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Vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Stromführung in einem Fahrzeug. Insbesondere wird eine Strombrücke gezeigt, die in einem Fahrzeug zwei Hochvolt-Komponenten elektrisch leitend miteinander verbindet.
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In Fahrzeugen mit rein elektrischem Antrieb oder Hybrid-Antrieb, kommen unterschiedliche Hochvolt(HV)-Komponenten zum Einsatz, die elektrisch leitend miteinander verbunden werden müssen. Zu diesen HV-Komponenten zählen beispielsweise die Traktionsbatterie und der elektrische Traktionsmotor. Im Stand der Technik werden die HV-Komponenten über Kabel miteinander verbunden. Diese Kabel müssen entweder selbsttragend oder mit entsprechenden Fixierungen zwischen den HV-Komponenten verlegt werden. Dabei ist der Übergang von karosseriefester Anbindung, beispielsweise der Traktionsbatterie, zu elastisch aufgehängten HV-Komponenten, beispielsweise dem Traktionsmotor, immer problematisch, da unter Berücksichtigung von Bauraum, Kosten und Gewicht eine dauerfeste und somit sichere Stromführung gewährleistet werden muss. Die Kabel werden dabei mit oder ohne Tüllrohre verlegt, wobei stets auf die zulässigen Biegeradien und die freien Längen für den Bewegungsausgleich zwischen den HV-Komponenten geachtet werden muss. Insbesondere dadurch, dass die HV-Komponenten relativ zueinander schwingen können, müssen die Steckkontakte, also die Anschlüsse der Kabel an den HV-Komponenten, für entsprechend hohe Belastungen und Mikrobewegungen ausgelegt werden.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Anordnung zur Stromführung in einem Fahrzeug anzugeben, die bei Bauraum und gewichtsoptimierter Konstruktion einen dauerhaft sicheren Betrieb des Fahrzeugs ermöglicht.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die unabhängigen Ansprüche, die abhängigen Ansprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Die Erfindung zeigt eine Anordnung zur Stromführung in einem Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um einen PKW oder LKW. Des Weiteren handelt es sich um ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb, entweder vollelektrisch oder als Hybridfahrzeug. Die Anordnung umfasst, als Bestandteile des Fahrzeugs, eine erste HV-Komponente und eine zweite HV-Komponente. Die Abkürzung „HV“ steht für „Hochvolt“, wobei die HV-Komponenten insbesondere mit mehr als 30 Volt (Wechselspannung) oder 60 Volt (Gleichspannung) betrieben werden. Bei den HV-Komponenten handelt es sich um eigenständige, im Fahrzeug angeordnete Komponenten, die stromleitend miteinander verbunden werden müssen. Dabei handelt es sich insbesondere um eine Hochvolt-Stromverbindung.
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Die Anordnung umfasst ferner zumindest eine Strombrücke, die die erste HV-Komponente stromleitend mit der zweiten HV-Komponente verbindet. Vorzugsweise ist die Strombrücke in zumindest einer HV-Komponente an eine Busbar angeschlossen. Die Busbar ist vorzugsweise flexibel, um eine Entkopplung zur Verbesserung der Akustik zu erreichen. Die Strombrücke ist biegesteif. Mit „biegesteif“ ist insbesondere das Gegensteil von „biegeschlaff“ beschrieben. Anstatt „biegesteif“ kann die Strombrücke auch als „nichtbiegeschlaff“ charakterisiert werden. Insbesondere beschreibt „biegesteif“, dass die Strombrücke kein Kabel ist, sondern ein steifes Element. Die Strombrücke erstreckt sich zwischen den beiden HV-Komponenten und kann dabei beliebig gebogen sein, wobei jedoch die Form der Strombrücke bei ihrer Herstellung festgelegt wird und nicht etwa erst beim Einbau der Strombrücke durch Biegen erzeugt wird, wie dies bei einem Kabel der Fall ist.
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In besonderer Ausführung ist vorgesehen, dass die Strombrücke dann biegesteif ist, wenn sie zwischen den beiden HV-Komponenten um höchstens 5%, vorzugsweise höchstens 2%, ihrer Länge durchhängt.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass sich die Strombrücke zwischen den beiden HV-Komponenten über eine Länge von zumindest 20 cm, vorzugsweise zumindest 30 cm, besonders vorzugsweise zumindest 40 cm, erstreckt.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strombrücke zwischen den beiden HV-Komponenten freitragend ist. Dies bedeutet, dass die Strombrücke lediglich mit den beiden HV-Komponenten verbunden ist und ansonsten nicht abgestützt ist.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die erste HV-Komponente eine Traktionsbatterie umfasst. Zusätzlich oder alternativ ist vorgesehen, dass die zweite HV-Komponente einen elektrischen Traktionsmotor umfasst. Der Traktionsmotor wird insbesondere zum Antrieb des Fahrzeugs verwendet. Der Traktionsmotor befindet sich vorzugsweise im Bereich der Vorderachse oder im Bereich der Hinterachse zwischen den beiden Rädern. Neben dem Traktionsmotor kann die zweite HV-Komponente eine Leistungselektronik, insbesondere einen Inverter, umfassen. Diese Leistungselektronik ist fest mit dem Traktionsmotor verbunden und der Anschluss der Strombrücke erfolgt insbesondere an der Leistungselektronik.
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Innerhalb des Fahrzeugs ist insbesondere vorgesehen, dass die beiden miteinander verbundenen HV-Komponenten relativ zueinander schwingen. Dementsprechend ist die erste HV-Komponente insbesondere zur karosseriefesten Anbindung im Fahrzeug ausgebildet und die zweite HV-Komponente ist zur karosserieelastischen Aufhängung im Fahrzeug ausgebildet.
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Besonders bevorzugt umfasst die hier beschriebene Anordnung auch die Karosserie des Fahrzeugs. Die erste HV-Komponente, insbesondere ausgebildet als Traktionsbatterie, ist dabei fest, d.h. nicht über gummielastische Lager, mit der Karosserie verbunden oder bildet sogar selbst einen tragenden Bestandteil der Karosserie. Die zweite HV-Komponente mit Traktionsmotor ist insbesondere über Gummilager mit der Karosserie verbunden. Dabei kann die zweite HV-Komponente auch gummielastisch oder steif an einem Hilfsrahmen angeordnet sein, wobei der Hilfsrahmen wiederum über entsprechende elastische Lager mit der Karosserie verbunden ist.
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Durch die Relativbewegung zwischen den beiden HV-Komponenten ergibt sich eine entsprechende Belastung der Strombrücke, die jedoch von der erfindungsgemäßen biegesteifen Strombrücke, im Vergleich zum herkömmlichen Kabel, weitaus besser aufgenommen werden kann.
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Die Erfindung umfasst ferner die bereits angesprochene Strombrücke, die im Folgenden weiter definiert wird. Die Strombrücke wird vorzugsweise in der oben beschriebenen Anordnung, also insbesondere zwischen den beiden beschriebenen HV-Komponenten, eingesetzt.
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Die Strombrücke umfasst einen ersten Anschluss zur stromleitenden Verbindung mit der ersten HV-Komponente und einen zweiten Anschluss zur stromleitenden Verbindung mit der zweiten HV-Komponente. Zwischen den beiden Anschlüssen erstreckt sich die Strombrücke in biegesteifer, also nicht biegeschlaff, mit zumindest einem Leiter.
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In bevorzugter Ausführung ist vorgesehen, dass die Strombrücke zwei parallele Leiter aufweist. Die beiden Leiter sind innerhalb der Strombrücke elektrisch voneinander isoliert. Die beiden Leiter sind insbesondere fest miteinander verbunden, so dass die beiden Leiter nicht relativ zueinander beweglich sind. Diese feste Verbindung der beiden Leiter erfolgt insbesondere über die Isolation. Bei dem parallelen Verlauf der beiden Leiter kann auf eine Abschirmung verzichtet werden. Wenn allerdings die einzelne Strombrücke nur einen Leiter aufweist, ist vorzugsweise eine Abschirmung um diesen Leiter vorgesehen.
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Gemäß einer ersten Variante weist die Strombrücke einen Träger auf, der sich parallel zu dem zumindest einen Leiter erstreckt. Dadurch erstrecken sich der Träger und der zumindest eine Leiter, vorzugsweise die beiden Leiter, zwischen den beiden Anschlüssen. Der Träger ist mit dem einen Leiter, vorzugsweise mit beiden Leitern, fest verbunden, so dass zwischen Träger und Leiter(n) keine Relativbewegung möglich ist.
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Insbesondere ist der Träger mit dem zumindest einen Leiter stoffschlüssig, insbesondere mittels eines isolierenden Kunststoffs verbunden.
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Vorzugsweise ist eine koaxiale Anordnung zweier Leiter mit einem umgebenden Träger, vorzugsweise ohne Abschirmung, vorgesehen. Dabei ist innerhalb der Strombrücke ein erster Leiter koaxial in einem zweiten Leiter angeordnet. Der zweite Leiter weist insbesondere einen ringförmigen Querschnitt auf. Zwischen den beiden Leitern befindet sich vorzugsweise eine Isolation. Der Träger ist ebenfalls im Querschnitt ringförmig und umgibt den zweiten Leiter koaxial. Vorzugsweise ist auch zwischen dem Träger und dem zweiten Leiter eine Isolation vorgesehen.
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Alternativ zu dieser runden koaxialen Ausgestaltung ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Träger im Querschnitt eine T-Form oder eine H-Form aufweist. Die beiden zugehörigen Leiter weisen vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf. Diese Querschnitte der Figuren eignen sich gut, um rechteckige Leiter innerhalb des Trägers anzuordnen.
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Alternativ zur Ausgestaltung der Strombrücke mit Träger, ist vorgesehen, dass die Strombrücke trägerlos ist. Dabei weist die Strombrücke zumindest einen, vorzugsweise zwei selbsttragende Leiter auf. Der zumindest eine selbsttragende Leiter ist insbesondere aus massivem Metall gefertigt und nicht etwa aus mehreren einzelnen Drähten oder Litzen.
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In der selbsttragenden Ausgestaltung sind die Leiter vorzugsweise ineinander verschachtelt. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, dass beide Leiter einen L-förmigen Querschnitt aufweisen oder dass zumindest einer der beiden Leiter einen U-förmigen Querschnitt aufweist.
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Insbesondere wird als verschachtelt angesehen, wenn sich die beiden Leiter bei Betrachtung in zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen überlappen.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strombrücke an zumindest einem der beiden HV-Komponenten mittels eines Schleifkontakts elektrisch leitend kontaktiert ist. Insbesondere wird diese Variante gewählt, wenn die Strombrücke einen Träger aufweist. Der Träger kann dabei auf beliebige Art mit der HV-Komponente verbunden werden. Die Stromübertragung erfolgt zwischen Leiter und Schleifkontakt, beispielsweise Bürste oder Kohle.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Strombrücke mit zumindest einer der beiden HV-Komponenten beweglich, insbesondere drehbar und/oder über ein Gummilager, verbunden ist. Insbesondere die drehbare Verbindung kann auch zwischen Leiter und Busbar in der HV-Komponente erfolgen und entsprechend elektrisch leitend ausgebildet werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Strombrücke an zumindest einer HV-Komponente durch eine entspreche Öffnung in einem Gehäuse der HV-Komponente in das Innere der HV-Komponente ragt und im Inneren der HV-Komponente der entsprechende elektrische Anschluss und/oder der entsprechende mechanische Anschluss erfolgt. An dieser Öffnung im Gehäuse der HV-Komponente ist vorzugsweise ein weicher, dichtender Kunststoff angeordnet, der die Strombrücke umgibt.
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Als Material für den zumindest einen Leiter in der Strombrücke wird vorzugsweise Metall, insbesondere Aluminium oder Kupfer, verwendet. Insbesondere ist der Leiter dabei massiv ausgebildet und nicht etwa durch mehrere einzelne Drähte oder Litzen gebildet.
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Als Material für den Träger kann Metall verwendet werden. Vorzugsweise wird hier jedoch Kunststoff, Keramik oder faserverstärkter Kunststoff eingesetzt.
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Die Erfindung umfasst ferner ein Fahrzeug, insbesondere ein Straßenfahrzeug. Das Fahrzeug umfasst zumindest eine der vorab beschriebenen Anordnungen, insbesondere mit zumindest einer der vorab beschriebenen Strombrücken. Die im Rahmen der Anordnung und/oder der Strombrücke beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und die zugehörigen Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das Fahrzeug.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung mit erfindungsgemäßer Strombrücke gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 2 bis 4 unterschiedliche Querschnitte der erfindungsgemäßen Strombrücke gemäß dem Ausführungsbeispiel;
- 5 und 6 unterschiedliche Möglichkeiten zur Anbindung der erfindungsgemäßen Strombrücke an einer HV-Komponente der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel,
- 7 und 8 unterschiedliche Ausgestaltungen der Anschlüsse der erfindungsgemäßen Strombrücke an der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel.
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Im Folgenden wird anhand der 1 bis 8 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung 100 zur Stromführung in einem Fahrzeug unter Verwendung einer Strombrücke 1 im Detail erläutert. Wie die schematische Darstellung in 1 zeigt, umfasst die Anordnung 100 eine erste HV-Komponente 101, ausgebildet als Traktionsbatterie und eine zweite HV-Komponente 102, ausgebildet als elektrischer Traktionsmotor. Die Anordnung 100 befindet sich innerhalb eines Fahrzeugs. Dabei ist die erste HV-Komponente 101 steif mit der Karosserie verbunden. Die zweite HV-Komponente 102 ist elastisch mit der Karosserie verbunden. Dadurch schwingen die beiden HV-Komponenten 101 und 102 relativ zueinander.
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Die zweite HV-Komponente 102, ausgebildet als Traktionsmotor, befindet sich zwischen zwei Antriebsachsen 103, die jeweils zu gegenüberliegenden Rädern des Fahrzeugs führen.
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Die elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden HV-Komponenten 101, 102 erfolgt über die Strombrücke 1. Die Strombrücke 1 ist, im Vergleich zu biegeschlaffen Kabeln, biegesteif ausgebildet und erstreckt sich zwischen den beiden HV-Komponenten 101, 102 freitragend, also ohne Abstützung.
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2 bis 4 zeigen unterschiedliche Querschnitte A-A der Strombrücke 1, wie sie im Ausführungsbeispiel angewendet werden können. Gemäß 2 weist die Strombrücke 1 einen Träger 5 in H-Form auf. Durch die H-Form weist der Träger 5 einen Steg 7 und zwei gegenüberliegende Gurte 8 auf. In den Freiräumen links und rechts des Steges 7 befinden sich zwei rechteckige Leiter 4. Die Leiter 4 sind hier über den Steg 7 und eine entsprechende Isolation 6 voneinander getrennt. Gleichzeitig wird die Isolation 6 dazu verwendet, die Leiter 4 und den Träger 5 untereinander derart zu verbinden, dass sie sich nicht relativ zueinander bewegen.
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3 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Strombrücke 1 mit koaxialer Anordnung der beiden Leiter 4 und des Trägers 5. In der Mitte befindet sich ein erster Leiter 4, der beabstandet von der Isolation 6 koaxial vom ringförmigen zweiten Leiter 4 umgeben ist. Radial außerhalb des zweiten Leiters 4 befindet sich wiederum eine Isolation 6 und auf der Außenseite der Strombrücke 1 der ringförmige Träger 5.
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Der Querschnitt gemäß 4 zeigt eine trägerlose Ausgestaltung der Strombrücke 1. Hierbei sind die beiden L-förmigen Leiter 4 ineinander verschachtelt, so dass sich eine sehr kompakte und gleichzeitig biegesteife Anordnung ergibt. Diese „Verschachtelung“ führt dazu, dass bei Betrachtung von zwei zueinander senkrechten Raumrichtungen (bezüglich 2 von links nach rechts und von oben nach unten) die beiden Leiter 4 überlappen.
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5 zeigt rein schematisch, dass die Strombrücke 1 über entsprechende Schwenkachsen 9 und/oder entsprechende elastische Lager mit der ersten HV-Komponente 101 und/oder der zweiten HV-Komponente 102 verbunden werden kann.
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6 zeigt gegenüber 5 eine alternative Anbindung der Strombrücke 1 an einer der beiden HV-Komponenten 101, 102. Demgemäß kann die Strombrücke 1 mit ihrem entsprechenden Anschluss 2, 3 auch steif angebunden werden. Da sich die beiden HV-Komponenten 101, 102 bei Betrieb des Fahrzeugs relativ zueinander bewegen, kommt es zu einer Biegebelastung und/oder Torsionsbelastung in der Strombrücke 1. Wie bereits ausführlich erläutert, ist die Strombrücke 1, im Vergleich zu einem biegeschlaffen Kabel, biegesteif. Sie kann aber durchaus so ausgebildet sein, dass eine steife Anbindung der Strombrücke 1 an den beiden HV-Komponenten 101, 102 möglich ist.
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7 zeigt rein schematisch, wie der Anschluss 2, 3 an der Strombrücke ausgebildet sein kann. Demgemäß ragen hier die beiden Leiter 4 in das Innere der entsprechenden HV-Komponente 101, 102. Beispielsweise über Löcher in den beiden Leitern 4 kann die mechanische und/oder elektrisch leitende Anbindung innerhalb der HV-Komponente 101, 102 erfolgen.
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8 zeigt rein schematisch eine weitere Variante, wie der Anschluss 2, 3 innerhalb der HV-Komponente 101, 102 ausgebildet werden kann. Die schematische Darstellung 8 zeigt den Anschluss 2, 3 in Seitenansicht und von oben. Die Strombrücke 1 umfasst hier den Träger 5 und die beiden Leiter 4, die zwischen zwei gegenüberliegende Schleifkontakte 10 innerhalb der HV-Komponente 101, 102 ragen. In der HV-Komponente 101, 102 sind die beiden Schleifkontakte 10 entsprechend mit einer Busbar oder einem ähnlichen Leiter verbunden. Die Strombrücke 1 kann beispielsweise um die Schwenkachse 9 drehbar angebunden sein und dabei können die Leiter 4 an den Schleifkontakten 10, beispielsweise ausgebildet als Kohlen, gleiten.
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Insbesondere die Anbindung der Strombrücke 1 an den beiden HV-Komponenten 101, 102 ist im Ausführungsbeispiel sehr schematisch dargestellt und zeigt in erster Linie, dass sehr unterschiedliche konstruktive Lösungen möglich sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Strombrücke
- 2
- erster Anschluss
- 3
- dritter Anschluss
- 4
- Leiter
- 5
- Träger
- 6
- Isolation
- 7
- Steg
- 8
- Gurte
- 9
- Schwenkachse
- 10
- Schleifkontakte
- 11
- Busbar
- 100
- Anordnung
- 101
- erste HV-Komponente
- 102
- zweite HV-Komponente
- 103
- Antriebsachsen
