DE102018208835A1

DE102018208835A1 - Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018208835A1
Application number: DE102018208835.7A
Authority: DE
Inventors: Kai Marschall; Julia Waltermann; Andreas Ruta; Maxim Gewailer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-06-05
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2019-12-05
Also published as: WO2019233824A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltsystem (1) in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Spannungsquelle und mindestens eine Hochvoltkomponente (3), die miteinander über zwei ungeschirmte Hochvoltleitungen (6) verbunden sind, wobei die Hochvoltkomponente (3) mit einer Karosserie (9) verbunden ist und/oder kapazitiv gekoppelt ist, wobei eine Beidrahtleitung (10) vorgesehen ist, die parallel zu den Hochvoltleitungen (6) geführt ist, wobei die Beidrahtleitung (10) zwischen den Hochvoltleitungen (6) angeordnet ist oder neben den beiden Hochvoltleitungen (6) angeordnet ist, wobei die Beidrahtleitung (10) auf einem Potential der Karosserie (9) liegt, wobei die Hochvoltleitungen (6) und die Beidrahtleitung (10) durch ein gemeinsames Ferrit-Element (11) geführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug.
Hochvoltsysteme in Kraftfahrzeugen weisen eine Spannungsquelle wie beispielsweise eine Hochvoltbatterie und mindestens eine Hochvoltkomponente auf, die beispielsweise einen Wechselrichter für eine Elektromaschine aufweist. Die Hochvoltbatterie und die Hochvoltkomponente sind über zwei Hochvoltleitungen miteinander verbunden. Dabei ist die Hochvoltkomponente mit der Karosserie verbunden, beispielsweise ist das Gehäuse mit der Karosserie als Masseverbindung verbunden. Darüber hinaus ist die Hochvoltkomponente beispielsweise die mit dem Wechselrichter verbundene Elektromaschine über parasitäre Kapazitäten kapazitiv mit der Karosserie gekoppelt. Diese kapazitive Kopplung kann Störströme zur Karosserie zur Folge haben. Diese Störströme bewirken Gleichtaktstörungen auf den Hochvoltleitungen. Dabei wirkt die aufgespannte Fläche zwischen den Hochvoltleitungen und der Karosserie wie eine Rahmenantenne, sodass Störstrahlung abgestrahlt wird. Eine Lösung wäre es, die Hochvoltleitungen zu schirmen, was aber aufwendig und teuer ist und die Handhabung der Hochvoltleitungen erschwert.
Aus der WO 2017/006497 A1 ist es bekannt, die Leitungen zwischen einem Wechselrichter und einer Elektromaschine zu schirmen.
Aus der JP 2006 080215 A ist eine ähnliche Anordnung bekannt, wobei zusätzlich vorgesehen ist, dass ein Ende der jeweiligen Schirmung über einen Draht nach Masse geführt wird, der durch einen Ferrit-Ring geführt ist.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug zu schaffen, das weniger Störstrahlung abstrahlt.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Hochvoltsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst das Hochvoltsystem in einem Kraftfahrzeug eine Spannungsquelle wie beispielsweise eine Hochvoltbatterie und mindestens eine Hochvoltkomponente, die miteinander über zwei ungeschirmte Hochvoltleitungen miteinander verbunden sind. Dabei ist die Hochvoltkomponente mit einer Karosserie verbunden und/oder ist mit der Karosserie kapazitiv gekoppelt. Dabei ist eine Beidrahtleitung vorgesehen, die parallel zu den Hochvoltleitungen geführt ist, wobei die Beidrahtleitung zwischen oder neben den beiden Hochvoltleitungen angeordnet ist. Dabei liegt die Beidrahtleitung auf einem Potential der Karosserie, wobei die Hochvoltleitungen und die Beidrahtleitung durch ein gemeinsames Ferrit-Element geführt sind. Über das Ferrit-Element werden die Gleichtaktstörungen auf den Hochvoltleitungen gegensinnig in die Beidrahtleitung gekoppelt, sodass ein gegensinniges Magnetfeld im Vergleich zu dem Magnetfeld der Hochvoltleitungen aufgebaut wird und dieses zumindest teilweise kompensiert, sodass die Störstrahlung reduziert wird. Dabei gilt, dass die Kompensation umso besser ist, desto dichter Beidrahtleitung und Hochvoltleitungen beieinander liegen. Dabei ergibt sich theoretisch, dass eine symmetrische Anordnung zwischen den beiden Hochvoltleitungen am besten ist. Allerdings hat dies Nachteile beim Handling, da die Hochvoltleitungen entsprechend steif sind, was dann durch die Beidrahtleitung noch verschlechtert wird. Alternativ kann daher die Beidrahtleitung auch neben den beiden Hochvoltleitungen geführt werden. Wie bereits erwähnt, sollte dabei der Abstand zwischen der Beidrahtleitung und der nächsten Hochvoltleitung so gering wie möglich sein, beispielsweise nicht größer als 2 bis 5 cm.
Das Ferrit-Element ist beispielsweise als Toroid ausgebildet.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Ferrit-Element in der Hochvoltkomponente angeordnet. Der Vorteil ist einerseits, dass in der Hochvoltkomponente das relativ schwere Ferrit-Element gut abgestützt werden kann und zum anderen das Ferrit-Element dicht an der Quelle des Störstromes ist.
In einer alternativen Ausführungsform ist das Ferrit-Element zwischen der Spannungsquelle (z. B. der Hochvoltbatterie) und der Hochvoltkomponente angeordnet. Hierdurch lässt sich ein bestehendes Hochvoltsystem leichter nachrüsten, da häufig der Bauraum in den Hochvoltkomponenten begrenzt ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Beidrahtleitung an mindestens einer der beiden Hochvoltleitungen befestigt, sodass der Abstand sehr gering ist (im Idealfall liegt nur die Isolierung der Hochvoltleitung zwischen den beiden Leitungen. Die Verbindung kann dabei durch Klebeband oder Clips realisiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform weist die Hochvoltkomponente einen Wechselrichter für eine Elektromaschine auf, da sich insbesondere dort das Problem der kapazitiven Störströme stellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1 ein Hochvoltsystem in einer ersten Ausführungsform und
2 ein Hochvoltsystem in einer zweiten Ausführungsform.

In der 1 ist ein Hochvoltsystem 1 in einem Kraftfahrzeug in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Das Hochvoltsystem 1 weist eine Hochvoltbatterie 2 und eine Hochvoltkomponente 3 auf. Die Hochvoltkomponente 3 weist einen Wechselrichter 4 sowie eine Elektromaschine 5 auf. Die Hochvoltbatterie 2 ist über zwei ungeschirmte Hochvoltleitungen 6 mit der Hochvoltkomponente 3, insbesondere dem Wechselrichter 4, verbunden, der dann die Gleichspannung in eine dreiphasige Wechselspannung für die Elektromaschine 5 wandelt bzw. umgekehrt eine dreiphasige Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt (z.B. im Rekuperationsbetrieb). Ein Gehäuse 7 der Hochvoltbatterie 2 und ein Gehäuse 8 der Hochvoltkomponente 3 sind mit einer Karosserie 9 des Kraftfahrzeugs als Masse verbunden. Weiter weist das Hochvoltsystem 1 eine Beidrahtleitung 10 auf, die parallel zwischen den beiden Hochvoltleitungen 6 angeordnet ist. Dabei ist die Beidrahtleitung 10 mit dem Gehäuse 7 der Hochvoltbatterie 2 und dem Gehäuse 8 der Hochvoltkomponente 3 verbunden, sodass die Beidrahtleitung 10 auf dem Potential der Karosserie 9 liegt. Weiter ist eine parasitäre Kapazität Cpar dargestellt, die die Elektromaschine 5 kapazitiv mit der Karosserie 9 koppelt, sodass Störströme zur Karosserie 9 fließen können. Schließlich weist das Hochvoltsystem 1 ein Ferrit-Element 11 auf, das zischen der Hochvoltbatterie 2 und der Hochvoltkomponente 3 angeordnet ist und durch das die beiden Hochvoltleitungen 6 und die Beidrahtleitung 10 geführt sind. Die Störströme erzeugen aufgrund der parasitären Kapazität Cpar ein Magnetfeld, das Gleichtaktstörimpulse auf den Hochvoltleitungen 6 erzeugt. Diese Gleichtaktstörimpulse erzeugen nun ebenfalls ein Magnetfeld, sodass ohne Gegenmaßnahmen die Hochvoltleitungen 6 mit der Karosserie 9 wie eine Rahmenantenne wirken. Dies wird nun durch die Beidrahtleitung 10 in Verbindung mit dem Ferrit-Element 11 kompensiert. Das Ferrit-Element 11 koppelt ein zu den Gleichtaktstörimpulsen gegensinniges Signal in die Beidrahtleitung 11, sodass das dadurch erzeugte Magnetfeld das Magnetfeld aufgrund der Gleichtaktstörimpulse auf den Hochvoltleitungen 6 kompensiert.
In der 2 ist eine alternative Ausführungsform eines Hochvoltsystems 1 dargestellt, wobei im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 das Ferrit-Element 11 in der Hochvoltkomponente 3 angeordnet ist. Weiter ist die Beidrahtleitung 10 neben den beiden Hochvoltleitungen 6 angeordnet, wobei die Abstand zwischen Beidrahtleitung 10 und Hochvoltleitung 6 möglichst gering ist, damit die Kompensation der Magnetfelder optimiert ist. Hierzu ist beispielsweise die Beidrahtleitung 10 auf eine nicht dargestellte Isolierung der unteren Hochvoltleitung 6 mittels Klebeband befestigt. Hinsichtlich der Wirkungsweise wird ansonsten auf die Ausführungen zu 1 Bezug genommen. Dabei sei angemerkt, dass die beiden Ausführungsformen auch kombiniert werden können, also beispielsweise das Ferrit-Element 11 außerhalb der Hochvoltkomponente 3 angeordnet sein kann oder aber das Ferrit-Element 11 innerhalb der Hochvoltkomponente 3, aber die Beidrahtleitung 10 zwischen den Hochvoltleitungen 6 angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/006497 A1 [0003]
JP 2006080215 A [0004]

Claims

Hochvoltsystem (1) in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Spannungsquelle und mindestens eine Hochvoltkomponente (3), die miteinander über zwei ungeschirmte Hochvoltleitungen (6) verbunden sind, wobei die Hochvoltkomponente (3) mit einer Karosserie (9) verbunden ist und/oder kapazitiv gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beidrahtleitung (10) vorgesehen ist, die parallel zu den Hochvoltleitungen (6) geführt ist, wobei die Beidrahtleitung (10) zwischen den Hochvoltleitungen (6) angeordnet ist oder neben den beiden Hochvoltleitungen (6) angeordnet ist, wobei die Beidrahtleitung (10) auf einem Potential der Karosserie (9) liegt, wobei die Hochvoltleitungen (6) und die Beidrahtleitung (10) durch ein gemeinsames Ferrit-Element (11) geführt sind.
Hochvoltsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrit-Element (11) als Toroid ausgebildet ist.
Hochvoltsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrit-Element (11) in der Hochvoltkomponente (3) angeordnet ist.
Hochvoltsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ferrit-Element (11) zwischen der Spannungsquelle und der Hochvoltkomponente (3) angeordnet ist.
Hochvoltsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beidrahtleitung (10) an mindestens einer der beiden Hochvoltleitungen (6) befestigt ist.
Hochvoltsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltkomponente (3) einen Wechselrichter (4) für eine Elektromaschine (5) aufweist.
Hochvoltsystem nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsquelle eine Hochvoltbatterie (2) ist.