprechend zu steuern.
Im Rahmen einer effektiven Kommunikation und Steuerung können die einzelnen Systemkomponenten hierbei vorzugsweise mittels einer Kommunikations-und Steuerleitung 34 miteinander verbunden sein. Im Rahmen einer besonders flexiblen und einfach integrierbaren Ausführungen des erfindungsgemäßen Systems 1 können die einzelnen Systemkomponenten ferner auch drahtlos, bzw. kontaktlos per Bluetooth, WLAN, NFC, Zigbee oder dergleichen miteinander verbunden sein.
Bezugszeichenliste

1: System zur Stromübertragung
2: Kabelabschnitt
4: elektrischer Leiter
4': zweiter elektrischer Leiter
6: Überführungsbereich
8: Isolation
10: Kühlelement
12: Kontaktierungsmittel
14: Kontaktierungsbereich
16: Verbindungsstelle
18: Anschlussmittel
20: Gehäuse
22: Steckgehäuse
26: Sensor
28: Detektionseinheit
30: Verarbeitungseinheit
32: Steuereinheit
34: Kommunikations- und Steuerleitung
L: Länge
A: Abstand
A': Abstand

Claims

Kabelabschnitt (2) zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend: - zumindest einen elektrischen Leiter (4), der entlang eines Überführungsbereichs (6) zumindest teilweise innerhalb einer Isolation (8) angeordnet ist, - zumindest ein an dem elektrischen Leiter (4) angeordnetes Kühlelement (10), - zumindest ein innerhalb eines Kontaktierungsbereichs (14) angeordnetes und mit dem elektrischen Leiter (4) verbundenes Kontaktierungsmittel (12), - wobei das Kontaktierungsmittel (12) an einer Verbindungsstelle (16) an ein Anschlussmittel (18) anordenbar ist, - wobei das Kühlelement (10) derart ausgebildet und an dem elektrischen Leiter (4) angeordnet ist, dass eine Abführung von an der Verbindungsstelle (16) erzeugter Verlustwärme maximierbar ist, um eine dauerhafte maximale Stromversorgung über den Kabelabschnitt (2) auch unter hoher Beanspruchung zu gewährleisten, - wobei ein Steckgehäuse (22) um den Kontaktierungsbereich (14) herum angeordnet ist, - und wobei entlang des elektrischen Leiters (4) das Verhältnis der Länge (L) des Kühlelementes (10) zum Abstand (A) zwischen dem Steckgehäuse (22) und dem Kühlelement (10) zumindest 2:1 beträgt.
Kabelabschnitt (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (10) unmittelbar auf der Isolation (8) angeordnet ist.
Kabelabschnitt (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (10) zumindest ein thermoelektrisches Kühlelement aufweist.
Kabelabschnitt (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlelement (10) innerhalb eines Gehäuses (20) angeordnet ist.
Kabelabschnitt (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass neben einem ersten elektrischen Leiter (4), zumindest ein zweiter elektrischer Leiter (4') entlang des Überführungsbereichs (6) innerhalb einer Isolation (8) angeordnet ist.
Kabelabschnitt (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (26) zur Bestimmung einer aktuellen Temperatur innerhalb des Kabelabschnitts (2) vorhanden ist.
System (1) zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend: einen Kabelabschnitt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, eine Detektionseinheit (28) zur Ermittlung von Messwerten zur Bestimmung einer aktuellen Temperatur an einer Verbindungsstelle (16), eine Verarbeitungseinheit (30) zur Bestimmung eines Betriebs des Kühlelementes (10) auf Basis der von der Detektionseinheit (28) ermittelten Daten und eine Steuereinheit (32) zur Steuerung eines Betriebs des Kühlelementes (10) auf Basis des von der Verarbeitungseinheit (30) ermittelten Betriebs.
Kraftfahrzeug, aufweisend einen Kabelabschnitt nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
Verfahren zur Stromübertragung innerhalb eines Kraftfahrzeugs, aufweisend die Schritte: - Bereitstellen eines Kabelabschnitts (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - Ermitteln von Messwerten zur Bestimmung einer aktuellen Temperatur an einer Verbindungsstelle (16) mittels einer Detektionseinheit (28), - Bestimmen eines Betriebs des Kühlelementes (10) auf Basis der von der Detektionseinheit (28) ermittelten Daten mittels einer Verarbeitungseinheit (30), - Steuern eines Betriebs des Kühlelementes (10) auf Basis des von der Verarbeitungseinheit (30) ermittelten Betriebs mittels einer Steuereinheit (32).