DE102021205696A1

DE102021205696A1 - Traktionsnetz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102021205696A1
Application number: DE102021205696.2A
Authority: DE
Inventors: Benjamin Willmann; Sergio Badino; Guido Schneider
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-06-07
Filing date: 2021-06-07
Publication date: 2022-12-08
Also published as: CN115512888A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Traktionsnetz (1) in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend eine erste und eine zweite Traktionsleitung (2, 4), die jeweils eine isolierende Ummantelung (3, 5) aufweisen, wobei an den Traktionsleitungen (2, 4) mindestens eine Leiterschleife (6) mit mindestens einer Windung angeordnet ist, wobei die Traktionsleitungen (2, 4) und die mindestens eine Leiterschleife (6) elektrisch isoliert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Traktionsnetz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
Ein solches Traktionsnetz weist typischerweise eine Hochspannungsquelle und einen Wechselrichter auf, die durch Traktionsleitungen miteinander verbunden sind. Die Hochspannungsquelle ist beispielsweise eine Hochvoltbatterie. Insbesondere aufgrund von Schaltvorgängen des Wechselrichters kommt es zu Stromwelligkeiten auf den Traktionsleitungen, sodass zeitlich veränderliche Magnetfelder erzeugt werden, die aufgrund der insgesamt hohen Stromstärken relativ groß sind. Diese Magnetfelder können zu EMV-Beeinflussungen führen. Ein weiteres Problem ist das Induzieren von Strömen in die Karosserie, die dadurch erwärmt wird. Auch können dadurch aufgrund Magnetostriktion, Piezzo-Effekt oder Kraftwirkung Störgeräusche erzeugt werden.
Magnetfelder lassen sich durch permeable Materialien umleiten, die jedoch teuer sind und schnell in die Sättigung geraten. Andere Maßnahmen sind elektrische Abschirmungen oder eine Reduzierung des Abstandes zwischen den Traktionsleitungen. Abschirmbleche sind problematisch für die Fertigung und können darüber hinaus negative Auswirkungen auf das EMV-Verhalten des Fahrzeugs aufgrund von Resonanzeffekten haben. Der Abstand von den Traktionsleitungen kann aus Produktionsvorgaben und den Isolationsmaterialien nicht beliebig klein gewählt werden.
Aus der DE 10 2005 062 714 A1 ist ein Kabel mit mindestens einem ersten und einem zweiten Leiter bekannt, wobei der erste Leiter und der zweite Leiter jeweils eine Mehrzahl von isolierten Einzelkabeln aufweisen. Dabei sind mehrere Einzelkabel des ersten Leiters und/oder mehrere Einzelkabel des zweiten Leiters in einem Anfangsbereich und/oder in einem Endbereich des Kabels jeweils untereinander elektrisch leitend verbunden. Dabei ist mindestens ein Einzelkabel des ersten Leiters mindestens abschnittsweise direkt neben und im wesentlichen parallel zu mindestens einem Einzelkabel des zweiten Leiters angeordnet und bildet mit diesem eine Einzelkabelgruppe. Der erste und zweite Leiter des Kabels können dabei als Traktionsleitungen in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug verwendet werden.
Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Traktionsnetz zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln die Probleme aufgrund der durch die Traktionsleitungen induzierten Magnetfelder reduziert werden.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch ein Traktionsnetz mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Hierzu umfasst das Traktionsnetz in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug eine erste Traktionsleitung und eine zweite Traktionsleitung, die jeweils eine isolierende Ummantelung aufweisen. Dabei ist an den Traktionsleitungen mindestens eine Leiterschleife mit mindestens einer Wicklung angeordnet, wobei die Traktionsleitungen und die mindestens eine Leiterschlaufe elektrisch isoliert sind. Die Grundidee ist dabei, dass die wechselnden Magnetfelder einen Strom in der mindestens einen Leiterschleife erzeugen. Die resultierenden Magnetfelder der Leiterschleife sind den Magnetfeldern der Ströme in den Traktionsleitungen entgegengesetzt und schwächen diese ab. Die Anordnung der Leiterschleife relativ zu den Traktionsleitungen ist dabei abhängig, in welchem Bereich das resultierende Gesamtfeld minimiert werden soll. Im Vergleich zu anderen bekannten Maßnahmen ist die Verlegung einer Leiterschleife kostengünstig und einfach. Weiter lässt sich die Abschirmwirkung über den Querschnitt der Leiterschleife einstellen, wobei gilt, dass die Abschirmung bei größeren Querschnitten besser ist. Der Grund dafür ist der geringere ohmsche Widerstand, sodass die Ströme größer sind.
In einer Ausführungsform weist die Leiterschleife eine isolierende Ummantelung auf, sodass aufgrund der Ausgleichsströme keine elektrische Rückwirkung zu anderen Komponenten erfolgen kann.
In einer weiteren Ausführungsform liegt die mindestens eine Leiterschleife mindestens teilweise auf den Traktionsleitungen auf. Der Vorteil ist der sehr geringe Abstand sowie die sehr einfache Möglichkeit der Befestigung der Leiterschleife. So kann die Leiterschleife beispielsweise mittels Kabelbindern, Klebstoff oder Wickelband an den Traktionsleitungen befestigt werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Leiterschleife mindestens teilweise in die Ummantelung der Traktionsleitungen integriert. Dies optimiert den Bauraum und reduziert den Abstand zwischen Traktionsleitungen und Leiterschleife weiter.
In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine Leiterschleife zentrisch zu den Traktionsleitungen angeordnet. Zentrisch bedeutet dabei, dass die Verbindung zwischen dem Mittelpunkt einer Traktionsleitung zu einem Mittelpunkt der Leiterschleife parallel ist zu der Verbindung zwischen dem Mittelpunkt der anderen Traktionsleitung und dem Mittelpunkt des anderen Zweiges der Leiterschleife.
In einer weiteren Ausführungsform weist die mindestens eine Leiterschleife einen rechteckförmigen Querschnitt auf, was eine sehr flache kompakte Bauform ermöglicht.
In einer weiteren Ausführungsform sind mindestens zwei Leiterschleifen an den Traktionsleitungen angeordnet.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Leiterschleife aus Kupfer oder Aluminium, sodass aufgrund der hohen Leitfähigkeit die Ausgleichsströme entsprechend hoch sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Die Figuren zeigen:

1a einen Querschnitt durch ein Traktionsnetz in einer ersten Ausführungsform,
1b einen Querschnitt durch ein Traktionsnetz in einer zweiten Ausführungsform,
1c einen Querschnitt durch ein Traktionsnetz in einer dritten Ausführungsform,
1d einen Querschnitt durch ein Traktionsnetz in einer vierten Ausführungsform,
1e einen Querschnitt durch ein Traktionsnetz in einer fünften Ausführungsform,
1f einen Querschnitt durch ein Traktionsnetz in einer sechsten Ausführungsform,
1g einen Querschnitt durch ein Traktionsnetz in einer siebten Ausführungsform,
1h einen Querschnitt durch ein Traktionsnetz in einer achten Ausführungsform,
1i einen Querschnitt durch ein Traktionsnetz in einer neunten Ausführungsform,
2 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform gemäß 1c und
3 eine schematische Darstellung der Ströme.

In der 1a ist ein Querschnitt durch einen Teil eines Traktionsnetzes 1 in einer ersten Ausführungsform dargestellt. Das Traktionsnetz weist eine erste Traktionsleitung 2 mit einer isolierenden Ummantelung 3 und eine zweite Traktionsleitung 4 mit einer isolierenden Ummantelung 5 auf. Oberhalb der Traktionsleitungen 2, 4 ist eine Leiterschleife 6 angeordnet, die beispielsweise rechteckförmig ist (s. a. 2). Dabei ist die Leiterschleife 6 zentrisch zu den Traktionsleitungen 2, 4 angeordnet, d.h. eine Verbindungslinie V1 zwischen dem Mittelpunkt der ersten Traktionsleitung 2 und dem Mittelpunkt eines Schenkels der Leiterschleife 6 ist parallel zu einer Verbindungslinie V2 zwischen dem Mittelpunkt der zweiten Traktionsleitung 4 und einem anderen Schenkel der Leiterschleife 6. Dabei ist beispielsweise die erste Traktionsleitung 2 mit einem Pluspol einer Hochvoltbatterie verbunden und die zweite Traktionsleitung 4 ist mit einem Minuspol der Hochvoltbatterie verbunden. Die zeitlich veränderlichen Magnetfelder aufgrund der Stromwelligkeiten auf den Traktionsleitungen 2, 4 erzeugen Ausgleichsströme in der geschlossenen Leiterschleife 6. Die Ausgleichsströme rufen dann ebenfalls ein Magnetfeld hervor, das das Magnetfeld aufgrund der Ströme in den Traktionsleitungen 2, 4 abschwächt. Dabei ist schematisch ein Bereich B gezeigt, der vor Magnetfeldern abgeschirmt werden soll.
In der 1b ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, wobei der einzige Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 1a ist, dass die Leiterschleife 6 eine isolierende Ummantelung 7 aufweist. Auch hier ist die Leiterschleife 6 zentrisch zu den Traktionsleitungen 2, 4 angeordnet.
In der 1c ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, bei der die Leiterschleife 6 bzw. deren Ummantelung 7 auf den Traktionsleitungen 2, 4 bzw. deren Ummantelungen 3, 5 aufliegt. Dabei kann die Leiterschleife lose aufliegen oder aber befestigt sein, beispielsweise mit Klebstoff, Kabelbindern oder Wickelwand.
In der 1d ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei die Leiterschleife 6 nicht zentrisch angeordnet ist.
In der 1e ist eine weitere alternative Ausführungsform dargestellt, wobei die Leiterschleife 6 zwei Windungen aufweist, wobei die äußere Windung zentrisch angeordnet ist und auf den Traktionsleitungen 2, 4 aufliegt. Alternativ können auch zwei Leiterschleifen 6 mit jeweils einer Windung verwendet werden.
In den 1f und 1g sind weitere alternative Ausführungsformen dargestellt, wobei in 1f die Leiterschleife 6 teilweise und in 1g vollständig in die Traktionsleitungen 2, 4 bzw. genauer gesagt in deren Ummantelungen 3, 5 integriert ist. Dies kann beispielsweise während des Herstellungsprozesses der Ummantelungen 3, 5 erfolgen. Dabei sei angemerkt, dass in der Ausführungsform gemäß 1g die Ummantelung 7 auch entfallen kann.
In der 1h ist eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Querschnitt der Leiterschleife 6 nicht rund, sondern rechteckförmig ist, sodass eine sehr flache Bauform möglich ist.
In der 1i ist schließlich eine Ausführungsform mit zwei Leiterschleifen 6 dargestellt, die jeweils eine Windung aufweisen.
Alle gezeigten Varianten können für den jeweiligen Anwendungsfall hinsichtlich ihrer abschirmenden Wirkung gegenüber Magnetfeldern für die zu schützenden Bereiche vorteilhaft sein.
In der 2 ist eine Draufsicht auf die Ausführungsform gemäß 1c dargestellt.
In der 3 sind schließlich die Stromrichtungen der fließenden Ströme für eine Betriebssituation dargestellt. Dabei ist dargestellt, dass der Strom IL in der Leiterschleife 6 in den Abschnitten, die parallel zu den Traktionsleitungen 2, 4 sind, entgegengesetzt ist zu dem Strom I_T in den zugeordneten Traktionsleitungen 2, 4.
Bezugszeichenliste

1: Traktionsnetz
2: erste Traktionsleitung
3: Ummantelung
4: zweite Traktionsleitung
5: Ummantelung
6: Leiterschleife
7: Ummantelung
IL: Strom in der Leiterschleife
IT: Strom in der Traktionsleitung
V1, V2: Verbindungslinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005062714 A1 [0004]

Claims

Traktionsnetz (1) in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug, umfassend eine erste und eine zweite Traktionsleitung (2, 4), die jeweils eine isolierende Ummantelung (3, 5) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass an den Traktionsleitungen (2, 4) mindestens eine Leiterschleife (6) mit mindestens einer Windung angeordnet ist, wobei die Traktionsleitungen (2, 4) und die mindestens eine Leiterschleife (6) elektrisch isoliert sind.
Traktionsnetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife (6) eine isolierende Ummantelung (7) aufweist.
Traktionsnetz nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife (6) mindestens teilweise auf den Traktionsleitungen (2, 4) aufliegt.
Traktionsnetz nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife (6) mindestens teilweise in die Ummantelung (3, 5) der Traktionsleitungen (2, 4) integriert ist.
Traktionsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leiterschleife (6) zentrisch zu den Traktionsleitungen (2, 4) angeordnet ist.
Traktionsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Leiterschleife (6) einen rechteckförmigen Querschnitt aufweist.
Traktionsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Leiterschleifen (6) an den Traktionsleitungen (2, 4) angeordnet sind.
Traktionsnetz nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleife (6) aus Kupfer oder Aluminium ist.