WO2019115137A1 - Hochvolt-steckverbindungsteil für einen hochvolt-steckverbinder eines kraftfahrzeugs, hochvoltbordnetz sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Hochvolt-steckverbindungsteil für einen hochvolt-steckverbinder eines kraftfahrzeugs, hochvoltbordnetz sowie kraftfahrzeug Download PDF

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WO2019115137A1
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voltage
connector part
motor vehicle
line
voltage connector
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PCT/EP2018/081353
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Josef Poemmerl
Johannes Ott
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • High-voltage connector for a high-voltage connector of a motor vehicle
  • the invention relates to a high-voltage connector part for a couplable with at least one high-voltage line high-voltage connector of a high-voltage vehicle electrical system.
  • the invention also relates to a high-voltage vehicle electrical system and a
  • the interest is directed to high-voltage lines for motor vehicles, which can transmit an electric current between high-voltage components or high-voltage units of the motor vehicle.
  • high-voltage components for example, a high-voltage battery, in particular a traction battery, and an electrical
  • High-voltage line flowing electricity has been heating up the high-voltage line.
  • the heating is dependent on a height of the current, a duration of the current flow and a resistance of the high-voltage line, which in turn is dependent on a specific resistance of a material of the high-voltage line, a line length and a line cross-section.
  • the line cross-section can be made larger than a required for the power to be transmitted line cross-section and / or it can be reduced via the high-voltage power transmitted.
  • High voltage vehicle electrical system of a motor vehicle particularly weight saving
  • a high-voltage connector part according to the invention for a high-voltage connector of a high-voltage vehicle electrical system which can be coupled to at least one high-voltage line has at least one integrated temperature sensor.
  • the at least one temperature sensor is designed to detect a sensor signal characterizing a temperature of the at least one high-voltage line and to detect the detected one
  • the high-voltage connector has in particular two high-voltage connector parts, wherein a first high-voltage connector part is coupled to a first high-voltage component of the high-voltage vehicle electrical system and a second high-voltage connector part with a second high-voltage component of the high-voltage vehicle electrical system can be coupled.
  • at least one of the high-voltage connector parts is electrically coupled via a high-voltage line with the associated high-voltage component.
  • the other high-voltage connector part can be, for example, a high-voltage connector part built into the high-voltage component or integrated.
  • the high-voltage components may be, for example, a high-voltage battery and an electric drive machine with integrated power electronics.
  • the high-voltage connector parts can be positively connected by plugging together.
  • About the high-voltage connector for example, provided by the high-voltage battery and transported via the high-voltage line to the high-voltage connector electrical power can be transmitted to the electric drive machine.
  • the high-voltage connector realized by the high-voltage connector represents a thermal bottleneck ("thermal bottleneck"), at which heating in the high-voltage transmission path between the high-voltage components can be particularly serious. Namely, in the area of the high-voltage connector
  • At least one of the high-voltage connector parts has the at least one integrated temperature sensor, by means of which the temperature of the high-voltage line can be monitored.
  • High-voltage connection between the high-voltage components are monitored particularly well and reliably.
  • the at least one temperature sensor detects a
  • the evaluation device can, for example, a connector external
  • the evaluation device can be integrated in an integrated inverter of the electric drive machine.
  • the temperature sensor can transmit the signal to the evaluation device via wire and / or wireless.
  • the evaluation device can monitor the temperature of the high-voltage line based on the sensor signal and determine, for example, whether the temperature exceeds a predetermined, critical temperature threshold. In case of exceeding the
  • T emperaturschwell uncomfortable for example, generate a signal by which a transported via the high-voltage power is reduced. Thus, overheating of the high-voltage line can be counteracted.
  • the high-voltage line can thus be operated up to its physical power limit by making full use of a line cross-section of the high-voltage line. In other words, on the high-voltage line in the
  • Line cross section actually transmit possible power. Also, in the event that a previously transmitted over the high-voltage line power is sufficient, the
  • the at least one temperature sensor is designed as an NTC resistor.
  • An NTC resistor or thermistor has a temperature-dependent resistance.
  • Detected resistance signal of the thermistor and the evaluation are provided.
  • the evaluation device can use the current signal from the resistance signal
  • NTC resistors are particularly inexpensive and can also be manufactured in a particularly compact design and integrated near the potential hot spots in the high-voltage connector part.
  • the high-voltage connector part as a cable end connector part, in particular as a high-voltage connector, the
  • the high-voltage connector part is designed as a built-connector part, in particular as a high-voltage socket, for installation in a high-voltage component, in particular in an electric drive machine, the high-voltage vehicle electrical system.
  • a first high-voltage connector part is thus electrically coupled to the high-voltage line, which in turn can be coupled with a high-voltage component, for example a high-voltage battery.
  • a high-voltage component for example a high-voltage battery.
  • the cable end connector part can be connected or plugged into a second high-voltage connector part, which is designed as the built-in connector part.
  • the built-in connector part can, for example, in a wall of a housing of the high-voltage component, such as the electric
  • the second high-voltage connector part in the form of the built-in connector part is thus as a component connection or
  • the at least one temperature sensor can in this case be integrated in the first high-voltage plug connection part, ie in the cable end plug connection part, or in the second high-voltage plug connection part, ie in the built-in plug connection part. From the integration of the temperature sensor into the integrated plug-in connector part integrated in the high-voltage component, there is the advantage that, for example, an integrated control unit of the high-voltage component for the evaluation of the Temperature sensor detected sensor signal can be shared. The evaluation of the sensor signal can thus be done in a particularly simple way component inside.
  • the high-voltage connector part has at least one outer housing, in which the at least one electrical contact element of the high-voltage connector part and the at least one temperature sensor are arranged.
  • these contact elements are, for example, electrically conductive pins.
  • these contact elements are, for example, electrically conductive contact surfaces on which the electrically conductive pins in the
  • the contact elements may be formed, for example, of copper.
  • the at least one temperature sensor is arranged in the respective outer housing and is thus positioned particularly close to the electrical contact elements, at which a particularly great development of heat can take place and at which the hot spots can occur.
  • the outer housing at least one
  • Be arranged contact element sheathing insulating element which is made of an electrically insulating material, such as plastic, and
  • the temperature sensor can be arranged between the insulation element and the electrical contact element.
  • the at least one temperature sensor is arranged on the at least one electrical contact element of the high-voltage connector part.
  • the temperature sensor for example the NTC resistor, is thermally coupled to the electrical contact element.
  • the temperature sensor may be directly adjacent to the thermal contact element, for example on one of the contact surfaces of the high-voltage socket or on one of the contact pins of the
  • High-voltage connector to be arranged. But it can also be that of
  • Temperature sensor by means of a thermally conductive adhesive or a thermally conductive potting compound is attached to the electrical contact element.
  • the at least one temperature sensor is electrically coupled via a connecting line to a connecting element, to which the sensor signal of the at least one temperature sensor can be tapped off. According to this embodiment, the sensor signal detected by the temperature sensor becomes
  • Outer housing laid the connecting cable to the connection element.
  • Connecting element can in a housing wall of the at least one Contact element and surrounding the at least one temperature sensor
  • connection element may, for example, be an end of the "flying" connection line. But it may also be that the connection element is designed as a plug connection part.
  • the invention also relates to a high-voltage vehicle electrical system for a motor vehicle having a high-voltage connector having at least one high-voltage connector part according to the invention or an advantageous embodiment thereof, with at least one high-voltage component and with at least one high-voltage line.
  • the at least one high-voltage component and the at least one high-voltage line are electrically connected via the high-voltage connector having the at least one high-voltage plug connection part.
  • the evaluation device for evaluating the sensor signal is integrated in the high-voltage component.
  • the at least one high-voltage component is in particular an electric drive machine, which is electrically connected via the high-voltage connector and the high-voltage line to a motor battery of the motor vehicle.
  • the electric drive machine in particular comprises an integrated inverter, which can additionally carry out the evaluation of the sensor signal detected by the at least one temperature sensor.
  • a motor vehicle according to the invention comprises a high-voltage vehicle electrical system according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as an electric vehicle or hybrid vehicle.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a high-voltage vehicle electrical system of a
  • Fig. 2 is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of the high-voltage connector with a temperature sensor at a first position
  • Fig. 4 is a schematic sectional view of the high-voltage connector with a temperature sensor at a second position.
  • FIG. 1 shows a high-voltage vehicle electrical system BN of a motor vehicle with a high-voltage connector 1 according to an embodiment of the present invention.
  • High-voltage connector 1 is designed to high-voltage components 2, 3 of the
  • High-voltage on-board electrical system BN of the motor vehicle to be coupled together.
  • High-voltage components 2, 3 may be, for example, an electric drive machine 3 with integrated power electronics and a high-voltage battery 2 of the motor vehicle.
  • the high-voltage connector 1 has two high-voltage connector parts 4, 5, which are form-fitting assembled to form a connector.
  • the first high-voltage connector part 4 is formed as a cable end connector part 6, for example, as a high-voltage connector, and at one end of a
  • High-voltage line 7 attached.
  • the high-voltage line 7 is at the other end
  • the second high-voltage connector part 5 is designed as a built-in connector part 8, for example as a high-voltage socket, and integrated or installed in the electric drive machine 3.
  • the second high-voltage connector part 5 thus forms a
  • Fig. 2 shows an embodiment of the high-voltage connector 1 in the assembled state.
  • the cable end connector part 6 here has an outer housing 9 with an angled shape. Via a terminal 10, the cable end connector 6 can be coupled to the high-voltage line 7 or connected to the high-voltage line 7.
  • a sealing element 12 for example, an O-ring arranged.
  • Fig. 3 and Fig. 4 show views of a cross section through the high-voltage connector 1 along a section line S.
  • a contact surface of an electrical contact element 13 of the built-in connector part 8 is connected to an electrical contact element 14 of the cable end connector part 6, for example a
  • the high-voltage connector 1 may also have an insulation element 16, for example a Berstoffschutzkappe for the electrical contact element 13 of the recessed connector part 8 ,.
  • the high-voltage connector part 1 has at least one integrated temperature sensor 17, by means of which a heating of the high-voltage line 7 can be monitored.
  • the heating is caused by the current transported in the coupled state of the high-voltage connector parts 4, 5 via the high-voltage line 7.
  • the temperature sensor 17 is designed to detect a dependent of the temperature of the connected to the cable end connector part 6 high-voltage line 7 sensor signal.
  • the temperature sensor 17 may be formed, for example, as an NTC resistor. The temperature sensor 17 is over a
  • Connecting line 18 is connected to a connection element 19, on which the sensed by the temperature sensor 17 sensor signal for an evaluation of the high-voltage vehicle electrical system BN can be tapped.
  • the evaluation device is designed to determine a temperature of the high-voltage line 7 based on the sensor signal. If, for example, the temperature exceeds a predetermined temperature threshold and the high-voltage line 7 therefore threatens to overheat, the evaluation device for line protection can, for example, reduce a power transported via the high-voltage line 7.
  • the temperature sensor 17 is integrated into the second high-voltage lancing connection part 5 in the form of the built-in plug connection part 8, that is, in the unit connection. In this case, the temperature sensor 17 is arranged in the outer housing 1 1 of the recessed connector part 8anod to the contact element 13.
  • Connection element 19 which may be, for example, one end of the connecting line 18, faces a component interior 20 of the high-voltage component 3 into which the built-in plug connection part 8 is integrated.
  • the connection element 19, which may be integrated, for example, in the outer housing 1 1 of the recessed connector part 8, for example, with the evaluation of the
  • High-voltage component 3 can be coupled.
  • a high-voltage component 3 in the form of an electric drive machine with integrated power electronics, the
  • Evaluation be integrated, for example, in an inverter of the drive machine.
  • the temperature sensor 17 is integrated into the first high-voltage lancing connection part 4 in the form of the cable-end plug connection part 6. It is the
  • Temperature sensor 17 is arranged here in the outer housing 9 of the cable end connector part 6 between the contact element 14 and the Berntonstoffkappe 16 and adjacent to the contact element 14.
  • the connecting line 18 is here by the
  • Connection element 19 may be arranged for tapping the sensor signal.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) für einen mit zumindest einer Hochvoltleitung (7) koppelbaren Hochvolt-Steckverbinder (1) eines Hochvoltbordnetzes (BN) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) zumindest einen integrierten Temperatursensor (17) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, ein eine Temperatur der zumindest einen Hochvoltleitung (7) charakterisierendes Sensorsignal zu erfassen und das erfasste Sensorsignal für eine Auswerteeinrichtung zum Überwachen der Temperatur der zumindest einen Hochvoltleitung (7) bereitzustellen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltbordnetz (BN) sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Hochvolt-Steckverbindungsteil für einen Hochvolt-Steckverbinder eines Kraftfahrzeugs,
Hochvoltbordnetz sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Hochvolt-Steckverbindungsteil für einen mit zumindest einer Hochvoltleitung koppelbaren Hochvolt-Steckverbinder eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltbordnetz sowie ein
Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltleitungen für Kraftfahrzeuge, welche einen elektrischen Strom zwischen Hochvoltkomponenten bzw. Hochvoltaggregaten des Kraftfahrzeugs übertragen können. Solche Hochvoltkomponenten können beispielsweise eine Hochvoltbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie, und eine elektrische
Antriebsmaschine, insbesondere ein Traktions-E-Motor, sein. Der durch die
Hochvoltleitung fließende Strom hat eine Erwärmung der Hochvoltleitung zufolge. Die Erwärmung ist dabei abhängig von einer Höhe des Stroms, einer Dauer des Stromflusses und einem Widerstand der Hochvoltleitung, welcher wiederum anhängig ist von einem spezifischen Widerstand eines Materials der Hochvoltleitung, einer Leitungslänge und einem Leitungsquerschnitt.
Durch eine unzulässige Erwärmung, also durch eine Erwärmung größer als ein vorbestimmter Grenzwert, kann es Vorkommen, dass eine Isolation der Hochvoltleitung beschädigt wird, wodurch Brände verursacht werden können und damit Personen gefährdet werden können. Um dies zu verhindern, also um die Hochvoltleitungen gegen eine unerwünscht hohe Erwärmung zu schützen, können beispielsweise
Sicherheitsvorhalte zur Sicherstellung des Leitungsschutzes bereitgestellt werden.
Beispielsweise kann der Leitungsquerschnitt größer als ein für die zu übertragende Leistung notwendiger Leitungsquerschnitt ausgebildet werden und/oder es kann eine über die Hochvoltleitung übertragene Leistung reduziert werden. Dieser aufgrund von „Worst-Case“-Annahmen hinsichtlich einer Umgebungstemperatur der Hochvoltleitung, eines Alterungsverhaltens der Hochvoltleitung und anderen Toleranzen unnötig groß gewählte Leitungsquerschnitt führt zu einem hohen Gewicht und zu hohen Materialkosten der Hochvoltleitung. Auch kann es sein, dass eine durch die Hochvoltleitung übertragene Leistung unnötig reduziert wird, was Leistungseinschränkungen gegenüber einer tatsächlich möglichen Leistungsgrenze der Hochvoltleitung zur Folge hat.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hochvoltleitung eines
Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs besonders gewichtssparend und
materialschonend ausbilden zu können und gleichzeitig besonders zuverlässig zur Leistungsübertragung zwischen Hochvoltkomponenten des Hochvoltbordnetzes nutzen zu können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochvolt-Steckverbindungsteil, ein Hochvoltbordnetz sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Ein erfindungsgemäßes Hochvolt-Steckverbindungsteil für einen mit zumindest einer Hochvoltleitung koppelbaren Hochvolt-Steckverbinder eines Hochvoltbordnetzes eines Kraftfahrzeugs weist zumindest einen integrierten Temperatursensor auf. Der zumindest eine Temperatursensor ist dazu ausgelegt, ein eine Temperatur der zumindest einen Hochvoltleitung charakterisierendes Sensorsignal zu erfassen und das erfasste
Sensorsignal für eine Auswerteeinrichtung zum Überwachen der Temperatur der zumindest einen Hochvoltleitung bereitzustellen.
Der Hochvolt-Steckverbinder weist insbesondere zwei Hochvolt-Steckverbindungsteile auf, wobei ein erstes Hochvolt-Steckverbindungsteil mit einer ersten Hochvoltkomponente des Hochvoltbordnetzes koppelbar ist und ein zweites Hochvolt-Steckverbindungsteil mit einer zweiten Hochvoltkomponente des Hochvoltbordnetzes koppelbar ist. Dabei wird zumindest eines der Hochvolt-Steckverbindungsteile über eine Hochvoltleitung mit der zugeordneten Hochvoltkomponente elektrisch gekoppelt. Das andere Hochvolt- Steckverbindungsteil kann beispielsweise ein in die Hochvoltkomponente eingebautes bzw. integriertes Hochvolt-Steckverbindungsteil sein. Die Hochvoltkomponenten können beispielsweise eine Hochvoltbatterie und eine elektrische Antriebsmaschine mit integrierter Leistungselektronik sein. Die Hochvolt-Steckverbindungsteile können dabei durch Zusammenstecken formschlüssig verbunden werden. Über die Hochvolt- Steckverbindung kann beispielsweise ein von der Hochvoltbatterie bereitgestellter und über die Hochvoltleitung zu dem Hochvolt-Steckverbinder transportierter elektrischer Strom zu der elektrischen Antriebsmaschine übertragen werden. Die durch den Hochvolt-Steckverbinder realisierte Hochvolt-Steckverbindung stellt dabei einen thermischen Engpass („thermal bottleneck“) dar, an welchem eine Erwärmung in der Hochvoltübertragungsstrecke zwischen den Hochvoltkomponenten besonders gravierend sein kann. Im Bereich des Hochvolt-Steckverbinders können nämlich
Heißpunkte bzw.„Hotspots“ entstehen, welche zu einer Überhitzung der Hochvoltleitung und damit zu einem Ausfall des Hochvoltbordnetzes führen können. Daher weist zumindest einer der Hochvolt-Steckverbindungsteile den zumindest einen integrierten Temperatursensor auf, mittels welchem die Temperatur der Hochvoltleitung überwacht werden kann. Durch das Integrieren des T emperatursensors in eines der Hochvolt- Steckverbindungsteile, also durch das Anbringen des Temperatursensors nahe den Heißpunkten, können die kritischen, überhitzungsgefährdeten Bereiche in der
Hochvoltverbindung zwischen den Hochvoltkomponenten besonders gut und zuverlässig überwacht werden. Der zumindest eine Temperatursensor erfasst dabei ein
temperaturabhängiges Signal und stellt dieses einer Auswerteeinrichtung des
Hochvoltbordnetzes bereit.
Die Auswerteeinrichtung kann beispielsweise eine steckverbindungsexterne
Auswerteeinrichtung sein und in eine der Hochvoltkomponenten integriert sein.
Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung in einen integrierten Inverter der elektrischen Antriebsmaschine integriert sein. Beispielsweise kann der Temperatursensor das Signal drahtgebunden und/oder drahtlos an die Auswerteeinrichtung übermitteln. Die Auswerteeinrichtung kann anhand des Sensorsignals die Temperatur der Hochvoltleitung überwachen und beispielsweise feststellen, ob die Temperatur einen vorbestimmten, kritischen Temperaturschwellwert überschreitet. In Fall der Überschreitung des
T emperaturschwellwertes kann die Auswerteeinrichtung beispielsweise ein Signal generieren, durch welches eine über die Hochvoltleitung transportierte Leistung reduziert wird. Somit kann einer Überhitzung der Hochvoltleitung entgegengewirkt werden.
Durch das Erfassen der Temperatur an den kritischen Stellen in der Hochvoltverbindung kann in vorteilhafter Weise auf Sicherheitsvorhalte beim Leistungsschutz verzichtet werden. Die Hochvoltleitung kann somit bis zu ihrer physikalischen Leistungsgrenze betrieben werden, indem ein Leitungsquerschnitt der Hochvoltleitung vollständig ausgenutzt wird. Anders ausgedrückt wird über die Hochvoltleitung eine bei dem
Leitungsquerschnitt tatsächlich mögliche Leistung übertragen. Auch kann, für den Fall, dass eine bisher über die Hochvoltleitung übertragene Leistung ausreicht, der
Leitungsquerschnitt reduziert werden, wodurch in vorteilhafter Weise Materialkosten und Gewicht der Hochvoltleitung reduziert werden können. Vorzugsweise ist der zumindest eine Temperatursensor als ein NTC-Widerstand ausgebildet. Ein NTC-Widerstand bzw. Heißleiter weist einen temperaturabhängigen Widerstand auf. Somit kann als das temperaturabhängige Sensorsignal ein
Widerstandssignal des Heißleiters erfasst und der Auswerteeinrichtung bereitgestellt werden. Die Auswerteeinrichtung kann aus dem Widerstandssignal die aktuelle
Temperatur der Hochvoltleitung bestimmen. NTC-Widerstände sind besonders kostengünstig und können außerdem in besonders kompakter Bauweise gefertigt und nahe den potentiellen Heißpunkten in das Hochvolt-Steckverbindungsteil integriert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Hochvolt-Steckverbindungsteil als ein Kabelend-Steckverbindungsteil, insbesondere als ein Hochvoltstecker, zum
Anschließen an die Hochvoltleitung eines Kabelbaums des Hochvoltbordnetzes des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist das Hochvolt-Steckverbindungsteil als ein Einbau- Steckverbindungsteil, insbesondere als eine Hochvoltbuchse, zum Einbauen in eine Hochvoltkomponente, insbesondere in eine elektrische Antriebsmaschine, des Hochvoltbordnetzes des Kraftfahrzeugs ausgebildet.
Ein erstes Hochvolt-Steckverbindungsteil ist also mit der Hochvoltleitung elektrisch koppelbar, welche wiederum mit einer Hochvoltkomponente, beispielsweise einer Hochvoltbatterie, koppelbar ist. Dazu ist das Kabelend-Steckverbindungsteil
beispielsweise als ein Hochvoltstecker oder als eine Hochvoltkupplung ausgebildet. Das Kabelend-Steckverbindungsteil kann an ein zweites Hochvolt-Steckverbindungsteil angeschlossen bzw. angesteckt werden, welches als das Einbau- Steckverbindungsteil ausgebildet ist. Das Einbausteckverbindungsteil kann beispielsweise in eine Wandung eines Gehäuses der Hochvoltkomponente, beispielsweise der elektrischen
Antriebsmaschine, integriert sein. Das zweite Hochvolt-Steckverbindungsteil in Form von dem Einbau- Steckverbindungsteil ist somit als ein Komponentenanschluss bzw.
Aggregatanschluss ausgebildet, an welchen das Kabelend-Steckverbindungsteil angesteckt werden kann. Der zumindest eine Temperatursensor kann dabei in das erste Hochvolt-Steckverbindungsteil, also in das Kabelend-Steckverbindungsteil, oder in das zweite Hochvolt-Steckverbindungsteil, also in das Einbau- Steckverbindungsteil, integriert sein. Aus dem Integrieren des T emperatursensors in das in die Hochvoltkomponente integrierte Einbau- Steckverbindungsteil ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise ein integriertes Steuergerät der Hochvoltkomponente für die Auswertung des von dem Temperatursensor erfassten Sensorsignals mitgenutzt werden kann. Die Auswertung des Sensorsignals kann also auf besonders einfache Weise komponentenintern erfolgen.
Bevorzugt weist das Hochvolt-Steckverbindungsteil zumindest ein Außengehäuse auf, in welchem das zumindest eine elektrische Kontaktelement des Hochvolt- Steckverbindungsteils sowie der zumindest eine Temperatursensor angeordnet sind. Im Fall des Hochvoltsteckers sind diese Kontaktelemente beispielsweise elektrisch leitfähige Stifte. Im Fall der Hochvoltbuchse sind diese Kontaktelemente beispielsweise elektrisch leitfähige Kontaktflächen, auf welchen die elektrisch leitfähigen Stifte im
zusammengesteckten Zustand der Hochvolt-Steckverbindungsteile angeordnet sind. Die Kontaktelemente können beispielsweise aus Kupfer gebildet sein. Der zumindest eine Temperatursensor wird dabei in dem jeweiligen Außengehäuse angeordnet und dadurch besonders nahe an den elektrischen Kontaktelementen, an welchen eine besonders große Hitzeentwicklung stattfinden kann und an welchen die Heißpunkte auftreten können, positioniert. Zusätzlich kann in dem Außengehäuse zumindest ein das
Kontaktelement ummantelndes Isolationselement angeordnet sein, welches aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, ausgebildet ist und
beispielsweise einen Berührschutz ausbildet. Der Temperatursensor kann zwischen dem Isolationselement und dem elektrischen Kontaktelement angeordnet sein.
Insbesondere ist der zumindest eine Temperatursensor an dem zumindest einen elektrischen Kontaktelement des Hochvolt-Steckverbindungsteils angeordnet. Dadurch ist der Temperatursensor, beispielsweise der NTC-Widerstand, thermisch mit dem elektrischen Kontaktelement gekoppelt. Beispielsweis kann der Temperatursensor unmittelbar anliegend an dem thermischen Kontaktelement, beispielsweise an einer der Kontaktflächen der Hochvoltbuchse oder an einem der Kontaktstifte des
Hochvoltsteckers, angeordnet werden. Es kann aber auch sein, dass der
Temperatursensor mittels eines thermisch leitfähigen Klebers oder einer thermisch leitfähigen Vergussmasse an dem elektrischen Kontaktelement befestigt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine Temperatursensor über eine Anschlussleitung mit einem Anschlusselement elektrisch gekoppelt, an welchem das Sensorsignal des zumindest einen Temperatursensors abgreifbar ist. Gemäß dieser Ausführungsform wird das von dem Temperatursensor erfasste Sensorsignal
drahtgebunden an die Auswerteeinrichtung übertragen. Dazu wird innerhalb des
Außengehäuses die Anschlussleitung zu dem Anschlusselement verlegt. Das
Anschlusselement kann dabei in eine Gehäusewand des das zumindest eine Kontaktelement und den zumindest einen Temperatursensor umgebenden
Außengehäuses integriert sein. Das Anschlusselement kann beispielsweise ein Ende der „fliegenden“ Anschlussleitung sein. Es kann aber auch sein, dass das Anschlusselement als ein Steckverbindungsteil ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Hochvoltbordnetz für ein Kraftfahrzeug mit einem Hochvolt-Steckverbinder aufweisend zumindest ein erfindungsgemäßes Hochvolt- Steckverbindungsteil oder eine vorteilhafte Ausführungsform davon, mit zumindest einer Hochvoltkomponente und mit zumindest einer Hochvoltleitung. Die zumindest eine Hochvoltkomponente und die zumindest eine Hochvoltleitung sind über den Hochvolt- Steckverbinder aufweisend das zumindest eine Hochvolt-Steckverbindungsteil elektrisch verbunden. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung zum Auswerten des Sensorsignals in die Hochvoltkomponente integriert. Die zumindest eine Hochvoltkomponente ist insbesondere eine elektrische Antriebsmaschine, welche über den Hochvolt- Steckverbinder und die Hochvoltleitung mit einer T raktionsbatterie des Kraftfahrzeugs elektrisch verbunden ist. Die elektrische Antriebsmaschine umfasst insbesondere einen integrierten Inverter, welcher zusätzlich die Auswertung des von dem zumindest einen Temperatursensor erfassten Sensorsignals durchführen kann.
Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst ein erfindungsgemäßes Hochvoltbordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Hochvolt-Steckverbindungsteil vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Hochvoltbordnetz sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Hochvoltbordnetzes eines
Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Hochvolt-Steckverbinders;
Fig. 3 eine schematische Schnittdarstellung des Hochvolt-Steckverbinders mit einem Temperatursensor an einer ersten Position; und
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung des Hochvolt-Steckverbinders mit einem Temperatursensor an einer zweiten Position.
In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt ein Hochvoltbordnetz BN eines Kraftfahrzeugs mit einem Hochvolt- Steckverbinder 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der
Hochvolt-Steckverbinder 1 ist dazu ausgelegt, Hochvoltkomponenten 2, 3 des
Hochvoltbordnetzes BN des Kraftfahrzeugs miteinander zu koppeln. Solche
Hochvoltkomponenten 2, 3 können beispielsweise eine elektrische Antriebsmaschine 3 mit integrierter Leistungselektronik sowie eine Hochvoltbatterie 2 des Kraftfahrzeugs sein. Der Hochvolt-Steckverbinder 1 weist zwei Hochvolt-Steckverbindungsteile 4, 5 auf, welche zum Ausbilden einer Steckverbindung formschlüssig zusammensteckbar sind.
Das erste Hochvolt-Steckverbindungsteil 4 ist als ein Kabelend-Steckverbindungsteil 6, beispielsweise als ein Hochvoltstecker, ausgebildet und an einem Ende einer
Hochvoltleitung 7 angebracht. Die Hochvoltleitung 7 ist an dem anderen Ende
beispielsweise mit der Hochvoltbatterie 2 verbunden. Das zweite Hochvolt- Steckverbindungsteil 5 ist als ein Einbau-Steckverbindungsteil 8, beispielsweise als eine Hochvoltbuchse, ausgebildet und in die elektrische Antriebsmaschine 3 integriert bzw. eingebaut. Das zweite Hochvolt-Steckverbindungsteil 5 bildet somit einen
Komponentenanschluss bzw. Aggregatanschluss aus. Im zusammengesteckten Zustand der Hochvolt-Steckverbindungsteile 4, 5 kann elektrischer Strom von der Hochvoltbatterie 2 an die Antriebsmaschine 3 übertragen werden. Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des Hochvolt-Steckverbinders 1 im zusammengesteckten Zustand. Das Kabelend-Steckverbindungsteil 6 weist hier ein Außengehäuse 9 mit einer abgewinkelten Form auf. Über einen Anschluss 10 kann das Kabelend-Steckverbindungsteil 6 mit der Hochvoltleitung 7 gekoppelt werden bzw. an die Hochvoltleitung 7 angeschlossen werden. Zwischen dem Außengehäuse 9 des Kabelend- Steckverbindungsteils 6 und einem Außengehäuse 1 1 des Einbau-Steckverbindungsteils 8 ist hier ein Dichtungselement 12, beispielsweise ein O-Ring, angeordnet.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen Darstellungen einen Querschnitts durch den Hochvolt- Steckverbinder 1 entlang einer Schnittlinie S. Eine Kontaktfläche eines elektrischen Kontaktelementes 13 des Einbau-Steckverbindungsteils 8 ist mit einem elektrischen Kontaktelement 14 des Kabelend-Steckverbindungsteils 6, beispielsweise einem
Kontaktstift des Hochvoltsteckers, elektrisch verbunden. Die elektrischen
Kontaktelemente 13, 14 der Hochvolt-Steckverbindungsteile 4, 5 können außerdem über ein Befestigungselement 15 in ihrer einander berührenden Lage fixiert sein. So kann die elektrische Verbindung zwischen den Hochvoltkomponenten 2, 3 über den Hochvolt- Steckverbinder 1 zuverlässig aufrechterhalten werden. Der Hochvolt-Steckverbinder 1 kann außerdem ein Isolationselement 16, beispielsweise eine Berührschutzkappe für das elektrische Kontaktelement 13 des Einbau-Steckverbindungsteils 8, aufweisen.
Darüber hinaus weist das Hochvolt-Steckverbindungsteil 1 zumindest einen integrierten Temperatursensor 17 auf, mittels welchem eine Erwärmung der Hochvoltleitung 7 überwacht werden kann. Die Erwärmung wird dabei durch den im gekoppelten Zustand der Hochvolt-Steckverbindungsteile 4, 5 über die Hochvoltleitung 7 transportierten Strom verursacht. Dazu ist der Temperatursensor 17 dazu ausgelegt, ein von der Temperatur der an das Kabelend-Steckverbindungsteil 6 angeschlossenen Hochvoltleitung 7 abhängiges Sensorsignal zu erfassen. Der Temperatursensor 17 kann beispielsweise als ein NTC-Widerstand ausgebildet sein. Der Temperatursensor 17 ist über eine
Anschlussleitung 18 mit einem Anschlusselement 19 verbunden, an welchem das von dem Temperatursensor 17 erfasste Sensorsignal für eine Auswerteeinrichtung des Hochvoltbordnetzes BN abgreifbar ist. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgelegt, anhand des Sensorsignals eine Temperatur der Hochvoltleitung 7 zu bestimmen. Wenn die Temperatur beispielsweise einen vorbestimmten Temperaturschwellwert überschreitet und die Hochvoltleitung 7 daher zu überhitzen droht, kann die Auswerteeinrichtung zum Leitungsschutz beispielsweise eine über die Hochvoltleitung 7 transportierte Leistung reduzieren. Gemäß Fig. 3 ist der Temperatursensor 17 in das zweite Hochvolt-Stechverbindungsteil 5 in Form von dem Einbau-Steckverbindungsteil 8, also in den Aggregatanschluss, integriert. Dabei ist der Temperatursensor 17 in dem Außengehäuse 1 1 des Einbau- Steckverbindungsteils 8anliegend an dem Kontaktelement 13 angeordnet. Das
Anschlusselement 19, welches beispielsweise ein Ende der Anschlussleitung 18 sein kann, ist einem Komponenteninnenraum 20 der Hochvoltkomponente 3, in welche das Einbau-Steckverbindungsteil 8 integriert ist, zugewandt. Das Anschlusselement 19, welches beispielsweise in das Außengehäuse 1 1 des Einbau-Steckverbindungsteils 8 integriert sein kann, ist beispielsweise mit der Auswerteeinrichtung der
Hochvoltkomponente 3 koppelbar. Im Falle einer Hochvoltkomponente 3 in Form von einer elektrischen Antriebsmaschine mit integrierter Leistungselektronik kann die
Auswerteeinrichtung beispielsweise in einen Inverter der Antriebsmaschine integriert sein.
Gemäß Fig. 4 ist der Temperatursensor 17 in das erste Hochvolt-Stechverbindungsteil 4 in Form von dem Kabelend-Steckverbindungsteil 6, integriert. Dabei ist der
Temperatursensor 17 hier in dem Außengehäuse 9 des Kabelend-Steckverbindungsteils 6 zwischen dem Kontaktelement 14 und der Berührschutzkappe 16 und anliegend an dem Kontaktelement 14 angeordnet. Die Anschlussleitung 18 ist hier durch das
Kabelend-Steckverbindungsteil 6 zu dem in das Außengehäuse 9 des Kabelend- Steckverbindungsteils 6 integrierten Anschlusselement 19 geführt.
Auch kann vorgesehen sein, dass die Anschlussleitung 18 gemäß den
Ausführungsformen von Fig. 3 und Fig. 4 zu einem Verbindungsbereich 21 zwischen dem Außengehäuse 9 des Kabelend-Steckverbindungsteils 6 und dem Außengehäuse 1 1 des Einbau-Steckverbindungsteils 8 geführt wird, in welchem sich insbesondere das
Dichtungselement 12 befindet. In diesem Verbindungsbereich 21 kann das
Anschlusselement 19 zum Abgreifen des Sensorsignals angeordnet sein.
Bezugszeichenliste
Hochvolt-Steckverbinder
erste Hochvoltkomponente
zweite Hochvoltkomponente
erstes Hochvolt-Steckverbindungsteil
erstes Hochvolt-Steckverbindungsteil
Kabelend-Steckverbindungsteil
Hochvoltleitung
Einbau-Steckverbindungsteil
Außengehäuse des Kabelend-Steckverbindungsteils
Anschluss
Außengehäuse des Einbau-Steckverbindungsteils Dichtungselement
Kontaktelement des Einbau-Steckverbindungsteils
Kontaktelement des Kabelend-Steckverbindungsteils
Befestigungselement
Isolationselement
Temperatursensor
Anschlussleitung
Anschlusselement
Komponenteninnenraum
Verbindungsbereich
Schnittlinie
Hochvoltbordnetz

Claims

Patentansprüche
1 . Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) für einen mit zumindest einer Hochvoltleitung (7) koppelbaren Hochvolt-Steckverbinder (1 ) eines Hochvoltbordnetzes (BN) eines Kraftfahrzeugs, wobei das Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) zumindest einen integrierten Temperatursensor (17) aufweist, welcher dazu ausgelegt ist, ein eine Temperatur der zumindest einen Hochvoltleitung (7) charakterisierendes
Sensorsignal zu erfassen und das erfasste Sensorsignal für eine
Auswerteeinrichtung zum Überwachen der Temperatur der zumindest einen Hochvoltleitung (7) bereitzustellen.
2. Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Temperatursensor (17) als ein NTC-Widerstand ausgebildet ist.
3. Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Hochvolt-Steckverbindungsteil (5) als ein Einbau- Steckverbindungsteil (8), insbesondere als eine Hochvoltbuchse , zum Integrieren in eine
Hochvoltkomponente (3), insbesondere eine elektrische Antriebsmaschine, des Hochvoltbordnetzes (BN) des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
4. Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Hochvolt-Steckverbindungsteil (4) als ein Kabelend-Steckverbindungsteil (6), insbesondere als ein Hochvoltstecker, zum An schließen an die Hochvoltleitung (7) des Hochvoltbordnetzes (BN) des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
5. Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
das Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) zumindest ein Außengehäuse (9, 1 1 ) aufweist, in welchem das zumindest eine elektrische Kontaktelement (13, 14) des Hochvolt-Steckverbindungsteils (4, 5) sowie der Temperatursensor (17) angeordnet sind.
6. Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Temperatursensor (17) anliegend an dem zumindest einen Kontaktelement (13, 14) des Hochvolt-Steckverbindungsteils (4, 5) angeordnet ist.
7. Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Temperatursensor (17) über eine Anschlussleitung (18) mit einem Anschlusselement (19) elektrisch gekoppelt ist, an welchem das
Sensorsignal des zumindest einen Temperatursensor (17) durch die
Auswerteeinrichtung abgreifbar ist.
8. Hochvoltbordnetz (BN) für ein Kraftfahrzeug mit einem Hochvolt-Steckverbinder (1 ) aufweisend zumindest ein Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einer Hochvoltkomponente (3) und mit zumindest einer Hochvoltleitung (7), wobei die zumindest eine Hochvoltkomponente (3) und die zumindest eine Hochvoltleitung (7) über den Hochvolt-Steckverbinder (1 ) aufweisend das zumindest eine Hochvolt-Steckverbindungsteil (4, 5) elektrisch verbunden sind.
9. Hochvoltbordnetz (BN) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Auswerteeinrichtung zum Auswerten des Sensorsignals in die
Hochvoltkomponente (3) integriert ist.
10. Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz (BN) nach Anspruch 8 oder 9.
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