DE102021209022A1

DE102021209022A1 - Road vehicle as well as electric line

Info

Publication number: DE102021209022A1
Application number: DE102021209022.2A
Authority: DE
Inventors: Tzeichoun Chalil; Richard Nöth
Original assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Current assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Priority date: 2021-08-17
Filing date: 2021-08-17
Publication date: 2023-02-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Straßenfahrzeug (4), insbesondere einen PKW, mit einem elektrischen Bordnetz (6), welches eine elektrische Leitung (8) aufweist, die zwei Komponenten zur Leistungsversorgung oder zur Datenübertragung miteinander verbindet, wobei die Leitung (8) zumindest einen Kohlenstoff-basierten elektrischen Leiter (16) aufweist.The invention relates to a road vehicle (4), in particular a passenger car, with an on-board electrical system (6) which has an electrical line (8) which connects two components for power supply or for data transmission, the line (8) having at least one carbon -based electrical conductor (16).

Description

Die Erfindung betrifft ein Straßenfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen mit einem elektrischen Bordnetz, welches eine elektrische Leitung aufweist, die zwei Komponenten zur Leistungsversorgung oder zur Datenübertragung miteinander verbindet.The invention relates to a road vehicle, in particular a passenger car, with an on-board electrical system that has an electrical line that connects two components for power supply or for data transmission.

Bei den beiden Komponenten handelt es sich beispielsweise um elektrische Verbraucher, Hochleistungsverbraucher mit einer Leistungsaufnahme von beispielsweise mehr als 1 kW, Steuergeräte, Komponenten eines elektrischen Antriebsstranges, wie beispielsweise ein Generator, eine Batterie, Wechselrichter, Antriebsmotoren etc. Bei den Komponenten handelt sich insbesondere um Teile eines Hochvolt-Bordnetzes. Hierunter wird verstanden, dass dieses (Teil-) Bordnetz eine Spannungsebene von zumindest 40 V und insbesondere von mehreren 100 V beispielsweise bis hin zu 1000 V aufweist. Bei derartigen Komponenten dient die elektrische Leitung zur Leistungsversorgung und ist zur Übertragung eines Stroms von mehreren Ampere bis hin zu mehreren 10 oder auch mehreren 100 A ausgebildet.The two components are, for example, electrical consumers, high-performance consumers with a power consumption of more than 1 kW, for example, control units, components of an electric drive train, such as a generator, a battery, inverters, drive motors, etc. The components are in particular Parts of a high-voltage vehicle electrical system. This means that this (partial) vehicle electrical system has a voltage level of at least 40 V and in particular of several 100 V, for example up to 1000 V. In such components, the electrical line is used for the power supply and is designed to transmit a current of several amperes up to several 10 or even several 100 A.

Daneben können als Komponenten auch Sensoren sowie Einheiten zur Datenbearbeitung oder Kommunikationseinheiten eingesetzt werden. In diesem Fall dient die Leitung zur Datenübertragung zwischen den beiden Komponenten.In addition, sensors and units for data processing or communication units can also be used as components. In this case, the line is used for data transmission between the two components.

Die einzelnen Komponenten sind dabei typischerweise jeweils in eigenen Gehäusen untergebracht und zueinander entfernt angeordnet, sodass über die elektrische Leitung, die die beiden Komponenten verbindet, eine Strecke von typischerweise mehr als einem halben Meter überbrückt werden muss.The individual components are typically housed in their own housing and arranged at a distance from one another, so that a distance of typically more than half a meter has to be bridged via the electrical line that connects the two components.

Speziell bei den Leitungen zur Leistungsversorgung, insbesondere in einem Hochvolt- oder auch Hochstrom-Bordnetz, bei dem die Leitungen für eine hohe Stromtragfähigkeit ausgebildet sein müssen, ist bei den üblicherweise eingesetzten Leitermaterialien, wie Kupfer und Aluminium, ein hoher Querschnitt erforderlich, was zu einem hohen Materialeinsatz und zu einem hohen Gewicht führt.Especially in the lines for power supply, especially in a high-voltage or high-current vehicle electrical system, in which the lines must be designed for a high current carrying capacity, a high cross-section is required for the conductor materials commonly used, such as copper and aluminum, which leads to a high use of materials and high weight.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für ein derartiges Bordnetz eines Straßenfahrzeugs, insbesondere für ein Hochvolt- und Hochstrom-Bordnetz eine elektrische Leitung zur Verfügung stellen, welche eine gute elektrische Leitfähigkeit bei geringem Gewicht zeigt.Proceeding from this, the object of the invention is to provide an electrical line for such an on-board network of a road vehicle, in particular for a high-voltage and high-current on-board network, which has good electrical conductivity at low weight.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Straßenfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen, mit einem elektrischen Bordnetz, welches eine elektrische Leitung aufweist, die zwei zueinander entfernte Komponenten speziell zur Leistungsversorgung, alternativ auch zur Datenübertragung miteinander verbindet. Die Leitung weist hierbei zumindest einen Kohlenstoff-basierten elektrischen Leiter auf.The object is achieved according to the invention by a road vehicle, in particular a passenger car, with an electrical system that has an electrical line that connects two remote components specifically for power supply, alternatively also for data transmission. In this case, the line has at least one carbon-based electrical conductor.

Zur Ausbildung des Kohlenstoff-basierten elektrischen Leiters weist dieser dabei bevorzugt Kohlenstofffasern, Graphen, auch Graphenoxid oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen auf.To form the carbon-based electrical conductor, it preferably has carbon fibers, graphene, also graphene oxide or small carbon nanotubes.

Unter „Kohlenstoff-basierte elektrische Leiter“ wird allgemein ein Leiter verstanden, welcher als elektrisch leitfähiges Material Kohlenstoff in einer geeigneten Form aufweist. Dieses wird nachfolgend auch als Kohlenstoff-haltiges oder Kohlenstoff-basiertes Material bezeichnet. Hierzu zählen eben die genannten Kohlenstoff-Fasern, speziell die Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder auch Leiter mit Graphen als leitfähiges Material.“Carbon-based electrical conductors” is generally understood to mean a conductor that has carbon in a suitable form as the electrically conductive material. This is also referred to below as carbon-containing or carbon-based material. These include the carbon fibers mentioned, especially the carbon nanotubes or conductors with graphene as the conductive material.

Derartige Kohlenstoff-basierte elektrische Leiter und ihre Herstellung sind grundsätzlich bekannt. Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist nunmehr vorgesehen, dass bei einer herkömmlichen Fahrzeugverkabelung die üblicherweise eingesetzten CU- oder Al-Leiter zumindest teilweise ersetzt werden durch derartige Kohlenstoff-basierte elektrische Leiter.Such carbon-based electrical conductors and their production are known in principle. In the embodiment according to the invention, it is now provided that in conventional vehicle wiring, the CU or Al conductors usually used are at least partially replaced by such carbon-based electrical conductors.

Allgemein wird die durch die Leitung bereitgestellte Leitfähigkeit vorzugsweise zu einem größten Teil (mehr als 50 %, insbesondere mehr als 75%) oder auch vollständig durch das Kohlenstoff-basierte Material bereitgestellt.In general, the conductivity provided by the line is preferably provided largely (more than 50%, in particular more than 75%) or even completely by the carbon-based material.

Der besondere Vorteil macht sich insbesondere bei den vergleichsweise dicken und schweren herkömmlichen Leitungen eines HV-Bordnetzes bemerkbar. Kohlenstoff-basierte Leiter weisen nämlich bei einer hohen elektrischen Leitfähigkeit ein geringes spezifisches Gewicht auf. So weist beispielsweise Graphen eine bis zu 1,5 mal bessere Leitfähigkeit als Kupfer auf. Diese höhere Leitfähigkeit führt zu geringeren Abwärmeverlusten und damit zu einer geringeren Temperaturbelastung. Gleichzeitig ist die Temperaturbeständigkeit eines solchen Kohlenstoff-basierten elektrischen Leiters deutlich höher. So liegt der Schmelzpunkt bei Graphen beispielsweise bei über 3000 °C, wohingegen er bei Kupfer bei 1000 °C und bei Aluminium lediglich bei etwa 600 °C liegt. Eine temperaturbedingte Zunahme des elektrischen Widerstandes ist daher deutlich geringer als bei den herkömmlichen metallischen Leitern. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist in dem sehr geringen spezifischen Gewicht der Kohlenstoff-basierten elektrischen Leiter zu sehen. So weist beispielsweise Graphen lediglich 1/6 des spezifischen Gewichts von Kupfer auf. Schließlich zeichnet sich ein derartiger Kohlenstoff- basierter Leiter auch dadurch aus, dass er keine Korrosion zeigt.The special advantage is particularly noticeable with the comparatively thick and heavy conventional lines of a HV vehicle electrical system. This is because carbon-based conductors have a low specific weight with high electrical conductivity. For example, graphene has up to 1.5 times better conductivity than copper. This higher conductivity leads to lower waste heat losses and thus to a lower temperature load. At the same time, the temperature resistance of such a carbon-based electrical conductor is significantly higher. For example, the melting point of graphene is over 3000 °C, while that of copper is 1000 °C and that of aluminum is only around 600 °C. A temperature-related increase in electrical resistance is therefore significantly lower than with conventional metallic conductors. Another decisive advantage can be seen in the very low specific weight of the carbon-based electrical conductors. For example, graphene has a specific gravity that is only 1/6 that of copper. Finally draw Such a carbon-based conductor is also distinguished by the fact that it does not show any corrosion.

Dies führt dazu, dass speziell auf dem Gebiet des Kraftfahrzeug-Bordnetzes mit derartigen Kohlenstoff-basierten Leitern als Ersatz für bisher eingesetzte Kupfer- oder Aluminium Leiter deutliche Vorteile erzielt werden können.As a result, significant advantages can be achieved, especially in the field of motor vehicle on-board electrical systems, with such carbon-based conductors as a replacement for the copper or aluminum conductors previously used.

Der Kohlenstoff-basierte elektrische Leiter kann dabei grundsätzlich unterschiedlich ausgebildet sein. In der Regel weist er zumindest einen Strang auf, welcher Kohlenstoff-basiertes leitfähiges Material aufweist, also beispielsweise Kohlenstofffasern, Graphen oder die Kohlenstoff-Nanoröhrchen, auch Nanotubes genannt. Diese Fasern, Nanoröhrchen oder auch Graphen-Leitelemente bilden dabei jeweils einzelne Leiterstränge aus. Üblicherweise weist der elektrische Leiter dabei eine Vielzahl derartiger einzelner Leiterstränge aufIn principle, the carbon-based electrical conductor can be designed differently. As a rule, it has at least one strand which has carbon-based conductive material, for example carbon fibers, graphene or the carbon nanotubes, also called nanotubes. These fibers, nanotubes or graphene conductive elements each form individual conductor strands. The electrical conductor usually has a large number of such individual conductor strands

Diese sind dabei bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet. Alternativ hierzu können sie auf unterschiedlichste Weise miteinander verbunden sein, beispielsweise in Form eines losen Bündels, miteinander verlitzt, verseilt, oder sie sind mithilfe von textilen Herstellungsmethoden, wie Nähen, Spinnen, Weben etc. zu textilen Gebilden, wie ein Band, ein Gewebe, ein Geflecht etc. miteinander verbunden.These are preferably aligned parallel to one another. Alternatively, they can be connected to one another in a wide variety of ways, for example in the form of a loose bundle, stranded or stranded together, or they can be made into textile structures such as a ribbon, a fabric, a braid etc. connected together.

Der zumindest eine Strang besteht dabei vorzugsweise gemäß einer Ausführungsvariante aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet sind. Diese können ein oder auch mehrwandig ausgebildet sein.According to one embodiment variant, the at least one strand preferably consists of carbon nanotubes, which are preferably aligned parallel to one another. These can be single-walled or multi-walled.

Alternativ besteht der zumindest eine Strang aus ein oder mehreren Lagen Graphen. Diese Lagen sind beispielsweise auf einem geeigneten Trägermaterial aufgebracht.Alternatively, the at least one strand consists of one or more layers of graphs. These layers are applied to a suitable carrier material, for example.

Bevorzugt ist der zumindest eine Strang durch eine Komprimierung von Graphen-Partikeln hergestellt. Die einzelnen Graphen-Partikel sind daher miteinander verpresst, sodass dadurch auch die Leitfähigkeit verbessert ist.The at least one strand is preferably produced by compressing graphene particles. The individual graphene particles are therefore pressed together, which also improves conductivity.

Der zumindest eine Strang kann vorzugsweise aus einem hybriden Material bestehen, welches das Kohlenstoff-basierte Material aufweist, insbesondere Nanoröhrchen oder Graphen, kombiniert mit weiteren Materialien, beispielsweise Metalle oder auch Polymere. Diese weiteren Materialien können dabei als Träger für das Kohlenstoff-basierte Material dienen. Bei der Verwendung eines Polymers als zusätzliche Material ist das Kohlenstoff-basierte Material insbesondere in diesem Polymer eingebettet, sodass das Polymer insgesamt leitfähig ist.The at least one strand can preferably consist of a hybrid material, which has the carbon-based material, in particular nanotubes or graphene, combined with other materials, for example metals or polymers. These further materials can serve as carriers for the carbon-based material. When using a polymer as an additional material, the carbon-based material is particularly embedded in this polymer, so that the polymer as a whole is conductive.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der zumindest eine Strang durch eine Schichtstruktur bestehend aus Kohlenstoff-basierten Leitschichten und Substratschichten gebildet. Unter Kohlenstoff-basierten Leitschichten werden hierbei Schichten verstanden, die aus einem Kohlenstoff-basierten Material bestehen, insbesondere handelt sich hierbei um Graphen.In a preferred configuration, the at least one strand is formed by a layer structure consisting of carbon-based conductive layers and substrate layers. Carbon-based conductive layers are understood here to mean layers that consist of a carbon-based material, in particular graphene.

Bei den Substratschichten handelt es sich vorzugsweise um leitende Schichten aus Metall, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer. Die Substratschichten bilden insoweit eine Art Trägerschicht für das Kohlenstoff-basierte Material, speziell Graphen. Eine derartige Schichtstruktur vereint daher eine gute Herstellbarkeit eines Graphen-basierten Leiters mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit, da auch die Trägerschichten für das Graphen selbst elektrisch leitfähig sind.The substrate layers are preferably conductive layers of metal such as aluminum or copper. To this extent, the substrate layers form a type of carrier layer for the carbon-based material, specifically graphene. Such a layer structure therefore combines good manufacturability of a graphene-based conductor with high electrical conductivity, since the carrier layers for the graphene themselves are electrically conductive.

Bevorzugt ist eine Schichtstruktur aus Kohlenstoff-basierten Leitschichten und Substratschichten ausgebildet, wobei die Schichtstruktur gewickelt ist und weiter bevorzugt insgesamt von einem Isoliermantel umgeben ist. Dadurch ist quasi eine herkömmliche Mantelleitung, speziell einadrige Mantelleitung nachgebildet. Die Schichtstruktur bildet daher einen Leiterkern, welcher von dem Isolationsmantel umgeben ist. Die Schichtstruktur kann die zuvor beschriebene Abfolge von metallischen Substratschichten und den Kohlenstoff-basierten Leitschichten aufweisen.A layered structure is preferably formed from carbon-based conductive layers and substrate layers, the layered structure being wound and more preferably being surrounded overall by an insulating jacket. As a result, a conventional sheathed cable, specifically a single-core sheathed cable, is simulated. The layered structure therefore forms a conductor core which is surrounded by the insulating jacket. The layer structure can have the previously described sequence of metallic substrate layers and the carbon-based conductive layers.

Bei derartigen Kohlenstoff-basierten Leitschichten mit Graphen als leitfähiges Material wird diese Graphenschicht beispielsweise durch Abscheidung, durch Aufbringung von Pulver, durch Bedrucken, Lackieren, Beschichten, Besprühen etc. auf einem Träger, beispielsweise eine Substratschicht, aufgebracht.In the case of such carbon-based conductive layers with graphene as the conductive material, this graphene layer is applied to a carrier, for example a substrate layer, for example by deposition, by application of powder, by printing, painting, coating, spraying etc.

Alternativ zu dieser Ausgestaltung als (gewickelter) Rundleiter ist der elektrische Leiter nach Art eines Flachleiters und die Leitung bevorzugt nach Art eines Flachbandkabels ausgebildet. Insbesondere wird hierzu die zuvor beschriebenen Schichtstruktur herangezogen, jedoch ohne dass diese gewickelt wird.As an alternative to this configuration as a (wound) round conductor, the electrical conductor is designed in the manner of a flat conductor and the line is preferably designed in the manner of a flat ribbon cable. In particular, the layer structure described above is used for this purpose, but without it being wound.

Die Schichtstruktur wird vorzugsweise durch Verpressen hergestellt, sodass die einzelnen Schichten möglichst kompakt miteinander verbunden sind.The layered structure is preferably produced by pressing, so that the individual layers are connected to one another as compactly as possible.

In bevorzugter Ausgestaltung weist der Kohlenstoff-basierte elektrische Leiter mehrere einzelne Leiterstränge aus dem Kohlenstoff-basierten Material auf. Speziell handelt sich bei den Leitersträngen um Kohlenstoff-Fasern, speziell Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Zwischenräume zwischen den einzelnen Leitersträngen sind vorzugsweise mit einem Phasenwechselmaterial ausgefüllt. Insgesamt weist daher der elektrische Leiter eine Kombination aus Kohlenstoff-basiertem Material und Phasenwechselmaterial auf. Phasenwechselmaterial zeichnet sich dadurch aus, dass es bei Erreichen einer bestimmten Temperatur seine Phase wechselt, insbesondere von fest zu flüssig und dabei Wärme aufnimmt. Es handelt sich daher um einen latenten Wärmespeicher. Dies führt dazu, dass im Betrieb bei Erreichen einer bestimmten Temperatur der elektrische Leiter zunächst nicht weiter erwärmt wird, sodass also insgesamt die Temperaturbelastung nicht weiter ansteigt.In a preferred configuration, the carbon-based electrical conductor has a number of individual conductor strands made from the carbon-based material. Specifically, the conductor strands are carbon fibers, specifically carbon nanotubes. Spaces between the individual strands of conductors are preferably phased exchange material filled out. Overall, therefore, the electrical conductor has a combination of carbon-based material and phase change material. Phase change material is characterized by the fact that it changes its phase when a certain temperature is reached, in particular from solid to liquid and absorbs heat in the process. It is therefore a latent heat accumulator. As a result, when a certain temperature is reached during operation, the electrical conductor is initially not heated any further, so that overall the temperature load does not increase any further.

Als Phasenwechselmaterial sind unterschiedliche Materialien grundsätzlich bekannt, die vorliegend eingesetzt werden können. Beispielsweise wird Paraffin als Phasenwechselmaterial eingesetzt. Ein derartiger Aufbau mit Phasenwechselmaterial wird insbesondere für eine Hochvolt- oder Hochstrom-Leitung eingesetzt, die zur Übertragung von hohen Leistungen von mehreren 10 kW oder auch 100 kW ausgebildet ist.Different materials are fundamentally known as phase change material and can be used in the present case. For example, paraffin is used as a phase change material. Such a structure with phase change material is used in particular for a high-voltage or high-current line that is designed to transmit high power of several 10 kW or even 100 kW.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Straßenfahrzeug ein Trägerbauteil auf, welches Teil einer mechanischen Tragstruktur oder einer Verkleidung ist oder welches ein Gehäuse einer elektrischen Komponente ist. Der Kohlenstoff-basierte Leiter ist bevorzugt auf diesem Trägerbauteil angebracht. Der Leiter ist daher ein integrierter Bestandteil dieses Trägerbauteils. Bei der elektrischen Komponente handelt sich beispielsweise um Komponenten eines elektrischen Antriebsstranges, wie beispielsweise Batterie, Generator, Motor, Wechselrichter etc. Speziell handelt sich um eine Batterie, bei der zur Verschaltung der einzelnen Batteriezellen die einzelnen Leiter auf einem Modulträger ausgebildet sind, über die die jeweiligen Pole der Batteriezellen elektrisch kontaktiert sind.According to a preferred embodiment, the road vehicle has a carrier component which is part of a mechanical support structure or a paneling or which is a housing for an electrical component. The carbon-based conductor is preferably attached to this carrier component. The conductor is therefore an integral part of this support component. The electrical component is, for example, components of an electric drive train, such as battery, generator, motor, inverter, etc. Specifically, it is a battery in which the individual conductors are formed on a module carrier for interconnecting the individual battery cells, via which the respective poles of the battery cells are electrically contacted.

Das unmittelbare Aufbringen auf einem solchen Trägerbauteil weist den Vorteil auf, dass das Kohlenstoff-basierte Material direkt aufgebracht werden kann. So wird beispielsweise Graphen unmittelbar auf dieses Trägerbauteil aufgebracht. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, dass die zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des elektrischen Leiters, speziell beispielsweise die Ausgestaltung mit der Schichtstruktur, auf das Trägerbauteil gebracht werden.Direct application to such a carrier component has the advantage that the carbon-based material can be applied directly. For example, graphene is applied directly to this carrier component. Alternatively, however, there is also the possibility that the configurations of the electrical conductor described above, specifically, for example, the configuration with the layer structure, are brought onto the carrier component.

Das Trägerbauteil besteht vorzugsweise aus einem Isoliermaterial oder weist zumindest an seiner Außenseite ein Isoliermaterial auf. Bei dem Trägerbauteil handelt es sich beispielsweise um eine Türverkleidung, um eine Verkleidung des Dachhimmels, ein Armaturenbrett oder um sonstige Verkleidungsteile innerhalb des Fahrzeugs. Alternativ hierzu handelt es sich um eine Tragstruktur, beispielsweise ein Karosseriebauteil, wie beispielsweise ein Tragblech oder auch Tragholme, wie beispielsweise Längsschweller innerhalb des Fahrzeugs.The carrier component preferably consists of an insulating material or has an insulating material at least on its outside. The carrier component is, for example, a door panel, a panel for the roof liner, a dashboard or other panel parts inside the vehicle. As an alternative to this, it is a support structure, for example a body part, such as a support plate or also support beams, such as longitudinal rocker panels inside the vehicle.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der Kohlenstoff-basierte Leiter mittels eines Klebeelements, speziell Klebebandes auf dem Trägerbauteil angebracht. Diese Ausgestaltung wird insbesondere bei der Verwendung von Graphen herangezogen. Das Graphen klebt dabei auf der Klebeschicht und bildet somit eine leitfähige Schicht (Leitschicht).In a preferred embodiment, the carbon-based conductor is attached to the carrier component by means of an adhesive element, specifically adhesive tape. This refinement is used in particular when using graphs. The graphene sticks to the adhesive layer and thus forms a conductive layer (conductive layer).

In bevorzugter Ausgestaltung sind auf dem Klebeelement mehrere Schichten nebeneinander oder auch übereinander als Schichtstruktur ausgebildet. Die einzelnen Schichten bilden Leitschichten aus, die aus Kohlenstoff-basiertem Material bestehen. Alternativ ist auch eine hybride Schichtstruktur mit Schichten, die neben oder auch übereinander angeordnet sind, wobei Leitschichten aus dem Kohlenstoff-basierten Material und vorzugsweise metallischen Substratschichten gebildet sind. Speziell wird die zuvor beschriebene Schichtstruktur herangezogen.In a preferred embodiment, a plurality of layers are formed next to one another or one above the other as a layered structure on the adhesive element. The individual layers form conductive layers made of carbon-based material. Alternatively, there is also a hybrid layered structure with layers that are arranged next to one another or one on top of the other, with conductive layers being formed from the carbon-based material and preferably metallic substrate layers. Specifically, the layer structure described above is used.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante sind vorzugsweise mehrere nebeneinander angeordnete einzelne Leiterstränge ausgebildet, die zueinander elektrisch isoliert sind. Dies erfolgt beispielsweise durch einen ausreichenden Abstand oder durch zwischen die einzelnen Leiterstränge eingebrachtes Isoliermaterial. Die einzelnen Leiterstränge können dabei durch einzelne Schichten auf einem Trägermaterial, beispielsweise dem Klebeband ausgebildet sein. Durch diese Maßnahme sind dann auf einen gemeinsamen Träger mehrere zueinander isolierte Leiterstränge ausgebildet.According to a further variant of the embodiment, a plurality of individual conductor strands which are arranged next to one another and are electrically insulated from one another are preferably formed. This is done, for example, by a sufficient distance or by insulating material introduced between the individual conductor strands. In this case, the individual conductor strands can be formed by individual layers on a carrier material, for example the adhesive tape. As a result of this measure, a plurality of conductor strands insulated from one another are then formed on a common carrier.

In bevorzugter Ausgestaltung bildet die Leitung mit dem Kohlenstoff-basierten elektrischen Leiter eine herkömmliche Leitung nach, beispielsweise eine herkömmliche ein- oder mehradrige Mantelleitung oder auch eine Flachbandleitung, wie dies bereits teilweise beschrieben wurde. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist daher allgemein vorgesehen, dass die Leitung zumindest eine Ader mit dem Kohlenstoff-basierten elektrischen Leiter aufweist, welcher von einem Isoliermantel als Adermantel umgeben ist. Hierdurch wird also eine Mantelleitung nachgebildet. Bevorzugt handelt es sich um eine einadrige Mantelleitung.In a preferred embodiment, the line with the carbon-based electrical conductor simulates a conventional line, for example a conventional single-core or multi-core sheathed line or also a ribbon cable, as has already been partially described. According to a preferred embodiment, it is therefore generally provided that the line has at least one wire with the carbon-based electrical conductor, which is surrounded by an insulating jacket as the wire jacket. This means that a sheathed cable is simulated. It is preferably a single-core sheathed cable.

In einer alternativen Ausführungsvariante ist die Leitung nach Art eines Flachbandkabels ausgebildet, bei dem der Kohlenstoff-basierte Leiter und vorzugsweise mehrere derartiger Leiter auf oder in einem Isolierträger aus Isoliermaterial angebracht ist/sind.In an alternative embodiment variant, the line is designed in the manner of a ribbon cable, in which the carbon-based conductor and preferably a plurality of such conductors is/are attached to or in an insulating support made of insulating material.

In bevorzugter Ausgestaltung handelt sich bei der Leitung um eine Hochvolt-Leitung insbesondere eines elektrischen Antriebsstranges, wie dies bereits zuvor erwähnt wurde. Hierunter wird allgemein eine Leitung verstanden, die sich durch eine hohe Stromtragfähigkeit auszeichnet, die also beispielsweise dafür ausgebildet ist Ströme im Bereich mehreren 10 A und insbesondere auch von mehreren 100 A zu übertragen. Speziell handelt sich hierbei um eine Gleichstrom-Leitung, speziell handelt es sich um eine einadrige Leitung.In a preferred embodiment, the line is a high-voltage line, in particular of an electric drive train, as has already been mentioned above. This is generally understood to mean a line that is characterized by a high current-carrying capacity, which is therefore designed, for example, to transmit currents in the range of several 10 A and in particular also of several 100 A. Specifically, this is a direct current line, specifically it is a single-core line.

Bevorzugt handelt es sich bei der Leitung um eine Hauptverteilungsleitung, speziell um einen sogenannten Backbone, welche zwei Fahrzeugbereiche zur elektrischen Leistungsversorgung miteinander verbindet. Speziell verbindet diese Hauptverteilungsleitung insbesondere eine Energiequelle, beispielsweise eine Batterie oder einen Generator, mit einem elektrischen Leistungsverbraucher, wie beispielsweise einem Wechselrichter oder auch einem elektrischen Fahrmotor. Über diese Hauptverteilungsleitung werden im Betrieb wiederum typischerweise mehrere 100 KW Leistung übertragen.The line is preferably a main distribution line, specifically a so-called backbone, which connects two areas of the vehicle to one another for the electrical power supply. In particular, this main distribution line connects an energy source, for example a battery or a generator, to an electrical power consumer, such as an inverter or an electric traction motor. During operation, typically several 100 kW of power are transmitted via this main distribution line.

Gemäß einer bevorzugten Anwendung bildet der Leiter aus dem Kohlenstoff-basierten Material eine Hüllschicht und umgibt beispielsweise einen insbesondere auch herkömmlichen Leiteraufbau. Speziell ist die Leitung - beispielsweise auch eine HV-Leitung - als eine Sensorleitung ausgebildet, bei der der Kohlenstoff-basierte Leiter eine Hüllschicht bildet und insbesondere als eine Sensorschicht zur Detektion einer Beschädigung der Leitung herangezogen wird.According to a preferred application, the conductor made of the carbon-based material forms a cladding layer and surrounds, for example, a conventional conductor structure, in particular. In particular, the line—for example also an HV line—is designed as a sensor line, in which the carbon-based conductor forms a covering layer and is used in particular as a sensor layer for detecting damage to the line.

Zur Ausbildung als Hüllschicht ist das Kohlenstoff-basierte Material bevorzugt auf einen Isolationsmantel einer - beispielsweise auch herkömmlichen - elektrischen Leitung aufgebracht. Bei einer Beschädigung der Leitung wird die Hüllschicht beschädigt und zumindest teilweise unterbrochen, was zu einer Widerstandserhöhung führt. Der elektrische Widerstand dieser Hüllschicht wird vorzugweise überwacht und bei einer Widerstandserhöhung wird auf eine Beschädigung der Leitung erkannt.In order to form the enveloping layer, the carbon-based material is preferably applied to an insulating jacket of an electrical line--for example also conventional. If the line is damaged, the enveloping layer is damaged and at least partially interrupted, which leads to an increase in resistance. The electrical resistance of this enveloping layer is preferably monitored and damage to the line is detected if the resistance increases.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine elektrische Leitung zur Leistungsversorgung oder Datenübertragung zwischen zwei beabstandeten Komponenten, welche einen Kohlenstoff-basierten elektrischen Leiter aufweist. Die zuvor im Hinblick auf das Fahrzeug angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die elektrische Leitung zu übertragen. Deren Anwendung ist nicht auf den Fahrzeugbereich beschränkt, sondern kann vielmehr auch in anderen Anwendungsgebieten eingesetzt werden.The object is also achieved by an electrical line for power supply or data transmission between two spaced components, which has a carbon-based electrical conductor. The advantages and preferred configurations mentioned above with regard to the vehicle can also be applied to the electrical line. Their application is not limited to the vehicle sector, but rather can also be used in other areas of application.

Sofern vorliegend von zwei beabstandeten Komponenten gesprochen wird, so werden hierunter zwei Komponenten verstanden, die typischerweise zumindest mehrere 10 cm, vorzugsweise zumindest 50 cm voneinander beabstandet sind. Die beiden Komponenten weisen dabei typischerweise jeweils ein eigenes Komponenten-Gehäuse auf.Insofar as two spaced components are mentioned here, this means two components which are typically at least several 10 cm, preferably at least 50 cm, spaced apart. The two components typically each have their own component housing.

Bei dem Fahrzeug handelt sich um ein motorgetriebenes Straßenfahrzeug. Hierunter wird verstanden, dass das Fahrzeug individuell und frei steuerbar ist. Es handelt sich also nicht um ein schienengebundenes Fahrzeug oder um ein Luftfahrzeug und auch nicht um ein Wasserfahrzeug. Gleichwohl kann die hier beschriebene elektrische Leitung bei derartigen Anwendungen und darüber hinaus auch bei sonstigen Anwendungen eingesetzt werden.The vehicle is a motor-driven road vehicle. This means that the vehicle can be controlled individually and freely. It is therefore not a rail-bound vehicle or an aircraft, nor is it a watercraft. Nevertheless, the electrical line described here can be used in such applications and also in other applications.

Ausführungsvarianten der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen:

1 eine schematisiertes Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Bordnetz mit einer zonalen Bordnetz-Architektur,
2 eine Querschnittsdarstellung einer Leitung mit einem elektrischen Leiter mit mehreren einzelnen Leitersträngen aus Kohlenstoff-basiertem Material mit dazwischen angeordnetem Phasenwechselmaterial,
3 eine Querschnittsdarstellung einer Leitung mit einem elektrischen Leiter mit einer Schichtstruktur,
4 eine Aufsicht auf eine Trägerbauteil mit darauf aufgebrachten Leitersträngen,
5 eine Querschnittsdarstellung eines Trägerbauteils mit einem darauf angebrachten Flachbandkabel mit Schichtstruktur,
6 eine Querschnittsdarstellung eines Trägers mit darauf angebrachtem Leiterstrang bestehend aus einem Klebeband mit einer Leitschicht sowie
7 eine Querschnittsdarstellung einer Mantelleitung mit einer Hüllschicht aus einem Kohlenstoff-basierten Material als Sensorschicht.

Embodiment variants of the invention are explained in more detail below with reference to the figures. They each show in simplified representations:

1 a schematic representation of a motor vehicle with an on-board network with a zonal on-board network architecture,
2 a cross-sectional representation of a line with an electrical conductor with several individual conductor strands made of carbon-based material with phase change material arranged in between,
3 a cross-sectional representation of a line with an electrical conductor with a layer structure,
4 a top view of a carrier component with conductor strands applied to it,
5 a cross-sectional view of a carrier component with a flat ribbon cable with a layered structure attached thereto,
6 a cross-sectional view of a carrier with attached conductor strand consisting of an adhesive tape with a conductive layer and
7 a cross-sectional view of a sheathed cable with a cladding layer made of a carbon-based material as a sensor layer.

In den Figuren sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, parts that function in the same way are provided with the same reference symbols.

Ein in der 1 stark vereinfacht und nur rudimentär dargestelltes Straßenfahrzeug, nachfolgend kurz als Fahrzeug 4 bezeichnet, weist ein dezentral aufgebautes Bordnetz 6 mit einer zonalen Struktur auf. Bei der zonalen Bordnetz-Architektur ist das Bordnetz 6 in unterschiedliche, räumlich getrennte Zonen 14 innerhalb des Kraftfahrzeugs 4 aufgeteilt. Jeder dieser Zonen 14 ist dabei typischerweise ein dezentrales Steuergerät 10 zugeordnet, welches auch als Zonensteuergerät bezeichnet wird und über das die erforderlichen Funktionen in einer jeweiligen Zone 14 angesteuert werden. Die einzelnen Steuergeräte 10 sind an einer elektrischen Leitung 8 speziell zur Leistungsversorgung angeschlossen, um die an dem jeweiligen Steuergerät 10 angeschlossenen Verbraucher mit Leistung und Strom zu versorgen. Eine jeweilige Leitung 8 bildet daher einen Versorgungsstrang aus. An die einzelnen dezentralen Steuergeräte 10 sind jeweils beispielsweise über Steckverbindungen ein oder mehrere Teilleitungssätze 12 angeschlossen.An Indian 1 A greatly simplified and only rudimentarily illustrated road vehicle, referred to below as vehicle 4 for short, has a decentralized vehicle electrical system 6 with a zonal structure. In the case of the zonal vehicle electrical system architecture, the vehicle electrical system 6 is divided into different, spatially separate zones 14 within the motor vehicle 4 . Each of these zones 14 is typically assigned a decentralized control device 10, which is also referred to as a zone control device and via which the required functions in a respective zone 14 are controlled. The individual control devices 10 are connected to an electrical line 8 specifically for power supply, in order to supply the loads connected to the respective control device 10 with power and current. A respective line 8 therefore forms a supply line. One or more partial wiring harnesses 12 are connected to the individual decentralized control units 10 in each case, for example via plug-in connections.

Das Bordnetz 6 weist im Ausführungsbeispiel fünf Zonen 14 auf, wobei jeder Zone 14 jeweils ein dezentrales Steuergerät 10 zugeordnet ist. Das Bordnetz 6 weist weiterhin grundsätzlich eine hier nicht dargestellte Stromquelle, beispielsweise eine Batterie oder auch ein Generator auf, über die die einzelnen Verbraucher mittels der Leitungen 8 mit Leistung versorgt werden.The vehicle electrical system 6 has five zones 14 in the exemplary embodiment, with each zone 14 being assigned a decentralized control unit 10 . The vehicle electrical system 6 also basically has a power source (not shown here), for example a battery or a generator, via which the individual consumers are supplied with power by means of the lines 8 .

Bei der zumindest einen Leitung 8 handelt es sich vorzugsweise um eine zentrale Versorgungsleitung, also um eine Hauptverteilungsleitung, auch als Backbone bezeichnet. Ein solcher Backbone erstreckt sich typischerweise in einer Längsrichtung von einem vorderen Kraftfahrzeugteil zu einem hinteren Kraftfahrzeugteil und dient beispielsweise zur Energieversorgung eines elektrischen Fahrmotors bei einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug.The at least one line 8 is preferably a central supply line, ie a main distribution line, also referred to as a backbone. Such a backbone typically extends in a longitudinal direction from a front motor vehicle part to a rear motor vehicle part and is used, for example, to supply energy to an electric traction motor in a hybrid or electric vehicle.

Die elektrische Leistung wird bevorzugt über ein oder zwei Einspeisestellen, insbesondere über ein oder zwei dezentrale (Zonen-) Steuergeräte 10 in die zumindest eine Leitung 8 eingespeist.The electrical power is preferably fed into the at least one line 8 via one or two feed points, in particular via one or two decentralized (zone) control devices 10 .

Wie weiterhin aus der 1 zu entnehmen ist, ist über eine jeweilige Leitung 8, die sich jeweils in Längsrichtung erstreckt, eine vordere Zone 14 mit einer hinteren Zone 14 verbunden und zwar sind jeweils die dezentralen Steuergeräte 10 direkt an die Leitung 8 angeschlossen. Ergänzend ist in der 1 dargestellt, dass zwei weitere Leitungen 8 zur Querverbindung im vorderen Bereich sowie im hinteren Bereich des Kraftfahrzeugs 4 vorgesehen sind, die jeweils zwei vordere Zonen und zwei hintere Zonen und hier wiederum deren Steuergeräte 10 miteinander verbinden. Hierdurch ist insgesamt ein Versorgungsring gebildet, der vorzugsweise ein Backbone des Fahrzeuges bildet.How to continue from the 1 it can be seen that a front zone 14 is connected to a rear zone 14 via a respective line 8 which extends in the longitudinal direction, and the decentralized control devices 10 are connected directly to the line 8 in each case. Supplementary is in the 1 shown that two further lines 8 are provided for cross-connection in the front area and in the rear area of the motor vehicle 4, which in turn connect two front zones and two rear zones and here their control units 10 to one another. As a result, a supply ring is formed overall, which preferably forms a backbone of the vehicle.

Alternativ oder ggf. auch ergänzend zu der dargestellten Ringstruktur besteht die Möglichkeit, dass (lediglich) eine sich in Längsrichtung erstreckende, beispielsweise mittig angeordnete Leitung 8 quasi als mittiger Backbone ausgebildet ist und zwei Zonen miteinander verbindet.As an alternative or possibly also in addition to the ring structure shown, there is the possibility that (only) one line 8 extending in the longitudinal direction, for example arranged centrally, is designed as a kind of central backbone and connects two zones to one another.

Bei dem Kraftfahrzeug handelt sich allgemein um eine Straßenfahrzeug, wie beispielsweise ein Pkw oder ein Lkw. Speziell handelt sich um ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug. Bei der Leitung 8 handelt sich insbesondere um eine Hochvolt-Leitung (HV-Leitung). Das hier dargestellte (Teil-) Bordnetz 6 weist beispielsweise eine Spannungsebene von mehr als 40 V und vorzugsweise mehr als 100 V auf, und beispielsweise 300 V - 400 V oder auch bis zu 1000 V auf. Gleichzeitig ist die Leitung 8 für die Übertragung von hohen Strömen von typischerweise mehr als 10 A und auch mehr als 100 A ausgebildet.The motor vehicle is generally a road vehicle, such as a passenger car or a truck. Specifically, it is a vehicle driven by an electric motor. Line 8 is in particular a high-voltage line (HV line). The (partial) vehicle electrical system 6 shown here has, for example, a voltage level of more than 40 V and preferably more than 100 V, and for example 300 V-400 V or even up to 1000 V. At the same time, the line 8 is designed for the transmission of high currents of typically more than 10 A and also more than 100 A.

Die Leitung 8 weist typischerweise eine einadrige Mantelleitung auf oder ist durch eine solche gebildet. Herkömmlich ist der Leiter als Litzenleiter aus einzelnen Kupfer- oder Aluminiumdrähten gebildet. Wegen der erforderlichen hohen Stromtragfähigkeit weist ein solcher Leiter einen vergleichsweise hohen Querschnitt auf.The line 8 typically has a single-core sheathed line or is formed by such. The conductor is conventionally formed as a stranded conductor from individual copper or aluminum wires. Because of the required high current-carrying capacity, such a conductor has a comparatively large cross section.

Vorliegend ist nunmehr vorgesehen, dass die Leitung 8 einen Aufbau mit einem Leiter 16 mit einem Kohlenstoff-basierten Material aufweist, wie er beispielsweise in den 2 bis 6 dargestellt ist. Der Leiter 16 ist allgemein gebildet durch einen sich typischerweise in Längsrichtung erstreckenden Strang 18, welcher vorzugsweise mehrere einzelne Leiterstränge 20 oder auch eine Schichtstruktur 22 aufweist oder durch diese gebildet ist.In the present case, it is now provided that the line 8 has a structure with a conductor 16 with a carbon-based material, as is the case, for example, in FIGS 2 until 6 is shown. The conductor 16 is generally formed by a strand 18 which typically extends in the longitudinal direction and which preferably has a plurality of individual conductor strands 20 or else a layered structure 22 or is formed by these.

Bei der Ausführungsvariante der 2 ist der Leiter 16 durch eine Vielzahl von einzelnen Leitersträngen 20 gebildet, die beispielsweise durch Kohlenstofffasern, speziell durch Kohlenstoff-Nanoröhrchen ausgebildet sind. Ein jeweiliger einzelner Leiterstrang 20 kann wiederum selbst aus mehreren einzelnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen bestehen. Zwischen den einzelnen Leitersträngen 20 ist jeweils ein Zwischenraum ausgebildet, welcher mit einem Phasenwechselmaterial 24 angefüllt ist. Die Leiterstränge 20 zusammen mit dem Phasenwechselmaterial 24 bilden einen Leitungskern, welcher von einem Isoliermantel 26 umgeben ist.In the variant of the 2 the conductor 16 is formed by a multiplicity of individual conductor strands 20, which are formed, for example, by carbon fibers, specifically by carbon nanotubes. A respective individual conductor strand 20 can in turn consist of several individual carbon nanotubes. An intermediate space is formed between the individual conductor strands 20 and is filled with a phase change material 24 . The conductor strands 20 together with the phase change material 24 form a line core which is surrounded by an insulating jacket 26 .

Bei einer alternativen Ausführungsvariante ist auf das Phasenwechselmaterial 24 verzichtet und die einzelnen Leiterstränge 20 sind als ein Bündel, beispielsweise nach Art einer Litze innerhalb des Isoliermantels 26 geführt.In an alternative embodiment variant, the phase change material 24 is dispensed with and the individual conductor strands 20 are routed as a bundle, for example in the manner of a stranded wire, within the insulating jacket 26 .

Neben den aus dem Kohlenstoff-basierten Material gebildeten Leitersträngen 20 sind vorzugsweise keine sonstigen Leiterstränge vorgesehen. Die elektrische Leitfähigkeit wird daher ausschließlich durch die Kohlenstoff-basierten Leiterstränge 20 bereitgestellt.In addition to the conductor strands 20 formed from the carbon-based material, no other conductor strands are preferably provided. The electrical conductivity is therefore exclusively provided by the carbon-based conductor strands 20 .

Bei der Ausgestaltung gemäß der 3 ist die Leitung 8 wiederum als eine Art Mantelleitung ausgebildet, die einen äußeren Isoliermantel 26 aufweist. Der Leitungskern ist vorliegend durch die bereits erwähnte Schichtstruktur 22 gebildet. Die Schichtstruktur 22 weist jeweils alternierend eine Leitschicht 28 aus einem Kohlenstoff-basierten Material sowie eine Substratschicht 30 auf. Bevorzugt handelt sich bei der jeweiligen Substratschicht 30 um eine Metallschicht beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium. Die Schichtstruktur 22 weist also abwechselnd eine Metallschicht und eine Kohlenstoff-basierte Schicht auf. Die einzelnen Substratschichten 30 bilden insofern Trägerschichten für die Leitschichten 28. Bei diesen handelt sich insbesondere um Graphen-Schichten, bei denen also Graphen auf die jeweilige Substratschicht 30 aufgebracht ist.In the design according to 3 the line 8 is in turn designed as a type of sheathed cable that has an outer insulating sheath 26 . In the present case, the line core is formed by the layer structure 22 already mentioned. The layer structure 22 in each case has a conductive layer 28 made of a carbon-based material and a substrate layer 30 in alternation. The respective substrate layer 30 is preferably a metal layer made of copper or aluminum, for example. The layer structure 22 thus alternately has a metal layer and a carbon-based layer. In this respect, the individual substrate layers 30 form carrier layers for the conductive layers 28. These are, in particular, graphene layers in which graphene is applied to the respective substrate layer 30.

Zur Herstellung einer derartigen Rundleitung mit einer Schichtstruktur 22 kann dabei derart vorgegangen werden, dass die Schichtstruktur 22 zunächst in einer planen Ebene aufgebaut und anschließend zusammengerollt wird. Hierbei ergibt sich dann eine in etwa spiralförmige geschichtete Anordnung (hier nicht näher dargestellt).In order to produce such a round cable with a layer structure 22, the procedure can be such that the layer structure 22 is first built up in a planar plane and then rolled up. This results in an approximately spiral-shaped, layered arrangement (not shown in more detail here).

In 4 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der zwei Stränge 18 auf einem Trägerbauteil 32 aufgebracht sind. Die Stränge 18 sind dabei vorzugsweise unmittelbar auf das Trägerbauteil 32 aufgebracht. Ein jeweiliger Strang 18 ist beispielsweise durch eine Schichtstruktur 22 gebildet, wie sie beispielhaft in der 5 dargestellt ist.In 4 an embodiment variant is shown in which two strands 18 are applied to a carrier component 32 . In this case, the strands 18 are preferably applied directly to the carrier component 32 . A respective strand 18 is formed, for example, by a layer structure 22, as exemplified in FIG 5 is shown.

Diese Schichtstruktur 22 weist mehrere Leitschichten 28 auf, welche innerhalb eines Isoliermaterials 34 eingebettet sind. Dieser Strang 18 ist in dieser Variante nach Art eines Flachbandkabels ausgebildet. Innerhalb des Isoliermaterials 34, welches einen Isoliermantel 26 bildet, kann alternativ auch eine Schichtstruktur 22 ausgebildet sein mit alternierenden Leitschichten 28 und Substratschichten 30, wie dies zuvor beschrieben wurde. Die Schichten sind dabei als plane Schichten ausgebildet und folgen alternierend aufeinander.This layered structure 22 has a plurality of conductive layers 28 which are embedded within an insulating material 34 . In this variant, this strand 18 is designed in the manner of a ribbon cable. Alternatively, a layered structure 22 with alternating conductive layers 28 and substrate layers 30 can also be formed within the insulating material 34, which forms an insulating jacket 26, as was previously described. The layers are designed as flat layers and follow one another in alternation.

6 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der auf ein Trägerbauteil 32 oder allgemein auf einen Träger ein Strang 18 aufgebracht ist, welcher im Ausführungsbeispiel durch ein Klebeband 36 mit einer darauf aufgebrachten Leitschicht 28 gebildet ist. Die Leitschicht 28 besteht hierbei insbesondere aus Graphen. Grundsätzlich kann auf das Klebeband 36 auch eine Schichtstruktur 22 aufgebracht sein, wie sie zuvor beschrieben wurde. 6 shows an embodiment variant in which a strand 18 is applied to a carrier component 32 or generally to a carrier, which strand is formed in the exemplary embodiment by an adhesive tape 36 with a conductive layer 28 applied thereto. In this case, the conductive layer 28 consists in particular of graphene. In principle, a layered structure 22 as previously described can also be applied to the adhesive tape 36 .

Weiterhin ist eine (nicht dargestellt) Ausführungsvariante vorgesehen, bei der mehrere derartiger Leitschichten 28 oder auch mehrere derartiger Schichtstrukturen 22 auf dem gemeinsamen Klebeband 36 nebeneinander angeordnet sind. Jede dieser Leitschichten 28 bzw. Schichtstrukturen 22 bildet dabei einen einzelnen Leiterstrang 20, die vorzugsweise zueinander elektrisch isoliert sind. Dies kann beispielsweise durch einen ausreichenden Abstand erfolgen oder durch Isoliermaterial zwischen benachbarten einzelnen Leitersträngen 20.Furthermore, an embodiment variant (not shown) is provided in which several such conductive layers 28 or also several such layer structures 22 are arranged next to one another on the common adhesive tape 36 . Each of these conductive layers 28 or layer structures 22 forms a single conductor strand 20, which are preferably electrically insulated from one another. This can be done, for example, by a sufficient distance or by insulating material between adjacent individual conductor strands 20.

Bei dem Klebeband 36 handelt sich beispielsweise um ein doppelseitiges Klebeband 36, sodass auf der Oberseite das Kohlenstoff-basierte Material, speziell Graphen fixiert ist und zugleich mit der Unterseite eine Klebebefestigung auf dem Trägerbauteil 32 erfolgt.The adhesive tape 36 is, for example, a double-sided adhesive tape 36, so that the carbon-based material, specifically graphene, is fixed on the upper side and at the same time an adhesive attachment takes place on the carrier component 32 with the underside.

In der 7 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der die Leitung 8 als eine Sensorleitung 42 ausgebildet ist. Der Leiter 16 aus dem Kohlenstoff-basierten Material ist hierbei als eine (konzentrische) Hüllschicht ausgebildet, die eine Sensorschicht 38 definiert. Diese Sensorschicht 38 umgibt beispielsweise einen herkömmlichen Leitungsaufbau einer herkömmlichen Mantelleitung mit Leitungskern 40 und Isoliermantel 26. Der Leitungskern 40 kann durch einen einzigen Leiter, z.B. eine CU- oder Al-Litze gebildet sein oder selbst mehrere einzelne Leitungselemente wie z.B. einzelne Adern aufweisen Die Sensorschicht 38 ist beispielsweise auf diesem Isoliermantel 26 aufgebracht. Bevorzugt ist ein weiterer, äußerer Isoliermantel 26 auf die Sensorschicht 38 aufgebracht.In the 7 an embodiment variant is shown in which the line 8 is designed as a sensor line 42 . In this case, the conductor 16 made of the carbon-based material is formed as a (concentric) enveloping layer which defines a sensor layer 38 . This sensor layer 38 surrounds, for example, a conventional cable structure of a conventional sheathed cable with a cable core 40 and an insulating jacket 26. The cable core 40 can be formed by a single conductor, e.g. a CU or Al strand, or it can even have several individual line elements, e.g. individual wires. The sensor layer 38 is applied to this insulating jacket 26, for example. A further, outer insulating jacket 26 is preferably applied to the sensor layer 38 .

Die dargestellte Sensorleitung 42 dient beispielsweise zur Überwachung der mechanischen Belastung der Leitung 8. Führt eine Belastung zu einer Beschädigung der Sensorschicht 38, wird dies durch eine Überwachung der Sensorschicht 38 erfasst. Speziell wird ihr elektrischer Widerstand gemessen. Steigt dieser in einer unzulässigen Weise an, so wird dies als eine Beschädigung der Sensorschicht 38 und damit der Leitung 8 bewertet. Die Sensorschicht 38 ist hierzu in geeigneter Weise an einer Messvorrichtung angeschlossen, die an die Sensorschicht 38 eine Prüfspannung oder einer Prüfstrom anlegt und diese(n) überwacht.The sensor line 42 shown serves, for example, to monitor the mechanical load on the line 8. If a load leads to damage to the sensor layer 38, this is detected by monitoring the sensor layer 38. Specifically, their electrical resistance is measured. If this increases in an impermissible manner, then this is evaluated as damage to the sensor layer 38 and thus to the line 8 . For this purpose, the sensor layer 38 is connected in a suitable manner to a measuring device which applies a test voltage or a test current to the sensor layer 38 and monitors it(s).

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiment described above. On the contrary, other variants of the invention can also be derived from this by a person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all of the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with one another in other ways without departing from the subject matter of the invention.

BezugszeichenlisteReference List

44: Kraftfahrzeugmotor vehicle
66: Bordnetzelectrical system
88th: LeitungManagement
1010: Steuergerätcontrol unit
1212: Teilleitungssatzpartial wiring kit
1414: Zone Zone
1616: LeiterDirector
1818: Strangstrand
2020: einzelner Leiterstrangsingle strand of conductors
2222: Schichtstrukturlayered structure
2424: Phasenwechselmaterialphase change material
2626: Isoliermantelinsulating jacket
2828: Leitschichtenconductive layers
3030: Substratschichtsubstrate layer
3232: Trägerbauteilcarrier component
3434: Isoliermaterialinsulating material
3636: Klebebandduct tape
3838: Sensorschichtsensor layer
4040: Leitungskernline core
4242: Sensorleitungsensor line

Claims

Road vehicle (4), in particular a passenger car, with an on-board electrical system (6) which has an electrical line (8) which connects two components for power supply or for data transmission, the line (8) having at least one carbon-based electrical conductor ( 16).

Road vehicle (4) according to the preceding claim, in which the conductor (16) comprises carbon fibres, graphene and/or carbon nanotubes

A road vehicle (4) according to any one of the preceding claims, wherein the carbon-based electrical conductor (16) optionally comprises or is formed by - at least one strand (18) consisting of one or more single-walled or multi-walled carbon nanotubes, which are preferably aligned parallel to one another, - at least one strand (18) consisting of one or more layers of graphene, - at least one strand (18), which is produced by compression of graphene particles, - at least one strand (18), which is designed as a fiber, yarn, cord, ribbon or other textile structure or in the form of a strand, - At least one strand (18) of a hybrid material comprising carbon-based material, in particular nanotubes or graphene, combined with polymer or metal.

Road vehicle (4) according to one of the preceding claims, in which the carbon-based electrical conductor (16) optionally has or is formed by at least one strand (18) with a layer structure (22) of carbon-based conductive layers (28) and substrate layers ( 30), the substrate layers preferably being conductive and made of metal such as Al or Cu.

Road vehicle (4) according to one of the preceding claims, in which the carbon-based electrical conductor (16) optionally has or is formed by at least one strand (18) with a layer structure (22) of carbon-based conductive layers (28) and substrate layers ( 30), the layered structure (22) being wound and surrounded by an insulating jacket (26).

Road vehicle (4) according to one of the preceding claims, in which the carbon-based electrical conductor (16) is designed as a flat conductor and the line (8) is preferably designed as a flat ribbon cable.

Road vehicle (4) according to one of the preceding claims, in which the carbon-based electrical conductor (16) has a plurality of individual conductor strands (20) made of carbon-based material and wherein a phase change material (24) is introduced between the individual conductor strands (20).

A road vehicle (4) according to any one of the preceding claims, having a support member (32) which is part of a mechanical support structure, casing or housing of an electrical component, the carbon-based conductor (16) being mounted on the support member (32). is.

Road vehicle (4) according to the preceding claim, in which the carbon-based conductor (16) is attached to the carrier component (32) by means of an adhesive element, in particular adhesive tape (36).

Road vehicle (4) according to the preceding claim, in which a plurality of layers next to one another or one above the other as a layered structure (22) are formed on the adhesive element, the layers consisting of carbon-based material or it is a hybrid layered structure (22) with Conductive layers (28) formed from the carbon-based material and in particular metallic substrate layers (30).

Road vehicle (4) according to one of the preceding claims, in which a plurality of conductor strands (20) which are arranged next to one another and are electrically insulated from one another are formed.

Road vehicle (4) according to one of the preceding claims, in which the line (8) has at least one core with the carbon-based electrical conductor (16), which is surrounded by an insulating jacket (26) as core jacket.

Road vehicle (4) according to one of the preceding claims, in which the line (8) is designed in the manner of a ribbon cable, in which the carbon-based conductor (16) is mounted on or in an insulating material (34).

Road vehicle (4) according to one of the preceding claims, in which the line (8) is an HV line, in particular of an electric drive train.

A road vehicle (4) according to any one of the preceding claims, wherein the line (8) is a main distribution line connecting two areas of the vehicle for electrical power supply, and in particular connecting a power source to a power consumer.

Road vehicle (4) according to one of the preceding claims, in which the carbon - based conductor (16) forms a covering layer and is preferably used as a sensor layer (38) for detecting damage to the line (8).

Electrical line (8) for power supply or data transmission between two spaced components, which has a carbon-based electrical conductor (16).