EP4388627A1 - Stromschienenanordnung insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen kraftfahrzeug - Google Patents

Stromschienenanordnung insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen kraftfahrzeug

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EP4388627A1
EP4388627A1 EP22770007.7A EP22770007A EP4388627A1 EP 4388627 A1 EP4388627 A1 EP 4388627A1 EP 22770007 A EP22770007 A EP 22770007A EP 4388627 A1 EP4388627 A1 EP 4388627A1
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EP
European Patent Office
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busbar
trough
carrier
arrangement
busbars
Prior art date
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Pending
Application number
EP22770007.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Julian FAULHABER
Frederik Püschel
Volker Rüdiger Reuss
Stefan Werner Gellert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Preh GmbH
Original Assignee
Preh GmbH
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Filing date
Publication date
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Publication of EP4388627A1 publication Critical patent/EP4388627A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H02G5/10—Cooling
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • Conductor rail arrangement in particular for an electrical, multi-pole high-current connection in an electrically driven motor vehicle
  • the invention relates to a conductor rail arrangement, in particular for an electrical, multi-pole high-current connection in an electrically driven motor vehicle.
  • Conductor rail arrangement in motor vehicles in particular in electrically powered motor vehicles, are subject to various requirements. On the one hand, they must have the necessary current-carrying capacity, which increases steadily with increasing power of the electric motor drive and with increasing charging power of the traction battery or the charging infrastructure. Furthermore, due to the unavoidable ohmic losses, measures are often required to dissipate heat from the current-carrying components of the busbar arrangement. In order to be able to provide as much installation space as possible for the traction battery and thus high electrical capacity, a high integration density is also sought.
  • the invention relates to a conductor rail arrangement, in particular for an electrical, multi-pole high-current connection in an electrically driven motor vehicle, for example between the traction battery and the electric drive motor and/or a charging infrastructure located outside the motor vehicle and the traction battery.
  • the busbar arrangement according to the invention has a plurality of essentially flat supports made of an electrical insulating material, which are stacked along a stacking direction and each form one or more trough-shaped receptacles which are open on one side.
  • a plurality of busbars made of metal, such as copper, or a metallic alloy are provided, each of which is arranged in one of the receptacles.
  • Preferred are in at least one carrier, more preferably in all; Carriers of the busbar assembly, added a plurality of busbars in each case an associated recording.
  • the plurality of busbars provided for each carrier are preferably electrically isolated from one another.
  • At least one carrier preferably all carriers, has a base forming a contact surface for the respective conductor rail and thereby a trough base of the trough-shaped receptacle, and for each receptacle a first web surrounding the respective conductor rail circumferentially and forming a side wall of the trough-shaped receptacle to provide an associated clearance and creepage distance on the carrier formed from the electrical insulating material.
  • the web preferably runs around the narrow sides of the busbar that is accommodated in each case.
  • the electrical insulation material is, for example, a plastic such as a thermoplastic.
  • the carrier is, for example, in a thermoforming process, such as an injection molding process, manufactured.
  • the carrier can be designed in one or more parts.
  • the carrier is made in one piece and; has a unitary base with one or more first ridges rising from the base.
  • the busbars are preferably each accommodated in the associated receptacle without the use of adhesive.
  • the busbars are preferably accommodated in the trough-shaped receptacle in a form-fitting and/or force-fitting manner.
  • the solution according to the invention provides a busbar arrangement, in particular for the electrical, multi-pole high-current connection in an electrically driven motor vehicle, which has a high integration density, allows comparatively complex courses of the busbars while complying with the prescribed clearances and creepage distances as minimum distances, and also has a sufficient and permanent mechanical: has stability.
  • the core of the conductor rail arrangement according to the invention is the combination and functional integration of various requirements in a design that is as compact as possible.
  • the busbars are stamped from a single sheet and then electrically insulated from one another by the carrier.
  • a compact structure is achieved, while remaining thermally close to a cooling connection and thus offering short transmission paths, which in turn result in a compact design and material reduction of the copper busbars.
  • a kind of heat spread and transmission in non-active busbars / Areas take place and thus the good thermal conductivity of the material of the busbars can be used, for example, to connect as broadly and extensively as possible to a heat sink, such as a cooling channel.
  • At least one carrier preferably has a; protruding in the direction of the next-adjacent carrier, the second web which, together with the first webs of the next-adjacent carrier, forms a iabyrinth-shaped creepage and/or air gap between two busbars accommodated in the next-adjacent carrier.
  • the air gap which is thus lengthened in the form of a labyrinth, increases tracking resistance, the spacing between the busbars of the next adjacent carrier can be reduced, which saves installation space and also improves heat spread over the busbars, which are thus arranged more closely adjacent.
  • the second web is designed and arranged in such a way that he in the free gap between two first webs of the next adjacent carrier and between two Busbars of the next-neighboring carrier is immersed without affecting this next-neighboring carrier.
  • the carrier preferably forms one or more trough-shaped receptacles only on the side of one of its two main surfaces.
  • all trough-shaped receptacles are aligned open along the stacking direction.
  • all of the sockets of the busbar assembly open in a direction away from a heat sink, the heat sink being arranged adjacent to the socket-free bottom surface of the bottom of an outer support.
  • At least one outer carrier of the busbar arrangement has a base which is designed for thermally conductive coupling to a heat sink.
  • particles of thermally conductive material are embedded in the material of the carrier, in particular exclusively in the base region of the carrier that forms the base area that is free of receptacles.
  • the outer carrier preferably has a skeleton forming the first web or webs and an insulating film at least partially forming the bottom of the outer carrier. This achieves efficient heat dissipation from the busbar or busbars accommodated in the outer carrier.
  • it is an: insulating film having a thermoplastic film substrate.
  • insulating film refers exclusively to the electrical insulating ability of the film, not necessarily or at least to a negligible extent to thermal insulating ability.
  • the material and the thickness of the insulation film of the outer carrier is chosen so that its thermal conductivity in the stacking direction is better than that of the bottom of all remaining carriers,
  • An outer carrier is preferably the carrier with the largest external dimension.
  • a skeleton is understood to mean a carrier with openings. For example, an opening is provided for each receptacle, the outer edge of which runs offset parallel to the first web and thus forms a support edge as the contact surface of the base for the busbar, while the insulating film closes the opening and at least partially closes the base of the carrier and thus that of the associated receptacle or who makes recordings.
  • a silicone-based, polyurethane-based or acrylate-based, preferably elastomeric, insert with a ceramic filler such as aluminum oxide, zinc oxide and/or boron nitride is preferably arranged between the insulating film and the associated busbar.
  • a ceramic filler such as aluminum oxide, zinc oxide and/or boron nitride
  • the insert is preferably arranged to fill the gap between the conductor rail and the insulating film created by the support edge and thus to bridge it in a thermally conductive manner in comparison to an air filling.
  • busbars of the plurality of busbars which are arranged in the next adjacent supports, are electrically conductively connected by a non-positive connection, such as a rivet or screw connection. All the busbars of the busbar arrangement are preferably arranged so as to be electrically isolated from one another.
  • At least one carrier preferably has an opening for an electrical contact pin for making electrical contact with the busbar arrangement and for drawing off or supplying an electric current.
  • the term contact pin is to be interpreted broadly.
  • the busbars are preferably each formed as a stamped part or as a stamped/embossed part, for example a metal sheet.
  • At least one conductor rail preferably forms a base section for mounting an electrical contact element within its course arranged in the associated trough-shaped receptacle.
  • the base section is designed to produce a non-positive electrical connection, such as screwing or riveting, with a connection part, such as a contact pin.
  • the base section is introduced into the busbar, for example by embossing.
  • the busbar arrangement it also has a heat sink, such as a heat exchanger, a heat sink for convection cooling, the heat sink being arranged adjacent to an outer carrier of the plurality of carriers.
  • the invention also relates to the use of the conductor rail arrangement in one of the previously described embodiments in a motor vehicle driven by an electric motor.
  • FIG. 1 shows a perspective top view of an embodiment of the busbar arrangement 1 according to the invention
  • FIG. 2 shows a perspective exploded view of the embodiment shown in FIG. 1 of the busbar arrangement 1 according to the invention
  • FIG. 3 is a detail sectional view of that shown in FIG.
  • the busbar arrangement 1 has several, here two, stacked along a stacking direction S, arranged, essentially flat supports 2a, 2b made of an electrical insulating material, which each form several trough-shaped receptacles 13a and 13b open on one side.
  • several busbars 4a and 4b made of metal, such as copper, or a metallic alloy, which are each arranged in one of the receptacles 13a and 13b, are provided.
  • the busbars 4a, 4b are each formed as a stamped part or as a stamped/embossed part from a metal sheet.
  • all carriers 2a, 2b of the busbar assembly 1 are several busbars 4a, 4b each in an associated receptacle 13a, 13b added.
  • all busbars 4a, 4b are arranged electrically insulated from one another at least within the busbar arrangement 1.
  • All busbars 4a, 4b form one or more base sections 18a, 18b for mounting an electrical contact element within their course arranged in the associated trough-shaped receptacle 13a, 13b.
  • the base section 18a, 18b is designed to produce a non-positive electrical connection, such as screwing or riveting, with a connection part, such as a contact pin 5a, 5b.
  • the base section 18a, 18b is introduced into the busbar 4a, 4b, for example by embossing.
  • All carriers 2a, 2b form a base 14a, 14b forming a contact surface for the respective busbar 4a, 4b and thereby a trough base of the trough-shaped receptacle 13a, 13b (see also Figures 2 and 3) and for each receptacle 13a, 13 the respective First web 3a, 3b, which surrounds the busbar 4a, 4b and forms a side wall of the trough-shaped receptacle, in order to provide an associated clearance and creepage distance on the carrier 2a, 2b made of the electrical insulating material.
  • the web 3a, 3b runs around the narrow sides of the respectively accommodated busbar 4a, 4b and is flush with the exposed surface of the busbar 4a, 4b for the majority of the entire circumference.
  • the electrical insulation material is, for example, a plastic such as a thermoplastic.
  • the carrier 2a, 2b is, for example, produced entirely or partially in a thermoforming process, such as an injection molding process.
  • the embodiment shown has a one-piece carrier 2b and a multi-part carrier 2a.
  • the carrier 2b which is smaller in its external dimensions, is formed in one piece and has a one-piece structure consisting of the base 14b with a plurality of first webs 3b rising from the base 14b.
  • All current rails 4a, 4b are each arranged without adhesive in the associated receptacle 13a, 13b.
  • all carriers 2a, 2b form the plurality of trough-shaped receptacles 13a, 13b only on the side of one of its two main surfaces, ie on one side.
  • All trough-shaped receptacles 13, 13b are aligned open in the same direction along the stacking direction S and open in a direction that corresponds to the stacking direction. and a heat sink, not shown, and which is adjacent to the planar surface 12, defined by the bottom 14a, of the outermost carrier 2a when the busbar arrangement 1 is installed as intended.
  • the outer carrier 2a of the busbar arrangement 1 has a base 14a, which is designed for thermally conductive coupling to a heat sink and has a skeleton forming the first webs 3a and an insulating film 9 at least partially forming the base 14a of the outer carrier 2a.
  • This achieves efficient heat dissipation from the busbar(s) 4a accommodated in the outer carrier 2a.
  • This is an insulating film having a thermoplastic film substrate.
  • the part 7 of the carrier 2a provided with openings 10 is understood as the skeleton.
  • An opening 10 is provided for each receptacle 13a, the outer edge of which runs offset parallel to the first web 3a and thus forms a bearing edge 11 as a contact surface of the base 14a for the associated busbar 4a.
  • insulating film 9 refers exclusively to the electrical insulating capacity of the film, not necessarily or at least in a negligible manner to thermal insulating capacity. Rather, the material and the thickness of the insulating film 9 of the outer carrier 2a is selected such that its thermal conductivity in the stacking direction S is better than that of the bottom 14b of all remaining carriers 2b.
  • a silicone-based, polyurethane-based or acrylate-based, preferably elastomeric, insert 8 with a ceramic filler such as aluminum oxide, zinc oxide and/or boron nitride is preferably arranged between the insulating film 9 and the associated busbar 4a.
  • a ceramic filler such as aluminum oxide, zinc oxide and/or boron nitride
  • the insert 8 is arranged to fill the gap between the busbar 4a and the insulating film 9 generated by the support edge 11 or the opening 10 in a form-fitting manner and thus, for example, in comparison 2 and 3 show a: second web 6b protruding in the direction of the next adjacent support 2a, which with the first webs 3a of the next adjacent support 2a forms a labyrinthine creepage and/or air gap 16 between two conductor rails 4a accommodated in the next adjacent support 2a.
  • the second web 6b rises from that of the receptacle or receptacles 13b facing away from side 15 of the bottom 14b as the receptacle-free bottom surface of the bottom 14b of the web 6b forming carrier 2b.
  • the upper carrier 2b in the stacking direction S also has an opening 17 for an electrical contact pin 5a for making electrical contact with the busbar arrangement 1 and for drawing off or supplying an electric current.
  • the solution according to the invention provides a busbar arrangement 1, in particular for an electrical, multi-pole high-current connection in an electrically driven motor vehicle, which has a high integration density, allows comparatively complex courses of the busbars 4a, 4b while complying with the prescribed clearances and creepage distances as minimum distances, and also a has sufficient and permanent mechanical stability.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stromschienenanordnung (1), insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen Hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen Kraftfährzeug, aufweisend: mehrere entlang einer Stapelrichtung (S) gestapelt, angeordnete, im Wesentlichen flächige Träger (2a, 2b) aus einem elektrischen Isolationsmaterial, die jeweils eine oder mehrere, einseitig offene, wannenförmige Aufnahmen (13a, 13b) ausbilden; mehrere Stromschienen (4a, 4b) aus Metall oder einer metallischen Legierung, die jeweils in einer der wannenformige Aufnahmen (13 a, 13b) aufgenommen angeordnet sind; wobei wenigstens ein Träger (2a, 2b) einen eine Anlagefläche für die jeweilige Stromschiene (4a, 4b) und einen Wannenboden der wannenförmigen Aufnahme ausbildenden Boden (14a, 14b) und für jede Aufnahme (13a, 13b) einen die jeweilige Stromschiene (4a, 4b) umlaufend einfassenden, eine Seitenwand der wannenförmigen Aufnahme- (13 a, 13b) ausbildenden, ersten Steg (3 a, 3b) aufweist.

Description

Stromschienenanordnung insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen Hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft eine Stromschienenanordnung insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen Hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug. Stromschienenanordnung in Kraftfahrzeugen, insbesondere in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen, unterliegen diversen Anforderungen. Einerseits müssen sie die notwendige Stromtragfähigkeit aufweisen, die mit zunehmender Leistung des elektromotorischen Antriebs und mit zunehmender Ladeleistung der Traktionsbatterie bzw. der Ladeinfrastruktur stetig wächst. Ferner bedarf es aufgrund der nicht zu vermeidenden ohmschen Verluste vielmals Maßnahmen zur Wärmeabfuhr von den stromtragenden Komponenten der Stromschienenanordnung. Um möglichst viel Bauraum für die Traktionsbatterie und somit hohe elektrische Kapazität bereitstellen zu können, wird ferner eine hohe Integrationsdichte angestrebt. Dies erschwert den Einhalt der erforderlichen Luft- und Kriechstrecken zwischen den mit unterschiedlichen elektrischen Potenzialen beaufschlagten Stromschienen und wird mit steigendem Ladepotenzial und steigendem Potenzial der Traktionsbatterie zunehmend konstruktiv aufwändiger. Es ist zwar beispielswiese aus der DE 10 2019 214 18 A1 bekannt, Stromschienen mit Kunststoff zu umspritzen. Diese Lösung ist aufgrund des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizient der verwendeten Komponenten vergleichsweise aufwändig. Es ist ferner beispielsweise aus CN 102255162 A1 bekannt, mehrpolige Stromschienenanordnung durch Laminieren herzustellen. Da die Stromschienen im laminierten Bereich lediglich flächig ausgestaltet sind, sind komplexe Verläufe der Stromschienen nicht realisierbar. Darüber fehlt es solchen Konstruktionen meist an einer ausreichenden mechanischen Stabilität, die im Falle eines elektrischen Kraftfahrzeugs nicht nur im Fahrbetrieb sondern auch im Falle eines Unfalls gewährleistet sein muss.
Vor diesem Hintergrund bestand Bedarf nach einer Stromschienenanordnung insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen Hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug, welche ein hohe Integrationsdichte aufweist, vergleichsweise komplexe Verläufe der Stromschienen unter Einhalt der vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken als Mindestabstände gestattet, darüber hinaus eine ausreichende und dauerhafte mechanische Stabilität aufweist. Diese Aufgabe wird durch eine Stromschienenanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine gleichermaßen vorteilhafte Verwendung ist Gegenstand des nebengeordneten Anspruchs. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.
Die Erfindung betrifft eine Stromschienenanordnung, insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen Hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug beispielsweise zwischen der Traktionsbatterie und dem elektrischen Antriebsmotor und/oder einer außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Ladeinfrastruktur und der Traktionsbatterie. Die erfindungsgemäße Stromschienenanordnung weist mehrere entlang einer Stapelrichtung gestapelt, angeordnete, im Wesentlichen flächige Träger aus einem elektrischen Isolationsmaterial, die jeweils eine oder mehrere, einseitig offene, wannenförmige Aufnahmen ausbilden auf. Erfindungsgemäß sind mehrere Stromschienen aus Metall, wie Kupfer, oder einer metallischen Legierung, die jeweils in einer der Aufnahmen angeordnet sind, vorgesehen. Bevorzugt sind in wenigstens einem Träger, bevorzugter in allen; Trägern der Stromschienenanordnung, mehrere Stromschienen in jeweils einer zugehörigen Aufnahme aufgenommen. Bevorzugt sind die pro Träger vorgesehenen, mehreren Stromschienen elektrisch isoliert zueinander.
Erfindungsgemäß weist wenigstens ein Träger, bevorzugt alle Träger, einen eine Anlagefläche für die jeweilige Stromschiene und dabei einen Wannenboden der wannenförm igen Aufna hme ausbildenden Boden und für jede Aufnah me einen die jeweilige Stromschiene umlaufend einfassenden, eine Seitenwand der wannenförmigen Aufnahme ausbildenden, ersten Steg auf, um eine zugehörige Luft- und Kriechstrecke auf dem aus dem elektrischen Isolationsmaterial ausgebildeten Träger bereitzustellen. Bevorzugt umläuft der Steg die Schmalseiten der jeweils aufgenommenen Stromschiene. Das elektrische Isolationsmaterial ist beispielsweise ein Kunststoff, wie ein Thermoplast. Der Träger wird beispielsweise in einem thermisch formgebenden Verfahren, wie einem Spritzgussverfahren, hergestellt. Der Träger kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. Beispielsweise ist der Trager einteilig ausgebildet und; weist eine Einstückigkeit aus dem Boden mit sich von dem Boden erhebendem einen oder mehreren, ersten Stegen auf. Die Stromschienen sind bevorzugt jeweils klebstofffrei in die zugehörige Aufnahme aufgenommen. Bevorzugt sind die Stromschienen formschlüssig und/oder kraftschlüssig in der wannenförmigen Aufnahme aufgenommen. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Stromschienenanordnung insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen Hochstromverbindung in einem- elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug bereitgestellt, welche ein hohe Integrationsdichte aufweist, vergleichsweise komplexe Verläufe der Stromschienen unter Einhalt der vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken als Mindestabstände gestattet, darüber hinaus eine ausreichende und dauerhafte mechanische: Stabilität aufweist. Der Kern der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung ist die Kombination und Funktionsintegration von diversen Anforderungen in möglichst kompakter Bauweise. Beispielsweise werden aus einem einzelnen Blech die Stromschienen gestanzt und dann zueinander durch die Träger elektrisch isoliert. Dadurch Wird ein kompakter Aufbau erreicht, bleibt dabei thermisch nah an einer Kühlanbindung und bietet somit kurze Übertragungswege, welche wiederum eine kompakte Bauweise und Materialreduzierung der Kupferstromschienen zur Folge haben, Zudem kann durch die Nähe der Stromschienen zueinander eine Art Wärmespreizung und Übertragung in nicht aktive Stromschienen / Bereiche stattfinden und somit die gute Wärmeleiteigenschaft des Materials der Stromschienen genutzt werden, um beispielsweise möglichst breit und flächig an eine Wärmesenke, wie einen Kühlkanal, anzubinden.
Bevorzugt weist wenigstens ein Träger einen sich; in Richtung des nächstbenachbarten Trägers vorstehenden, zweiten Steg auf, der mit den ersten Stegen des nächstbenachbarten Trägers eine iabyrinthförmige Kriech- und/oder Luftstrecke zwischen zwei, in dem nächstbenachbarten Träger aufgenommenen Stromschienen ausbildet. Durch die somit labyrinthförmig verlängerte Luftstrecke wird die Kriechstromfestigkeit erhöht, kann die Beabstandung zwischen den Stromschienen des nächstbenachbarten Trägers verringert werden, was Bauraum einspart und ferner die Wärmespreizung über die somit dichter benachbart angeordneten Stromschienen verbessert, Beispielsweise ist der zweite Steg so ausgebildet und angeordnet, dass er in den freien Spalt zwischen zwei erste Stege des nächstbenachbarten Trägers und zwischen zwei Stromschienen des nächstbenachbarten Trägers eintaucht, ohne diesen nächstbenachbarten Träger zu tangieren.
Bevorzugt bildet der Träger jeweils nur auf der Seite einer seiner beiden Hauptflächen also einseitig eine oder mehrere wannenförmige Aufnahmen aus, Beispielsweise erhebt sich der zweite Steg von der der Aufnahme oder den Aufnahmen abgewandten Seite des Bodens als der aufnahmefreien Bodenfläche des Bodens des Trägers.
Bevorzugt sind alle wannenförmigen Aufnahmen entlang der Stapelrichtung gleichgerichtet geöffnet ausgerichtet. Beispielsweise öffnen sich alle Aufnahmen der Stromschienenanordnung in eine einer Wärmesenke abgewandten Richtung, wobei die Wärmesenke angrenzend an die aufnahmefreie Bodenfläche des Bodens eines äußeren Trägers angeordnet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung weist wenigstens ein äußerer Träger der Stromschienenanordnung einen Boden auf, der zur thermisch leitenden Kopplung mit einer Wärmesenke ausgebildet ist. Beispielsweise sind Partikel aus thermisch leitendem Material in das Material des Trägers, insbesondere ausschließlich in den die aufnahmefreie Bodenfläche ausbildenden Bodenbereich des Trägers eingebettet. Bevorzugt weist der äußere Träger ein den ersten Steg oder die ersten Stege ausbildendes Skelett und eine den Boden des äußeren Trägers zumindest teilweise ausbildende Isolationsfolie auf. Dadurch wird eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem oder den im äußeren Träger aufgenommenen Stromschienen erreicht. Beispielsweise handelt es sich um eine: ein thermoplastisches Foliensubstrat aufweisende Isolationsfolie, Der Begriff Isolationsfolie bezieht sich ausschließlich auf die elektrische Isolierfähigkeit der Folie, nicht zwingend oder zumindest in vemachlässigbarer Weise auf eine thermische Isolierfähigkeit. Bevorzugt ist das Material und die Dicke der Isolationsfolie des äußeren Trägers so gewählt, dass deren Wärmeleitfähigkeit in der Stapelrichtung besser ist als die des Bodens aller verbleibenden Trager,
Bevorzugt ist ein äußerer Träger derjenige Träger mit der größten Außenabmessung. Als Skelett wird ein Träger mit Durchbrüchen verstanden. Beispielsweise ist pro Aufnahme ein Durchbruch vorgesehen, dessen äußerer Rand parallel versetzt zum ersten Steg verläuft und somit eine Auflagekante als Anlagefläche des Bodens für die Stromschiene ausbildet, während die Isolationsfolie den Durchbruch verschließt und zumindest teilweise den Boden des Trägers und damit den der zugehörigen Aufnahme oder der Aufnahmen ausbildet.
Bevorzugt ist zwischen der Isolationsfolie und der zugehörigen Stromschiene eine silikonbasierte, polyurethanbasierte oder acrylatbasierte, bevorzugt elastomere Einlage mit keramischem Füllstoff, wie Aluminiumoxid, Zinkoxid und/oder Bornitrid, angeordnet. Derartige Einlagen sind unter dem Markennamen „GAP PAD®" kommerziell erhältlich. Bevorzugter ist die Einlage angeordnet, den durch die Auflagekante erzeugten Spalt zwischen der Stromschiene und der Isolationsfolie auszufüllen und somit im Vergleich zu einer Luftfüllung thermisch leitfähig zu überbrücken.
Beispielsweise sind wenigstens zwei Stromschienen der mehreren Stromschienen, die in nächstbenachbarten Trägern angeordnet sind, durch kraftschlüssige Verbindung, wie einer Niet- oder Schraubverbindung elektrisch leitend verbunden. Bevorzugt sind alle Stromschienen der Stromschienenanordnung elektrisch isoliert zueinander angeordnet.
Bevorzugt weist wenigstens ein Träger einen Durchbruch für einen elektrischen Kontaktstift zur elektrischen Kontaktierung der Stromschienenanordnung und Ab- oder Zuleitung eines elektrischen Stroms auf. Der Begriff Kontaktstift ist weit auszulegen.
Bevorzugt sind die Stromschienen jeweils als Stanzteil oder als Stanz- Prägeteil beispielsweise einem metallischen Blech ausgebildet.
Bevorzugt bildet wenigstens eine Stromschiene innerhalb ihres in der zugehörigen wannenförmigen Aufnahme angeordneten Verlaufs einen Sockelabschnitt zur Montage eines elektrischen Kontaktei em ents aus. Beispielsweise ist der Sockelabschnitt zur Herstellung einer kraftschlüssigen elektrischen Verbindung, wie Verschraubung oder Vernietung mit einem Anschlussteil, wie einem Kontaktstift ausgebildet. Der Sockelabschnitt ist beispielsweise durch prägen in die Stromschiene eingebracht. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Stromschienenanordnung weist diese ferner eine Wärmesenke, wie einen Wärmetauscher, einen Kühlkörper zur Konvektiönskühlung auf, wobei die Wärmesenke angrenzend an einen äußeren Träger der mehreren Träger angeordnet ist.
Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung der Stromschienenanordnung in einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen in einem elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeug.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Die Figuren sind dabei nur beispielhaft zu verstehen und stellen jeweils lediglich eine bevorzugte Aüsführungsvariante dar. Es zeigen :
Fig. 1 eine perspektivische Aufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung 1;
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsansicht der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Stromschienenanordnung 1;
Fig. 3 eine Detailschnittansicht der in Figur 1 gezeigten
Stromschienenanordnung 1.
Figur 1, 2 und 3 zeigen eine Stromschienenanordnung 1 zur elektrischen, mehrpoligen Hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug beispielsweise zwischen der Traktionsbatterie und dem elektrischen Antriebsmotor und/oder einer außerhalb des Kraftfahrzeugs befindlichen Ladeinfrastruktur und der Traktionsbatterie. Die Stromschienenanordnung 1 weist mehrere, hier zwei, entlang einer Stapelrichtung S gestapelt, angeordnete, im Wesentlichen flächige Träger 2a, 2b aus einem elektrischen Isolationsmaterial, die jeweils mehrere, einseitig offene, wannenförmige Aufnahmen 13a bzw. 13b ausbilden auf. Erfindungsgemäß sind mehrere Stromschienen 4a bzw. 4b aus Metall, wie Kupfer, oder einer metallischen Legierung, die jeweils in einer der Aufnahmen 13a bzw. 13b angeordnet sind, vorgesehen. Die Stromschienen 4a, 4b sind jeweils als Stanzteil oder als Stanz-Prägeteil aus einem metallischen Blech ausgebildet. In allen Trägern 2a, 2b der Stromschienenanordnung 1 sind mehrere Stromschienen 4a, 4b in jeweils einer zugehörigen Aufnahme 13a, 13b aufgenommen. Bei der gezeigten Ausführungsform sind nicht nur pro Träger 2a, 2b die zugehörigen Stromschienen 4a, 4b elektrisch isoliert zueinander, sondern alle Stromschienen 4a, 4b sind zumindest innerhalb der Stromschienenanordnung 1 elektrisch isoliert zueinander angeordnet. Alle Stromschienen 4a, 4b bilden innerhalb ihres in der zugehörigen wannenförmigen Aufnahme 13a, 13b angeordneten Verlaufs einen oder mehrere Sockelabschnitte 18a, 18b zur Montage eines elektrischen Kontaktelements aus. Beispielsweise ist der Sockelabschnitt 18a, 18b zur Herstellung einer kraftschlüssigen elektrischen Verbindung, wie Verschraubung oder Vernietung mit einem Anschlussteil, wie einem Kontaktstift 5a, 5 b ausgebildet. Der Sockelabschnitt 18a, 18b ist beispielsweise durch Prägen in die Stromschiene 4a, 4b eingebracht.
Alle Träger 2a, 2b bilden einen eine Anlagefläche für die jeweilige Stromschiene 4a, 4b und dabei einen Wannenboden der wannenförmigen Aufnahme 13a, 13b ausbildenden Boden 14 a, 14b (siehe auch Figur 2 und 3) und für jede Aufnahme 13a, 13 einen die jeweilige Stromschiene 4a, 4b umlaufend einfassenden, eine Seiten wand der wannenförmigen Aufnahme ausbildenden, ersten Steg 3a, 3b auf, um eine zugehörige Luft- und Kriechstrecke auf dem aus dem elektrischen Isolationsmaterial ausgebildeten Träger 2a, 2b bereitzustellen. Dabei umläuft der Steg 3a, 3b die Schmalseiten der jeweils aufgenommenen Stromschiene 4a, 4b und schließt für den überwiegenden Teil des gesamten Umfangs mit der freiliegenden Oberfläche der Stromschiene 4a, 4b bündig ab. Das elektrische Isolationsmaterial ist beispielsweise ein Kunststoff, wie ein Thermoplast. Der Träger 2a, 2b wird beispielsweise ganz oder teilweise in einem thermisch formgebenden Verfahren, wie: einem Spritzgussverfahren, hergestellt. Die gezeigte Ausführungsformen weist einen einteiligen Träger 2b als auch einen mehrteiligen Träger 2a auf. Der In seinen Außenabmessungen kleinere Träger 2b ist einteilig ausgebildet und weist eine Einstückigkeit aus dem Boden 14b mit sich von dem Boden 14b erhebenden, mehreren, ersten Stegen 3b auf. Sämtliche Strömschienen 4a, 4b sind jeweils klebstofffrei in der zugehörigen Aufnahme 13a, 13b angeordnet. Hier bilden alle Träger 2a, 2b jeweils nur auf der Seite einer seiner beiden Hauptflächen also einseitig die mehreren wannenförmigen Aufnahmen 13a, 13b aus. Dabei sind alle wannenförmigen Aufnahmen 13, 13b entlang der Stapelrichtung S gleichgerichtet geöffnet ausgerichtet und öffnen sich in eine Richtung, die der Stapelrichtung entspricht, und einer nicht dargestellten Wärmesenke abgewandt ist, und welche bei bestimmungsgemäßer Anbringung der Stromschienenanordnung 1 an die durch den Boden 14a definierte, ebene Fläche 12 des äußersten Trägers 2a angrenzt. Hier weist der äußere Träger 2a der Stromschienenanordnung 1 einen Boden 14a auf, der zur thermisch leitenden Kopplung mit einer Wärmesenke ausgebildet ist und weist ein die ersten Stege 3a ausbildendes Skelett und eine den Boden 14a des äußeren Trägers 2a zumindest teilweise ausbildende Isolationsfolie 9 auf. Dadurch wird eine effiziente Wärmeabfuhr aus dem oder den im äußeren Träger 2a aufgenommenen Stromschienen 4a erreicht. Hierbei handelt es sich um eine ein thermoplastisches Foliensubstrat aufweisende Isolationsfolie. Als Skelett wird der mit Durchbrüchen 10 versehene Teil 7 des Trägers 2a verstanden. Pro Aufnahme 13a ist jeweils ein Durchbruch 10 vorgesehen, dessen äußerer Rand parallel versetzt zum ersten Steg 3a verläuft und somit eine Auflagekante 11 als Anlagefläche des Bodens 14a für die zugehörige Stromschiene 4a ausbildet. Der Begriff Isolationsfolie 9 bezieht sich ausschließlich auf die elektrische Isolierfähigkeit der Folie, nicht zwingend oder zumindest in vernachlässigbarer Weise auf eine thermische Isolierfähigkeit. Vielmehr ist das Material und die Dicke der Isolationsfolie 9 des äußeren Trägers 2a so gewählt, dass deren Wärmeleitfähigkeit in der Stapelrichtung S besser ist als die des Bodens 14b aller verbleibenden Träger 2b.
Bevorzugt ist zwischen der Isolationsfolie 9 und der zugehörigen Stromschiene 4a jeweils eine silikonbasierte, polyurethanbasierte oder acrylatbasierte, bevorzugt elastomere Einlage 8 mit keramischem Füllstoff, wie Aluminiumoxid, Zinkoxid und/oder Bornitrid, angeordnet. Derartige Einlagen 8 sind unter dem Markennamen „GAP PAD®" kommerziell erhältlich. Hier ist die Einlage 8 angeordnet, den durch die Auflagekante 11, bzw, den Durchbruch 10 erzeugten Spalt zwischen der Stromschiene 4a und der Isolationsfolie 9 formschlüssig auszufüllen und somit beispielsweise im Vergleich zu einer Luftfüllung thermisch leitfähig zu überbrücken. Der in Stapelrichtung S über dem äußeren Träger 2a angeordnete Träger 2b weist, wie die Figuren 2 und 3 zeigen einen: sich in Richtung des nächstbenachbarten Trägers 2a vorstehenden, zweiten Steg 6b auf, der mit den ersten Stegen 3a des nächstbenachbarten Trägers 2a eine labyrinthförmige Kriech- und/oder Lüftstrecke 16 zwischen zwei, in dem nächstbenachbarten Träger 2a. aufgenommenen Stromschienen 4a ausbildet. Hier erhebt sich der zweite Steg 6b von der der Aufnahme oder den Aufnahmen 13b abgewandten Seite 15 des Bodens 14b als der aufnahmefreien Bodenfläche des Bodens 14b des den Steg 6b ausbildenden Trägers 2b. Der in der der Stapelrichtung S obere Träger 2b weist ferner einen Durchbruch 17 für einen elektrischen Kontaktstift 5a zur elektrischen Kontaktierung der Stromschienenanordnung 1 und Ab- oder Zuleitung eines elektrischen Stroms auf.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird eine Stromschienenanordnung 1 insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen Hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug bereitgestellt, weiche ein hohe Integrationsdichte aufweist, vergleichsweise komplexe Verläufe der Stromschienen 4a, 4b unter Einhalt der vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken als Mindestabstände gestattet, darüber hinaus eine ausreichende und dauerhafte mechanische Stabilität aufweist.

Claims

Ansprüche:
1. Stromschienenanordnung (1), insbesondere zur elektrischen, mehrpoligen Hochstromverbindung in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug, aufweisend: mehrere entlang einer Stapelrichtung (S) gestapelt, angeordnete, im Wesentlichen flächige Träger (2a, 2b) aus einem elektrischen Isolationsmaterial, die jeweils eine oder mehrere, einseitig offene, wannenförmige Aufnahmen (13a, 13b) ausbilden; mehrere Stromschienen (4a, 4b) aus Metall oder einer metallischen Legierung, die jeweils in einer der wannenförmigen Aufnahmen (13a, 13b) aufgenommen angeordnet sind; wobei wenigstens ein Träger (2a, 2b) einen eine Anlagefläche für die jeweilige Stromschiene (4a, 4b) und einen Wannenboden der wannenförmigen Aufnahme ausbildenden Boden (14a, 14b) und für jede Aufnahme (13a, 13b) einen die jeweilige Stromschiene (4a, 4b) umlaufend einfassenden, eine Seitenwand der wannenförmigen Aufnahme (13a, 13b) ausbildenden, ersten Steg (3a, 3b) aufweist.
2. Stromschienenanordnung (1) gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens ein Träger (3b) einen zweiten, sich in Richtung des nächstbenachbarten Trägers (3a) vorstehenden Steg (6b) aufweist, der mit den ersten Stegen (3a) des nächstbenachbarten Trägers (3a) eine labyrinthförmige Kriech- und/oder Luftstrecke (16) zwischen zwei, in dem nächstbenachbarten Träger (3a) aufgenommenen Stromschienen (4a) ausbildet.
3. Stromschienenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Träger (2a, 2b) lediglich einseitig mit wannenförmigen Aufnahmen (13a, 13b) ausgebildet sind und alle wannenförmigen Aufnahmen (13a, 13b) entlang der Stapelrichtung (S) gleichgerichtet geöffnet sind.
4. Stromschienenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens der Boden (14a) eines äußeren Trägers (2a) der Stromschienenanordnung (1) zur thermisch leitenden Kopplung mit einer Wärmesenke ausgebildet ist.
5. Stromschienenanordnung (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der äußere Träger (2a) ein den ersten Steg (3a) oder die ersten Stege ausbildendes Skelett und eine den Boden (14a) des äußeren Trägers (2a ) zumindest teilweise ausbildende Isolationsfolie (9) aufweist.
6. Stromschienenanordnung (1) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Isolationsfolie (9) und der zugehörigen Stromschiene (4a) eine silikonbasierte, polyurethanbasierte oder acrylatbasierte, bevorzugt elastomere Einlage (8) mit keramischem Füllstoff, wie Aluminiumoxid, Zinkoxid und/oder Bornitrid, angeordnet ist.
7. Stromschienenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens alle Stromschienen (4a, 4b) elektrisch isoliert zueinander in der Stromschienenanordnung (1) aufgenommen sind.
8. Stromschienenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein Träger (3b) einen Durchbruch (17) für einen elektrischen Kontaktstift (5b) aufweist, der elektrisch leitend mit einer Stromschiene (4a) verbunden ist, der in einem anderen der Träger (3a) angeordnet ist.
9. Stromschienenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromschienen (4a, 4b) jeweils als Stanzteil oder als Stanz-Prägeteil ausgebildet sind.
10. Stromschienenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei wenigstens eine Stromschiene (4a, 4b) innerhalb ihres in der zugehörigen wannenförmigen Aufnahme (13a, 13b) angeordneten Verlaufs einen Sockelabschnitt (18a, 18b) zur Montage eines elektrischen Kontaktelements ausbildet.
11. Stromschienenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Wärmesenke die angrenzend an einen äußeren Träger der mehreren Träger angeordnet ist.
12. Verwendung der Stromschienenanordnung (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche in einem elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeug.
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