DE102022202240A1

DE102022202240A1 - Device for electrical power distribution in a motor vehicle and conductor rail arrangement for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102022202240A1
Application number: DE102022202240.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hold; Matthias Korte; Jonathan Markert; Bernd Schneider
Original assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Current assignee: Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Priority date: 2022-03-04
Filing date: 2022-03-04
Publication date: 2023-09-07
Also published as: WO2023166028A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Leistungsverteilung in einem Fahrzeug (2) mit einer gestapelten Stromschienen-Anordnung (4) mit einem Versorgungsleiter (16) und mit einem Masseleiter (18), die aneinander anliegen und die jeweils als Flachleiter ausgebildet sind, sowie mit einem Karosseriebauteil (10), an dem die Stromschienen-Anordnung (4) entlanggeführt ist, wobei der Masseleiter (18) zumindest in den Bereichen, an denen er am Versorgungsleiter (16) anliegt und vorzugsweise auch zum Karosseriebauteil (10) als blanker Metallleiter ohne Isolation ausgebildet ist. Der Masseleiter (18) liegt insbesondere auf dem blanken Karosseriebauteil (10) auf, welches insbesondere ein Batteriedeckel einer Traktionsbatterie (12) ist. Dadurch sind eine verbesserte EMV-Eigenschaft, ein geringer Bauraumbedarf und eine gute Kühlung erreicht.The invention relates to a device for electrical power distribution in a vehicle (2) with a stacked busbar arrangement (4) with a supply conductor (16) and with a ground conductor (18), which rest against one another and are each designed as flat conductors, as well as with a body component (10), along which the busbar arrangement (4) is guided, the ground conductor (18) at least in the areas where it rests on the supply conductor (16) and preferably also to the body component (10) as a bare metal conductor without Isolation is formed. The ground conductor (18) rests in particular on the bare body component (10), which is in particular a battery cover of a traction battery (12). This results in improved EMC properties, a small space requirement and good cooling.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Leistungsverteilung in einem Kraftahrzeug sowie eine Stromschienen-Anordnung zur elektrischen Leistungsverteilung für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a device for distributing electrical power in a motor vehicle and a busbar arrangement for distributing electrical power for a motor vehicle.

Die Vorrichtung ist Teil eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes, über das eine Vielzahl von elektrischen Komponenten im Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie und elektrischer Leistung versorgt werden. Die Stromschienen-Anordnung wird beispielsweise als Batterieleitung oder allgemein als eine Hauptversorgungsleitung, dem sogenannten Backbone eingesetzt. Ein solcher wird üblicherweise von einem vorderen Fahrzeugteil in einen hinteren Fahrzeugteil geführt. Die Stromschienen-Anordnung ist dabei typischerweise zur Übertragung von hohen Strömen von zumindest mehreren 10A, typischerweise von mehr als 100A ausgebildet. Eine solche Hauptversorgungsleitung kann sowohl bei Niedervolt-Bordnetzen mit einer Bordnetzspannung kleiner 60 V, beispielsweise 12V oder 48V, oder auch für Hochvolt-Anwendungen beispielsweise im Zusammenhang mit elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen mit Spannungen im Bereich von mehreren 100 V und beispielsweise im Bereich von 300 V bis 1000 V eingesetzt werden.The device is part of a motor vehicle on-board network, via which a large number of electrical components in the motor vehicle are supplied with electrical energy and electrical power. The busbar arrangement is used, for example, as a battery line or generally as a main supply line, the so-called backbone. Such is usually performed from a front part of the vehicle in a rear part of the vehicle. The busbar arrangement is typically designed to transmit high currents of at least several 10A, typically more than 100A. Such a main supply line can be used both in low-voltage vehicle electrical systems with a vehicle electrical system voltage of less than 60 V, for example 12 V or 48 V, or for high-voltage applications, for example in connection with vehicles driven by electric motors, with voltages in the range of several 100 V and, for example, in the range of 300 V to 1000 V can be used.

Bei solchen Stromschienen-Anordnungen handelt es sich häufig um Gleichstromleitungen (DC-Leitungen), bei denen die eine Stromschiene als Versorgungsleitung (Hinleiter) ausgebildet ist und im Betrieb mit einem positiven Bezugspotential, beispielsweise mit einem Pluspol der Batterie verbunden ist. Die andere Stromschiene ist als eine Masseleitung (Rückleiter) ausgebildet, welche mit dem Massepotential und/oder mit dem Minuspol der Batterie verbunden ist.Such busbar arrangements are often direct current lines (DC lines) in which one busbar is designed as a supply line (outgoing conductor) and is connected during operation to a positive reference potential, for example to a positive pole of the battery. The other busbar is designed as a ground line (return conductor) which is connected to the ground potential and/or to the negative pole of the battery.

Bei derartigen Hauptversorgungsleitungen (Backbone) können aufgrund der hohen Gleichströme starke Magnetfelder entstehen, die in ungünstigen Fällen zu hohen, unzulässigen Magnetfeldern im Fahrgastraum führen können. Dieses Problem tritt insbesondere auch bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen auf, bei denen häufig unterhalb des Karosseriebodens eine Traktionsbatterie angeordnet ist und elektrische Versorgungsleitungen dann im Fahrgastraum verlegt werden. Hierbei entfällt dann die ansonst vorhandene Schirmwirkung des Karosseriebodens.With such main supply lines (backbone), strong magnetic fields can arise due to the high direct currents, which in unfavorable cases can lead to high, impermissible magnetic fields in the passenger compartment. This problem also occurs in particular in vehicles driven by electric motors, in which a traction battery is often arranged below the body floor and electrical supply lines are then laid in the passenger compartment. In this case, the otherwise existing shielding effect of the body floor is then eliminated.

Durch die hohen Ströme ist zudem die thermische Belastung hoch und/oder es sind große Leiterquerschnitte erforderlich. Insgesamt erfordern derartige Hauptversorgungleitungen einen großen Bauraum.The thermal load is also high due to the high currents and/or large conductor cross-sections are required. Overall, such main supply lines require a large amount of space.

Zur Reduzierung von störenden Magnetfeldern und zur Verbesserung der EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) ist es bekannt, die Stromschienen des Hinleiters / Versorgungsleiters und des Rückleiters / Masseleiters in Schichten übereinander zu stapeln. Eine solche gestapelte Anordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2015 220 115 B4 zu entnehmen. Der Masseleiter liegt auf einem Karosseriebauteil auf und ist von einer Isolierung umgeben. In einer Ausführungsvariante sind der Masseleiter und das Karosseriebauteil gemeinsam von einer Lackschicht überzogen.In order to reduce interfering magnetic fields and to improve EMC (electromagnetic compatibility), it is known to stack the busbars of the outgoing conductor/supply conductor and the return conductor/ground conductor in layers one on top of the other. Such a stacked arrangement is, for example, from DE 10 2015 220 115 B4 refer to. The ground conductor rests on a body component and is surrounded by insulation. In one embodiment variant, the ground conductor and the body component are jointly coated with a layer of lacquer.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine elektrische Leistungsversorgung in einem Kraftfahrzeug zu ermöglichen, die eine gute EMV-Eigenschaft bei geringem Bauraumbedarf und mit guten thermischen Eigenschaften aufweist.Proceeding from this, the invention is based on the object of enabling an electrical power supply in a motor vehicle which has good EMC properties with a small installation space requirement and good thermal properties.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Vorrichtung zur elektrischen Leistungsverteilung in einem Fahrzeug mit einer gestapelten Stromschienen-Anordnung sowie durch eine solche Stromschienen-Anordnung.The object is achieved according to the invention by a device for electrical power distribution in a vehicle with a stacked busbar arrangement and by such a busbar arrangement.

Die nachfolgend im Hinblick auf die Vorrichtung angegebenen Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß in gleicher Weise auf die Stromschienen-Anordnung zu übertragen.The advantages and preferred configurations specified below with regard to the device can be transferred to the conductor rail arrangement in the same way.

Die Stromschienen-Anordnung weist als Stromschienen einen Versorgungsleiter und einen Masseleiter auf, die jeweils als Flachleiter ausgebildet sind und die mit ihren Flachseiten aneinander anliegen. Die Vorrichtung weist weiterhin ein Karosseriebauteil auf, an dem die Stromschienen-Anordnung entlanggeführt ist. Der Masseleiter ist dabei zumindest in den Bereichen, an denen er am Versorgungsleiter anliegt als ein blanker Metallleiter und ohne Isolation ausgebildet. Der Flachleiter ist daher zumindest an seiner (oberen) Flachseite frei von einer Isolation. Das Leitermaterial, also das Metall liegt also zumindest an der oberen Flachseite frei und ist nicht von einer Isolierung geschützt.The busbar arrangement has a supply conductor and a ground conductor as busbars, which are each designed as flat conductors and which rest against one another with their flat sides. The device also has a body component along which the conductor rail arrangement is guided. The ground conductor is designed as a bare metal conductor and without insulation, at least in the areas where it is in contact with the supply conductor. The flat conductor is therefore free of insulation at least on its (upper) flat side. The conductor material, ie the metal, is exposed at least on the upper flat side and is not protected by insulation.

Demgegenüber weist der Versorgungsleiter einen Isolationsmantel auf, welcher den eigentlichen metallischen und massiven Leiter umfangsseitig vollumfänglich umgibt. Über diesen Isolationsmantel sind der Versorgungsleiter und der Masseleiter zueinander elektrisch isoliert. Der blanke Masseleiter liegt unmittelbar an diesem Isolationsmantel an.In contrast, the supply conductor has an insulating jacket which completely surrounds the actual metallic and solid conductor on the circumference. The supply conductor and the ground conductor are electrically insulated from one another via this insulating jacket. The bare ground conductor lies directly against this insulating jacket.

Durch diese Ausgestaltung mit der gestapelten Stromschienen-Anordnung mit den beiden Flachleitern wird zunächst die gewünschte gute EMV-Eigenschaft erreicht. Durch den Verzicht auf eine elektrische Isolation werden gleichzeitig mehrere positive Eigenschaften erreicht. Zunächst führt der Verzicht auf eine Isolation zu Material- und damit Kosteneinsparungen. Gleichzeitig geht mit dem Verzicht auch eine Verringerung des erforderlichen Bauraums einher. Schließlich führt der Verzicht zumindest bei Varianten, wenn der blanke Leiter an einer Wärmesenke wie beispielsweise dem Karosseriebauteil unmittelbar anliegt, auch zu einer verbesserten Kühlung des Rückleiters, da die Wärme besser abgegeben werden kann. Im Unterschied hierzu führt eine elektrische Isolierung typischerweise zu einer thermischen Isolation die nur eine verringerte Wärmeabfuhr zulässt. Die verbesserten thermischen Eigenschaften erlauben wiederrum eine Verringerung eines Leiterquerschnitts, welche zusätzlich zu einem geringeren Bauraumbedarf und geringeren Kosten führt.This configuration with the stacked busbar arrangement with the two flat conductors initially achieves the desired good EMC property. By dispensing with electrical insulation, several positive properties are achieved at the same time. First he leads Waiver of insulation to material and thus cost savings. At the same time, the waiver is accompanied by a reduction in the required installation space. Finally, at least in the case of variants, if the bare conductor is in direct contact with a heat sink such as the body part, the omission also leads to improved cooling of the return conductor, since the heat can be better dissipated. In contrast to this, electrical insulation typically leads to thermal insulation, which only allows reduced heat dissipation. The improved thermal properties in turn allow a conductor cross-section to be reduced, which also leads to a smaller installation space requirement and lower costs.

Ein weiterer besonderer Vorteil ist darin zu sehen, dass durch den Verzicht auf eine Isolation an der oberen Flachseite der Masseleiter näher an den Versorgungleiteiter heranrückt, wodurch die EMV-Eigenschaft verbessert wird.A further particular advantage can be seen in the fact that, by dispensing with insulation on the upper flat side, the ground conductor moves closer to the supply conductor, as a result of which the EMC property is improved.

Insgesamt wird daher eine verbesserte EMV-Eigenschaft, ein verringerter Bauraumbedarf und eine verbesserte Kühlung erreicht.Overall, therefore, an improved EMC property, a reduced space requirement and improved cooling are achieved.

Der Masseleiter liegt weiterhin üblicherweise unmittelbar auf dem Karosseriebauteil auf. Bevorzugt ist er ergänzend zumindest auch in diesen Bereichen als blanker Metallleiter ohne Isolation ausgebildet. Der Flachleiter ist daher auch an seiner unteren Flachseite, mit der er auf dem Karosseriebauteil aufliegt ohne (eigene) Isolation ausgebildet und liegt als blanke Metallschiene auf. Hierdurch wird die Aufbauhöhe geringgehalten und zudem wird die Kühlung positiv beeinflusst.Furthermore, the ground conductor usually rests directly on the body component. In addition, it is preferably designed as a bare metal conductor without insulation, at least in these areas as well. The flat conductor is therefore also designed without (its own) insulation on its lower flat side, with which it rests on the body component, and lies on it as a bare metal rail. This keeps the installation height low and also has a positive effect on cooling.

Insbesondere ist der Masseleiter zumindest in seinen Abschnitten, mit denen er sowohl am Versorgungsleiter als auch an dem Karosseriebauteil anliegt, vollumfänglich ohne Isolation und damit frei von einer (eigenen) Isolation ausgebildet.In particular, the ground conductor, at least in its sections with which it rests both on the supply conductor and on the body component, is completely without insulation and is therefore free of (its own) insulation.

Bevorzugt weist der Masseleiter insgesamt über seine gesamte Länge keine Isolation auf. Er liegt daher über seine gesamte Länge als eine blanke Metallschiene vor.The ground conductor preferably has no insulation over its entire length. It is therefore present over its entire length as a bare metal rail.

Bei der Stromschienen-Anordnung handelt sich insbesondere um einen Hauptversorgungsstrang, einen sogenannten Backbone eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes, wie er eingangs genannt und definiert wurde. Die Stromschienen-Anordnung erstreckt sich typischerweise von einem vorderen Fahrzeugteil in einen rückwärtigen Fahrzeugteil. Die Länge der Stromschienen-Anordnung ist typischerweise größer 1 m, vorzugsweise größer 1,5 m oder auch größer 2 m. Sie ist zur Übertragung von hohen Strömen von zumindest mehreren 10A, typischerweise von mehr als 100A ausgebildet. Sofern vorliegend von Flachleitern gesprochen wird, so wird hierunter eine massive Metallschiene mit rechteckförmigen Querschnittsprofil verstanden, die - im Falle des Versorgungsleiters - mit dem Isolationsmantel umgeben ist.The conductor rail arrangement is in particular a main supply line, a so-called backbone of a motor vehicle on-board network, as was mentioned and defined at the outset. The power rail assembly typically extends from a front vehicle portion to a rear vehicle portion. The length of the conductor rail arrangement is typically greater than 1 m, preferably greater than 1.5 m or also greater than 2 m. It is designed to transmit high currents of at least several 10A, typically more than 100A. Insofar as flat conductors are spoken of here, this means a solid metal rail with a rectangular cross-sectional profile which—in the case of the supply conductor—is surrounded by the insulating jacket.

In bevorzugter Ausgestaltung ist das Karosseriebauteil elektrisch leitfähig und der Masseleiter liegt auf dem Karosseriebauteil auf, wobei zwischen dem Rückleiter und dem Karosseriebauteil keine elektrische Isolation ausgebildet ist. Der blanke Masseleiter liegt daher auf dem blanken Karosseriebauteil auf. Hierdurch ist sowohl eine elektrische Verbindung zwischen den Masseleiter und dem Karosseriebauteil als auch eine gute thermische Anbindung erreicht, sodass ein besonders guter zusätzlicher Kühleffekt erreicht wird. Bevorzugt liegt der Masseleiter dabei zumindest über einen Großteil seiner Länge, beispielsweise zumindest über 50 %, zumindest über 80 % oder auch zumindest über 90 % seiner Länge am Karosseriebauteil an. Er liegt hierbei insbesondere vollflächig mit einer seiner Flachseiten auf dem Karosseriebauteil auf.In a preferred embodiment, the body component is electrically conductive and the ground conductor rests on the body component, with no electrical insulation being formed between the return conductor and the body component. The bare ground conductor is therefore on the bare body part. This achieves both an electrical connection between the ground conductor and the body component and a good thermal connection, so that a particularly good additional cooling effect is achieved. The ground conductor is preferably in contact with the body component over at least a large part of its length, for example at least over 50%, at least over 80% or at least over 90% of its length. In this case, in particular, one of its flat sides rests on the entire surface of the body component.

Aufgrund der verbesserten Wärmeabfuhr ist die thermische Belastung im Betrieb im Vergleich zu einer Variante mit einem isolierten Flachleiter reduziert. Hierdurch erfolgt insbesondere auch eine verbesserte Kühlung der gesamten Stromschienen-Anordnung. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Variante mit einem isolierten Masseleiter kann daher ein Leiterquerschnitt des Versorgungsleiters und / oder des Masseleiters reduziert werden. Insbesondere ist die thermische Belastung im Vergleich zu dem mit dem Isolationsmantel umgebenen Versorgungleiter reduziert. Durch diese reduzierte thermische Belastung kann also speziell der Leiterquerschnitt des Masseleiters insbesondere im Vergleich zum Versorgungsleiter reduziert sein. In bevorzugter Ausgestaltung ist daher auch die Querschnittsfläche des Masseleiters geringer als die des Versorgungsleiters.Due to the improved heat dissipation, the thermal load during operation is reduced compared to a variant with an insulated flat conductor. In particular, this also results in improved cooling of the entire busbar arrangement. A conductor cross section of the supply conductor and/or the ground conductor can therefore be reduced in comparison to a conventional variant with an insulated ground conductor. In particular, the thermal load is reduced in comparison to the supply conductor surrounded by the insulating jacket. As a result of this reduced thermal load, the conductor cross section of the ground conductor can be reduced, in particular in comparison to the supply conductor. In a preferred embodiment, the cross-sectional area of the ground conductor is therefore also smaller than that of the supply conductor.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der Masseleiter über ein zusätzliches Kontaktelement mit dem Karosseriebauteil elektrisch verbunden. Das Kontaktelement ist dabei insbesondere als ein seitlich abstehendes Kontaktelement, speziell als eine seitlich abstehende Kontaktlasche ausgebildet. Über dieses zusätzliche Kontaktelement ist eine definierte und zuverlässige elektrische Kontaktanbindung zwischen dem Masseleiter und dem Karosseriebauteil erreicht, unabhängig davon, dass in der bevorzugten Ausgestaltung der blanke Masseleiter auf dem blanken Karosseriebauteil aufliegt.In a preferred embodiment, the ground conductor is electrically connected to the body component via an additional contact element. The contact element is in particular designed as a laterally protruding contact element, specifically as a laterally protruding contact lug. A defined and reliable electrical contact connection between the ground conductor and the body component is achieved via this additional contact element, regardless of the fact that the bare ground conductor rests on the bare body component in the preferred embodiment.

Bei dem Kontaktelement handelt es sich vorzugsweise allgemein um ein Schraubkontakt-Element, sodass der Masseleiter und das Karosseriebauteil miteinander verschraubt werden können.The contact element is preferably generally a screw contact element ment so that the ground conductor and the body component can be screwed together.

Über die Stromschienen-Anordnung werden regelmäßig zwei elektrische Komponenten miteinander verbunden, sodass eine Leistungs- und Energieversorgung erfolgen kann. Endseitig an der Stromschienen-Anordnung sind typischerweise Anschlussterminals ausgebildet, beispielsweise Kabelschuhe, Anschlussbolzen oder auch Anschlussleitungen, an denen gegebenenfalls wiederum ein Kontaktelement, z.B. ein Kabelschuh angeordnet sind. Die beiden Flachleiter sind dabei über die gesamte Länge oder zumindest über nahezu die gesamte Länge (zumindest 90 %) zwischen den beiden Enden / Anschlussterminals als gestapelte und schichtweise angeordnete Flachleiter ausgebildet. Lediglich im Anschlussbereich und damit im Bereich der zu verbindenden Komponenten kann die schichtweise Anordnung aufgelöst sein.Two electrical components are regularly connected to one another via the busbar arrangement, so that power and energy can be supplied. At the end of the busbar arrangement, connection terminals are typically formed, for example cable lugs, connection bolts or also connection lines, on which a contact element, e.g. a cable lug, may in turn be arranged. The two flat conductors are designed as stacked and layered flat conductors over the entire length or at least over almost the entire length (at least 90%) between the two ends/connection terminals. The layered arrangement can only be resolved in the connection area and thus in the area of the components to be connected.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Masseleiter zumindest an einer seiner beiden Endseiten lediglich bis zu der dort am Versorgungsleiter angeschlossenen Komponente geführt und ist an dieser Endseite mit dem Karosseriebauteil insbesondere über das Kontaktelement elektrisch leitend verbunden, ohne jedoch an der Komponente elektrisch angeschlossen zu sein. Es entfällt daher ein separates Anschlussterminal und eine separate Kontaktierung des Masseleiters an der elektrischen Komponente. Diese weist daher gerade kein Kontaktelement oder Anschlussterminals zum unmittelbar direkten elektrischen und mechanischen Anschluss des Masseleiters auf. Die erforderliche Masseverbindung kann anderweitig beispielsweise über eine sonstigen Kontaktverbindung mit dem Karosseriebauteil erfolgen. Diese Ausgestaltung beruht dabei auf der Überlegung, dass zum einen für die Masseanbindung grundsätzlich ein Strompfad über das Karosseriebauteil möglich und ausreichend ist, dass jedoch durch die gestapelte Anordnung der Flachleiter der Vorteil mit den guten EMV-Eigenschaften erzielt wird, sodass beispielsweise innerhalb des Fahrgastraums keine oder allenfalls eine geringe Belastung mit magnetischen oder elektromagnetischen Feldern zu befürchten ist.According to a preferred embodiment, the ground conductor is at least at one of its two end sides only as far as the component connected there to the supply conductor and is electrically conductively connected at this end side to the body part, in particular via the contact element, without being electrically connected to the component. A separate connection terminal and separate contacting of the ground conductor on the electrical component are therefore not required. This therefore has no contact element or connection terminals for the direct electrical and mechanical connection of the ground conductor. The necessary ground connection can take place elsewhere, for example via another contact connection with the body component. This configuration is based on the consideration that, on the one hand, a current path via the body component is possible and sufficient for the ground connection, but that the advantage of the good EMC properties is achieved through the stacked arrangement of the flat conductors, so that, for example, no or at most a low level of exposure to magnetic or electromagnetic fields is to be feared.

Alternativ hierzu ist der Masseleiter ergänzend - neben der Kontaktierung über das Kontaktelement mit dem Karosseriebauteil - auch unmittelbar an der Komponente über ein Anschlussterminal angeschlossen.As an alternative to this, the ground conductor is also connected directly to the component via a connection terminal--in addition to the contacting via the contact element with the body component.

In bevorzugter Weiterbildung ist die Stromschienen-Anordnung und zumindest der Masseleiter zumindest an mehreren Befestigungsstellen an dem Karosseriebauteil mechanisch befestigt. Gemäß einer ersten Ausführungsvariante erfolgt an den Befestigungsstellen keine elektrische Kontaktierung des Masseleiters mit dem Karosseriebauteil. Alternativ erfolgt über die Befestigungsstellen zugleich auch eine elektrische Verbindung zwischen Masseleiter und Karosseriebauteil. Im letztgenannten Fall sind daher zumindest mehrere der zuvor beschriebenen Kontaktelemente vorgesehen.In a preferred development, the busbar arrangement and at least the ground conductor are mechanically attached to the body component at least at a plurality of attachment points. According to a first embodiment variant, there is no electrical contact between the ground conductor and the body component at the attachment points. Alternatively, at the same time, an electrical connection between the ground conductor and the body component also takes place via the attachment points. In the latter case, at least several of the contact elements described above are therefore provided.

Die Befestigung erfolgt hierbei insbesondere über eine Schraubverbindung oder über Klipse. Auch ist eine Klebebefestigung möglich, beispielsweise über einen Kleber oder Klebeband, die beispielsweise elektrisch leitfähig sind.In this case, the fastening takes place in particular via a screw connection or via clips. Adhesive attachment is also possible, for example using an adhesive or adhesive tape, which are electrically conductive, for example.

In einer Ausführungsvariante ist beispielsweise der Masseleiter mit den Karosseriebauteil verschweißt, beispielsweise entlang der äußeren Längskanten des Masseleiters.In one embodiment variant, the ground conductor is welded to the body component, for example, along the outer longitudinal edges of the ground conductor.

In bevorzugter Ausgestaltung sind die beiden Flachleiter über ihre Länge mithilfe von mehreren Verbindungselementen, beispielsweise Klettverbinder, Klipse oder dergleichen aneinandergehalten. Insbesondere im Bereich dieser Verbindungselemente sind die beiden Flachleiter am Karosseriebauteil befestigt. Speziell sind die Verbindungselemente daher gleichzeitig als Befestigungselemente ausgebildet und üben daher eine Doppelfunktion aus. Bevorzugt bestehen die Verbindungselemente aus einem elektrischen Isolationsmaterial wie Kunststoff.In a preferred embodiment, the two flat conductors are held together over their length using a number of connecting elements, for example Velcro fasteners, clips or the like. The two flat conductors are attached to the body component in particular in the area of these connecting elements. In particular, the connecting elements are therefore designed as fastening elements at the same time and therefore have a dual function. The connecting elements are preferably made of an electrical insulating material such as plastic.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Karosseriebauteil Teil einer Fahrgastzelle und ist insbesondere ein Karosserieboden der Fahrgastzelle. Die Stromschienen-Anordnung ist dabei auf der zur Fahrgastzelle orientierten Seite des Karosseriebauteil angeordnet. Die Stromschienen-Anordnung mit dem blanken Masseleiter verläuft daher vor Umwelteinflüssen geschützt innerhalb der Fahrgastzelle.According to a preferred embodiment, the body component is part of a passenger cell and is in particular a body floor of the passenger cell. In this case, the conductor rail arrangement is arranged on the side of the body component which is oriented toward the passenger compartment. The conductor rail arrangement with the bare ground conductor therefore runs protected from environmental influences within the passenger cell.

Bei dem Karosseriebauteil handelt es sich vorzugsweise um einen Batteriedeckel einer Traktionsbatterie. Bei dem Kraftfahrzeug handelt sich daher um ein elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Hybridfahrzeug oder ein reines Elektrofahrzeug. Über die Traktionsbatterie wird die erforderliche Energie für den elektromotorischen Antrieb des Kraftfahrzeugs zur Verfügung gestellt. Derartige Traktionsbatterien sind typischerweise unterhalb des Fahrzeugbodens angeordnet. Die gesamte Traktionsbatterie, die typischerweise aus einer Vielzahl von einzelnen miteinander geeignet verschalteten Batteriemodulen besteht, ist von einem Batteriedeckel nach oben abgeschlossen. Dieser Batteriedeckel wird häufig zugleich als Fahrzeugboden herangezogen und ist damit Teil der tragenden Fahrzeugkarosserie. Bei diesem Batteriedeckel handelt sich dabei insbesondere um einen Metalldeckel, welcher vorzugsweise als blanker Metalldeckel beispielsweise aus Aluminium und damit ohne eine darauf angebrachte Isolierung oder auch Lackierung ausgebildet ist. Der blanke Masseleiter ist daher auf dem blanken Batteriedeckel verlegt.The body component is preferably a battery cover of a traction battery. The motor vehicle is therefore a motor vehicle driven by an electric motor, for example a hybrid vehicle or a purely electric vehicle. The energy required for the electric motor drive of the motor vehicle is made available via the traction battery. Such traction batteries are typically located beneath the vehicle floor. The entire traction battery, which typically consists of a large number of individual battery modules suitably connected to one another, is closed at the top by a battery cover. This battery cover is often also used as the vehicle floor and is therefore part of the supporting vehicle body. In this battery cover is in particular a metal cover, which is preferably a bare metal cover such as aluminum and is thus formed without insulation or paint applied to it. The bare ground wire is therefore routed to the bare battery cover.

Die hier beschriebene Vorrichtung zur Leistung- und Energieversorgung mit den beiden gestapelten Flachleitern ist allgemein Teil eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes. Bevorzugt ist sie Teil eines Niedervolt-Bordnetzes mit einer Bordnetzspannung kleiner 60 V, beispielsweise mit einer Bordnetzspannung von 12 V oder 48 V. Speziell bei diesen geringen Spannungen sind keine besonderen Zusatzmaßnahmen für den Insassenschutz erforderlich. Eine erforderliche elektrische Isolierung zum Berührungsschutz erfolgt durch die üblicherweise vorhandenen Verkleidungsteile im Inneren des Fahrgastraums.The device described here for power and energy supply with the two stacked flat conductors is generally part of a motor vehicle electrical system. It is preferably part of a low-voltage electrical system with an electrical system voltage of less than 60 V, for example with an electrical system voltage of 12 V or 48 V. Especially with these low voltages, no special additional measures are required for occupant protection. A necessary electrical insulation to protect against contact is provided by the paneling parts that are usually present inside the passenger compartment.

Bei den miteinander verbundenen Komponenten handelt sich allgemein um Verbraucher, Leistungsverteiler, eine Sicherungsbox, eine Batterie, Wechselrichter oder auch einen DC/DC Wandler. Bevorzugt wird mittels der Stromschienen-Anordnung eine Versorgungsquelle zumindest mittelbar mit einem Verbraucher verbunden. Bei der Versorgungsquelle handelt sich insbesondere um eine Batterie oder auch um einen Generator.The interconnected components are generally consumers, power distributors, a fuse box, a battery, an inverter or a DC/DC converter. A supply source is preferably at least indirectly connected to a consumer by means of the busbar arrangement. The supply source is in particular a battery or else a generator.

Speziell ist über die Stromschienen-Anordnung eine Fahrzeugbatterie und insbesondere einen DC/DC-Wandler mit einem Verbraucher oder einem Leistungsverteiler verbunden. Über den DC/DC Wandler wird die Spannung der üblicherweise als Hochvolt-Batterie ausgebildeten (Traktions-) Batterie auf die gewünschte Niedervolt-Bordnetzspannung transformiert.In particular, a vehicle battery and in particular a DC/DC converter is connected to a consumer or a power distributor via the busbar arrangement. The voltage of the (traction) battery, which is usually designed as a high-voltage battery, is transformed to the desired low-voltage vehicle electrical system voltage via the DC/DC converter.

Bei der Stromschienen-Anordnung handelt sich allgemein um eine vorgefertigte Montage-Baueinheit, die lediglich noch in das Fahrzeug eingebaut werden muss. Diese Montage-Baueinheit weist die beiden gestapelten Flachleiter auf, wobei der Masseleiter - im vormontierten Zustand (unmittelbar) vor seiner Montage am Karosseriebauteil als blanker Metallleiter und frei von einer Isolation vorliegt.The conductor rail arrangement is generally a prefabricated assembly unit that only has to be installed in the vehicle. This assembly unit has the two stacked flat conductors, the ground conductor being present as a bare metal conductor and free of insulation in the preassembled state (immediately) before it is mounted on the body component.

Die vorgefertigte Baueinheit weist weiterhin eines oder mehrere und vorzugsweise alle der nachfolgenden und zuvor bereits beschriebenen Elemente auf:

- Das zumindest und vorzugsweise genau eine Kontaktelement zur elektrischen und mechanischen Verbindung des Masseleiters mit dem Karosseriebauteil;
- Verbindungselemente zum Verbinden und Haltern der beiden Flachleiter aneinander, die vorzugsweise zugleich als Befestigungselemente ausgebildet sind;
- Anschlussterminals zum Anschluss an die zu verbindenden Komponenten.

The prefabricated structural unit also has one or more and preferably all of the following and previously described elements:

- The at least and preferably precisely one contact element for the electrical and mechanical connection of the ground conductor to the body component;
- Connecting elements for connecting and holding the two flat conductors together, which are preferably also designed as fastening elements;
- Connection terminals for connection to the components to be connected.

Weiterhin ist die Stromschienen-Anordnung vorzugsweise an die Kontur und den Verlauf des Karosseriebauteils angepasst, d. h. sie ist derart ausgebildet und insbesondere beispielsweise abschnittsweise gebogen, sodass sie über ihre gesamte Länge am Karosseriebauteil flächig anliegt. Insbesondere auch dann, wenn das Karosseriebauteil nicht eben ausgebildet ist, sondern vielmehr eine dreidimensionale Kontur aufweist, so dass sich der Masseleiter an diesem dreidimensionalen Bauteil anlegen kann.Furthermore, the busbar arrangement is preferably adapted to the contour and the course of the body component, i. H. it is designed and in particular bent in sections, for example, such that it rests flat on the body component over its entire length. In particular, even if the body component is not flat, but rather has a three-dimensional contour, so that the ground conductor can rest against this three-dimensional component.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen in teilweise stark vereinfachten Darstellungen:

1 eine Darstellung eines Kraftfahrzeugs,
2 eine Querschnittsdarstellung einer Stromschienen-Anordnung mit einem blanken Masseleiter, der auf einen blanken Karosseriebauteil aufliegt sowie
3 eine ausschnittsweise Seitendarstellung einer Vorrichtung zur elektrischen Leistungsversorgung mit einer in 2 dargestellten Stromschienen-Anordnung.

An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the figures. These show in partly greatly simplified representations:

1 a representation of a motor vehicle,
2 a cross-sectional view of a busbar assembly with a bare ground conductor that rests on a bare body part and
3 a sectional side view of a device for electrical power supply with an in 2 busbar arrangement shown.

Ein in der 1 dargestelltes Kraftfahrzeug 2 weist eine Stromschienen-Anordnung 4 als Teil einer Vorrichtung zur elektrischen Leistungsversorgung innerhalb des Kraftfahrzeugs 2 auf. Die Stromschienen-Anordnung 4 verbindet zwei elektrische Komponenten, im Ausführungsbeispiel einen DC/DC-Wandler 6 mit einem Leistungsverteiler 8. Die Stromschienen-Anordnung 4 ist dabei auf einem Batteriedeckel als Karosseriebauteil 10 verlegt. Der Batteriedeckel ist Teil einer hier nicht weiter dargestellten Traktionsbatterie 12. Der Batteriedeckel bildet zugleich einen Unterboden einer hier nicht näher dargestellten Fahrgastzelle aus.An Indian 1 The motor vehicle 2 shown has a conductor rail arrangement 4 as part of a device for supplying electrical power within the motor vehicle 2 . The busbar arrangement 4 connects two electrical components, in the exemplary embodiment a DC/DC converter 6 with a power distributor 8. The busbar arrangement 4 is laid on a battery cover as a body component 10. The battery cover is part of a traction battery 12, not shown here. The battery cover also forms an underbody of a passenger cell, not shown here.

An seiner einen Endseite, im Ausführungsbeispiel der zum Wandler 6 gerichteten Endseite, weist die Stromschienen-Anordnung 4 jeweils Leitungsstücke als Anschlussterminals 14 auf, die die Stromschienen-Anordnung 4, nämlich zum einen eine Versorgungsleiter 16 und zum anderen einen Masseleiter 18 (vgl. hierzu auch die 2 und 3) mit geeigneten Kontaktanschlüssen des Wandlers 6 verbindet.On its one end side, in the exemplary embodiment the end side directed towards the converter 6, the busbar arrangement 4 has line sections as connection terminals 14, which connect the busbar arrangement 4, namely a supply conductor 16 on the one hand and a ground conductor 18 on the other (cf also the 2 and 3 ) with suitable contact terminals of the converter 6 connects.

Auf der gegenüberliegenden Endseite der Stromschienen-Anordnung 4, im Ausführungsbeispiel also am Leistungsverteiler 8, ist der Versorgungsleiter 16 angeschlossen und vorzugsweise unmittelbar an einem Stromverteiler 20, beispielsweise einem Verteilerblech. Von diesem gehen mehrere jeweils über Sicherungselemente abgesicherte Versorgungsstränge 22 insbesondere auch mit unterschiedlichen Leiterquerschnitten ab, um dann zu hier nicht näher dargestellten Verbrauchern zu führen und diese mit Energie zu versorgen.The supply conductor 16 is connected to the opposite end of the busbar arrangement 4, ie to the power distributor 8 in the exemplary embodiment, and preferably directly to a current distributor 20, for example a distributor plate. From this go meh supply strands 22, each of which is protected by fuse elements, in particular also with different conductor cross-sections, in order to then lead to consumers, not shown in detail here, and to supply them with energy.

In 1 ist weiterhin ein Kontaktelement 24 dargestellt, welches unmittelbar im Bereich des Leistungsverteilers 8 ausgebildet ist und welches zur elektrischen Kontaktierung sowie auch zur mechanischen Befestigung des Masseleiters 18 am Karosseriebauteil 10 dient.In 1 a contact element 24 is also shown, which is formed directly in the area of the power distributor 8 and which is used for electrical contacting as well as for mechanical attachment of the ground conductor 18 to the body component 10 .

Weiterhin sind über die Länge der Stromschienen-Anordnung 4 verteilt mehrere Verbindungselemente 26 dargestellt, über die die beiden Flachleiter, also der Versorgungsleiter 16 und der Masseleiter 18 aneinandergehalten sind und über die zudem gleichzeitig eine Befestigung am Karosseriebauteil 10 erfolgt. Hierbei erfolgt bevorzugt lediglich eine mechanische Befestigung, ohne dass eine elektrische Verbindung des Masseleiters 18 am Karosseriebauteil 10 erfolgt.Also shown are several connecting elements 26 distributed over the length of the busbar arrangement 4, via which the two flat conductors, ie the supply conductor 16 and the ground conductor 18, are held together and via which attachment to the body component 10 also takes place at the same time. In this case, preferably only a mechanical attachment takes place, without an electrical connection of the ground conductor 18 to the body component 10 taking place.

Sowohl bei dem Versorgungsleiter 16 als auch bei dem Masseleiter 18 handelt es sich jeweils um einen Flachleiter, also um eine Metallschiene mit rechteckförmigen Querschnittsprofil. Wie speziell anhand der 2 zu erkennen ist, ist der Masseleiter 18 dabei als ein blanker Metallleiter ausgebildet, welcher also umfangsseitig keine eigene Isolierung aufweist. Demgegenüber weist der Versorgungsleiter 16 eine Isolierung 28 auf, die den Versorgungsleiter 16 nach Art eines Isolationsmantels umfangsseitig umgibt. Lediglich an seinen Endseiten ist der Versorgungsleiters 16 von der Isolierung 28 befreit, um dort den elektrischen Anschluss zu ermöglichen. Umgekehrt ist der Masseleiter 18 über seine gesamte Länge frei von jeglicher Isolation. Eine Isolierung zum Versorgungsleiter 16 erfolgt über die Isolation 28 des Versorgungsleiters 16. Sofern vorliegend daher davon gesprochen wird, dass der Masseleiter 18 frei von einer Isolierung ist, so wird hierunter verstanden, dass der Masseleiter 18 keine eigene Isolierung aufweist, also keine Isolierung, die ihn nach Art eines Mantels vollumfänglich umgibt.Both the supply conductor 16 and the ground conductor 18 are flat conductors, that is to say a metal rail with a rectangular cross-sectional profile. How specifically based on the 2 can be seen, the ground conductor 18 is designed as a bare metal conductor, which therefore has no insulation of its own on the peripheral side. In contrast, the supply conductor 16 has an insulation 28 which surrounds the supply conductor 16 on the peripheral side in the manner of an insulating jacket. The supply conductor 16 is freed from the insulation 28 only at its end sides in order to enable the electrical connection there. Conversely, the ground conductor 18 is devoid of any insulation over its entire length. Insulation from the supply conductor 16 is provided by the insulation 28 of the supply conductor 16. If it is therefore stated here that the ground conductor 18 is free of insulation, this means that the ground conductor 18 has no insulation of its own, i.e. no insulation that completely surrounds him like a cloak.

Im Ausführungsbeispiel der 2 ist weiterhin vorgesehen, dass ein Leiterquerschnitt des Masseleiters 18 kleiner ist als ein Leiterquerschnitt des Versorgungsleiters 16. Hierzu ist entweder die Breite und / oder die Höhe des Masseleiters 18 gegenüber dem Versorgungsleiter 16 verringert. Ist nur die Breite oder nur die Höhe verringert, so ist die Ausdehnung in die jeweils andere Richtung (also Höhe oder Breite) bevorzugt identisch zu der des Versorgungsleiters 18.In the embodiment of 2 It is further provided that a conductor cross section of the ground conductor 18 is smaller than a conductor cross section of the supply conductor 16. For this purpose, either the width and/or the height of the ground conductor 18 is reduced compared to the supply conductor 16. If only the width or only the height is reduced, the expansion in the other direction (i.e. height or width) is preferably identical to that of the supply conductor 18.

Anhand der Seitenansicht der 3 ist eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der auf der einen Endseite als Anschlussterminal 14 Anschlussbolzen, speziell Schraubbolzen an den beiden Flachleitern 16,18 angebracht, insbesondere angeschweißt sind. An der gegenüberliegenden Endseite ist der Versorgungsleiter 16 über einen Gehäusestutzen in das Gehäuse der daran angeschlossenen Komponente, speziell der beschriebene Leistungsverteiler 8 eingeführt. Der elektrische Anschluss erfolgt im Inneren, beispielsweise über den zu der 1 beschriebenen Stromverteiler 20.Based on the side view of 3 an embodiment variant is shown in which on one end side as a connection terminal 14 connection bolts, specifically screw bolts, are attached to the two flat conductors 16,18, in particular welded. On the opposite end side, the supply conductor 16 is introduced via a housing socket into the housing of the component connected to it, specifically the power distributor 8 described. The electrical connection is made inside, for example via the to the 1 described current distributor 20.

In der 3 ist weiterhin eine Ausführungsvariante als Beispiel dargestellt, bei der der Masseleiter 16 lediglich bis unmittelbar vor der über den Versorgungsleiter 16 angeschlossenen Komponente, hier Leistungsverteiler 8 geführt ist, ohne dass eine direkte elektrische Kontaktierung mit dem Leistungsverteiler 8 erfolgt. Eine gegebenenfalls erforderliche Massekontaktierung erfolgt beispielsweise direkt über ein geeignetes Masseanschluss-Element mit dem Karosseriebauteil 10.In the 3 an embodiment variant is also shown as an example in which the ground conductor 16 is only routed to directly in front of the component connected via the supply conductor 16, in this case the power distributor 8, without direct electrical contact being made with the power distributor 8. Any necessary ground contact is made, for example, directly via a suitable ground connection element with body component 10.

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

22: Kraftfahrzeugmotor vehicle
44: Stromschienen-Anordnungbusbar arrangement
66: DC/DC-WandlerDC/DC converter
88th: Leistungsverteilerpower distributor
1010: Karosseriebauteilbody component
1212: Traktionsbatterietraction battery
1414: Anschlussterminalconnection terminal
1616: Versorgungsleitersupply ladder
1818: Masseleitersground wire
2020: Stromverteilerpower distributor
2222: Versorgungssträngesupply lines
2424: Kontaktelementcontact element
2626: Verbindungselementfastener
2828: Isolierunginsulation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102015220115 B4 [0006]

Claims

Device for distributing electrical power in a vehicle (2) with a stacked busbar arrangement (4) with a supply conductor (16) and with a ground conductor (18), which rest against one another and are each designed as flat conductors, and with a body component (10 ) along which the busbar arrangement (4) is guided, characterized in that the ground conductor (18) is designed as a bare metal conductor without insulation, at least in the areas where it rests on the supply conductor (16).

device after claim 1 , characterized in that the ground conductor (18) rests on the body part (10) and is also in the areas where it rests on the body part (10) as a bare metal conductor without insulation.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the body component (10) is electrically conductive and the ground conductor (18) rests on the body component (10), with no electrical insulation being formed between the ground conductor (18) and the body component (10). is.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ground conductor (18) has a smaller cross-sectional area than the supply conductor (16).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the ground conductor (18) is electrically connected to the body component (10) via a contact element (24).

Device according to the preceding claim, characterized in that the contact element (24) is designed as a laterally protruding contact lug.

Device according to one of the two preceding claims, characterized in that the conductor rail arrangement (4) connects two electrical components to one another, the ground conductor (18) being routed at least at one end only as far as the component connected there to the supply conductor (16) and is electrically conductively connected at this end side to the body component (10) via the contact element (24), without being electrically connected to the component.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor rail arrangement (4) is attached to the body component (10) at least at a plurality of attachment points.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the two flat conductors are held together by connecting elements (26), in particular Velcro fasteners or clips, and are fastened to the body component (10) in particular in the region of the connecting elements (26).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the body component (10) is part of a passenger compartment, in particular a body floor of the passenger compartment, the conductor rail arrangement (4) being attached to the side of the body component (10) oriented towards the passenger compartment.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the body component (10) is a battery cover of a traction battery (12).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that it is part of a low-voltage vehicle electrical system with a vehicle electrical system voltage of less than 60V.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor rail arrangement (4) connects a vehicle battery, in particular a DC/DC converter (6) to a consumer or a power distributor (8).

Conductor rail arrangement (4) for a vehicle with a device according to one of the preceding claims, which has two stacked flat conductors, namely a supply conductor (16) and a ground conductor (18), the ground conductor (18)) at least in the areas which he rests on the supply conductor (16), is designed as a bare metal conductor without insulation.