WO2024245482A1 - Anordnung von elektrischen leitungen zwischen dc-energiequelle und elektroantrieb eines fahrzeugs - Google Patents

Anordnung von elektrischen leitungen zwischen dc-energiequelle und elektroantrieb eines fahrzeugs Download PDF

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    • H01R—ELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
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    • H01R24/28—Coupling parts carrying pins, blades or analogous contacts and secured only to wire or cable
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G3/00—Installations of electric cables or lines or protective tubing therefor in or on buildings, equivalent structures or vehicles
    • H02G3/02—Details
    • H02G3/08—Distribution boxes; Connection or junction boxes
    • H02G3/16—Distribution boxes; Connection or junction boxes structurally associated with support for line-connecting terminals within the box

Definitions

  • the invention relates to an arrangement of electrical lines which are designed to conduct electrical current between a DC energy source and an electric drive of a vehicle.
  • Electrically powered vehicles have an energy source, usually in the form of a battery, and an electric drive with an electric machine that is supplied with electrical power via the energy source.
  • the energy source is usually a DC energy source, i.e. it provides direct current. This is then converted within the electric drive via an inverter into an alternating current that can be used by the electric machine.
  • high-voltage direct current cables, or DC cables for short are currently required. These must meet various requirements, including electrical requirements, operational safety, ease of assembly and consideration of the available installation space.
  • Proposed is an arrangement of electrical lines within a vehicle which are designed to transmit direct current between a DC energy source and an electric drive of a vehicle, wherein a first end of the electrical lines is connected to a first plug-in unit, via which they are electrically connected to the DC energy source, and wherein a second end of the electrical lines is connected to a second plug-in unit, via which they are electrically connected to the electric drive, and wherein a partial region of the electrical lines is formed as electrical lines which are more flexible than the rest of the electrical lines, and wherein the partial region is laid in at least one loop.
  • the partial area of the electrical lines is provided in a central area between the first and second plug-in units.
  • the electrical lines are separated in a region between the plug-in units in such a way that two connection ends are created in each case, and wherein the partial region forming the more flexible electrical lines is electrically connected to one end region thereof at one connection end of the electrical lines in each case.
  • sub-area is formed as part of the electrical cables and is thus inseparably connected.
  • an insulating housing is provided in which the partial area of the electrical lines is arranged. Furthermore, it is provided that the housing is formed as a plug unit.
  • the partial area of the electrical lines is provided in an area within the first and/or the second plug-in unit.
  • the electrical cables are formed as DC cables.
  • a vehicle comprising a DC energy source and an electric drive, which are electrically connected to one another via the arrangement of electrical lines.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an arrangement of electrical lines formed as DC cables according to the prior art.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an embodiment of the arrangement of electrical lines formed as DC cables of the present invention.
  • the basic concept of the invention is to provide a system connected by electrical lines 3, in particular DC lines, which are also referred to as traction lines, to the Body 1 and thus the structure-borne sound transmitted as noise into the interior of the vehicle.
  • electrical lines 3 in particular DC lines, which are also referred to as traction lines
  • high-voltage electrical cables are installed in the vehicle to provide a high-voltage power supply to components of the vehicle.
  • so-called DC cables are used to transmit direct current between the DC energy source (accumulator) and the electric drive, as shown as an example in the figures.
  • the direct current is converted into alternating current by means of an inverter in order to be provided to the electric machine of the electric drive.
  • the electric machine is used, for example, to drive the wheels of the vehicle. Since direct current always has a negative and a positive line, a DC cable is always made up of two electrical lines 3 with the associated sheathing and shielding, one of which is used as a DC positive line and the other as a DC negative line.
  • the electrical lines 3 are routed as short as possible between the DC energy source and the electric drive. At both ends of the electrical lines 3, these are each connected to a plug-in unit 2 in order to be electrically connected to the DC energy source at one end and to the electric drive at the other end.
  • a plug-in unit 2 In operation, i.e. when current flows, minimal, invisible vibrations arise within the electrical lines 3.
  • these With the current cable routing, as can be seen in Figure 1, these are transmitted to the body 1 as structure-borne noise via the plug-in unit 2 (top in Figure 1), which is connected to the DC energy source, which in turn is firmly connected to the body 1. This causes the body 1 to vibrate, which in turn is perceptible as noise by the occupants in the interior of the vehicle.
  • the use of longer electrical lines 3 would be necessary, but this is very difficult to achieve due to the available installation space.
  • the partial area 30 of the electrical lines 3 is therefore longer than the rest of the electrical lines 3 because it is made of a more flexible material.
  • the cross-section is the same because the current-carrying capacity must be guaranteed.
  • the sub-area 30 (each of the associated lines) can be bent into one or more loops without requiring significantly more space than the rest of the electrical lines 3, as shown by way of example in Figure 2.
  • an electrically insulating housing 4 is provided in which the sub-area 30 is arranged. It can be seen that each of the two lines of the sub-area 30 is arranged in a loop (or several loops). The lines are laid on top of one another. This also saves space. The arrangement of the lines should of course be such that potentially occurring magnetic fields cancel each other out as far as possible.
  • the shielding 31 that normally surrounds each of the electrical cables 3 can be routed separately within the housing 4 and rejoined at the outputs of the housing 4 with the stiffer electrical cables 3 located outside the housing 4.
  • the housing 4 is arranged fairly centrally between the line ends to which the plug-in units 2 are attached. This is shown merely as an exemplary arrangement, since the partial area 30 can be provided at essentially any point on the electrical lines 3 between the plug-in units 2, depending on the installation space.
  • the electrically insulating housing 4 shown in Figure 2 can be designed as a type of distribution box, as shown.
  • the electrical lines 3 are each divided into two partial lines (i.e. four lines) which are (detachably) connected to one another via the partial area 30.
  • the partial area 30 is electrically connected to the other parts of the electrical lines 3 at both connection ends, for example via cable lugs screwed together.
  • the housing 4 can also be formed as a plug unit with a plug/socket, through which the stiffer electrical lines 3 and the more flexible electrical lines, i.e. the partial area 30, are electrically connected to one another.
  • the (more flexible) partial area 30 is provided in a plug-in unit 2, or that two partial areas 30 are provided, each of which is provided in one of the two plug-in units 2, which serve for the electrical connection to the electric drive or the DC energy source.
  • each partial area 30 (each of the lines) is laid in at least one loop in order to increase the line length.
  • the sub-area 30 is formed from fine strands or a wire mesh in such a way that the required flexibility, but also the current-carrying capacity, can be provided.
  • the more flexible portion 30 is manufactured directly with the stiffer electrical lines 3 and is thus permanently connected.

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Abstract

Vorgeschlagen wird eine Anordnung von elektrischen Leitungen innerhalb eines Fahrzeugs, die dazu eingerichtet sind, Gleichstrom zwischen einer DC-Energiequelle und einem Elektroantrieb eines Fahrzeugs zu übertragen, wobei ein erstes Ende der elektrischen Leitungen mit einer ersten Steckeinheit verbunden ist, über welche sie elektrisch mit der DC-Energiequelle verbunden sind, und wobei ein zweites Ende der elektrischen Leitungen mit einer zweiten Steckeinheit verbunden ist, über welche sie elektrisch mit dem Elektroantrieb verbunden sind, und wobei ein Teilbereich der elektrischen Leitungen als im Vergleich zum Rest der elektrischen Leitungen flexiblere elektrische Leitungen gebildet ist, und wobei der Teilbereich in mindestens einer Schlinge gelegt ist.

Description

Anordnung von elektrischen Leitungen zwischen DC-Energiequelle und Elektroantrieb eines Fahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Anordnung von elektrischen Leitungen, die dazu eingerichtet sind, elektrischen Strom zwischen einer DC-Energiequelle und einem Elektroantrieb eines Fahrzeugs zu führen.
Elektrisch angetriebene Fahrzeuge weisen eine Energiequelle auf, die meist als Akkumulator ausgeführt ist, sowie einen Elektroantrieb mit einer elektrischen Maschine, die über die Energiequelle mit elektrischem Strom versorgt wird. Die Energiequelle ist in der Regel eine DC-Energiequelle, stellt also Gleichstrom bereit. Dieser wird dann innerhalb des Elektroantriebs über einen Wechselrichter in einen für die elektrische Maschine verwendbaren Wechselstrom umgewandelt. Um den Gleichstrom zwischen Energiequelle und Elektroantrieb übertragen zu können, werden aktuell Hochvolt- Gleichstromkabel, kurz DC-Kabel, benötigt. Diese müssen diverse Anforderungen erfüllen, unter anderem elektrische Anforderungen, Betriebssicherheit, Montierbarkeit und Beachtung des zur Verfügung stehenden Bauraums.
In Kabeln vorhandene elektrische Leitungen (insb. Hochvolt- und Potentialausgleich- Leitungen) werden oft aufgrund von geringem verfügbarem Bauraum, Querschnitt und geforderter Betriebssicherheit, sowie Korrosionsschutz, etc. sehr steif ausgeführt. Sie werden damit zur Körperschallbrücke zwischen einer dynamisch schwingenden Anregung, z.B. einem Antrieb oder Getriebe, und akustisch empfindlichen und abstrahlenden Komponenten wie der Fahrzeugkarosserie. Der übertragene Körperschall ist messbar und sogar für den Insassen im Fahrzeug hörbar. Es ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, eine Anordnung von elektrischen Leitungen zwischen Energiequelle und Elektroantrieb bereitzustellen, durch welche weniger Körperschall auf die Fahrzeugkarosserie übertragen wird und damit weniger Geräusche im Innenraum des Fahrzeugs wahrnehmbar sind. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Vorgeschlagen wird eine Anordnung von elektrischen Leitungen innerhalb eines Fahrzeugs, die dazu eingerichtet sind, Gleichstrom zwischen einer DC-Energiequelle und einem Elektroantrieb eines Fahrzeugs zu übertragen, wobei ein erstes Ende der elektrischen Leitungen mit einer ersten Steckeinheit verbunden ist, über welche sie elektrisch mit der DC-Energiequelle verbunden sind, und wobei ein zweites Ende der elektrischen Leitungen mit einer zweiten Steckeinheit verbunden ist, über welche sie elektrisch mit dem Elektroantrieb verbunden sind, und wobei ein Teilbereich der elektrischen Leitungen als im Vergleich zum Rest der elektrischen Leitungen flexiblere elektrische Leitungen gebildet ist, und wobei der Teilbereich in mindestens einer Schlinge gelegt ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Teilbereich der elektrischen Leitungen in einem mittigen Bereich zwischen erster und zweiter Steckeinheit vorgesehen ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die elektrischen Leitungen in einem Bereich zwischen den Steckeinheiten derart getrennt sind, dass jeweils zwei Verbindungsenden entstehen, und wobei der die flexibleren elektrischen Leitungen bildende Teilbereich mit jeweils einem Endbereich davon an jeweils einem Verbindungsende der elektrischen Leitungen elektrisch verbunden ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Teilbereich als Teil der elektrischen Leitungen gebildet und damit unlösbar verbunden ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass ein isolierendes Gehäuse vorgesehen ist, in welchem der Teilbereich der elektrischen Leitungen angeordnet ist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das Gehäuse als eine Steckereinheit gebildet ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Teilbereich der elektrischen Leitungen in einem Bereich innerhalb der ersten und/oder der zweiten Steckeinheit vorgesehen ist.
Des Weiteren ist vorgesehen, dass die elektrischen Leitungen als DC-Kabel gebildet sind.
Ferner ist ein Fahrzeug vorgeschlagen, aufweisend eine DC-Energiequelle und einen Elektroantrieb, die über die Anordnung von elektrischen Leitungen elektrisch miteinander verbunden sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungsgemäße Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von als DC-Kabel gebildeten elektrischen Leitungen gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung der Anordnung von als DC-Kabel gebildeten elektrischen Leitungen der vorliegenden Erfindung.
In den nachfolgenden Figurenbeschreibungen sind gleiche Elemente bzw. Funktionen mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Grundkonzept der Erfindung ist es, einen durch elektrische Leitungen 3, insbesondere DC-Leitungen, die auch als Traktionsleitung bezeichnet werden, auf die Karosserie 1 und damit als Geräusch in den Innenraum des Fahrzeugs übertragenen Körperschall zu minimieren.
Wie bereits erwähnt, sind Hochvolt führende elektrischen Leitungen im Fahrzeug verbaut, um eine Hochvolt-Stromversorgung von Komponenten des Fahrzeugs bereitzustellen. Insbesondere werden sogenannte DC-Kabel verwendet, um Gleichstrom zwischen DC-Energiequelle (Akkumulator) und Elektroantrieb zu übertragen, wie in den Figuren als Beispiel angedeutet. Im Elektroantrieb wird der Gleichstrom mittels eines Wechselrichters in einen Wechselstrom gewandelt, um der elektrischen Maschine des Elektroantriebs bereitgestellt zu werden. Die elektrische Maschine dient z.B. zum Antreiben der Räder des Fahrzeugs. Da Gleichstrom stets eine Minus- und eine Plusleitung hat, ist ein DC-Kabel stets aus zwei elektrischen Leitungen 3 mit zugehöriger Ummantelung und Schirmung gebildet, von denen eine als DC-Plus- und die andere als DC-Minus-Leitung verwendet wird.
Wie in Figur 1 zu sehen, sind die elektrischen Leitungen 3 auf möglichst kurzem Weg zwischen DC-Energiequelle und Elektroantrieb geführt. An beiden Enden der elektrischen Leitungen 3 sind diese jeweils mit einer Steckeinheit 2 verbunden, um an einem Ende mit der DC-Energiequelle und an dem anderen Ende mit dem Elektroantrieb elektrisch verbunden zu werden. Im Betrieb, also wenn Strom fließt, entstehen innerhalb der elektrischen Leitungen 3 minimale, nicht sichtbare Vibrationen. Bei der aktuellen Leitungsführung, wie in Figur 1 zu sehen, werden diese über die (in Figur 1 obere) Steckeinheit 2, welche mit der DC-Energiequelle verbunden ist, die wiederum fest mit der Karosserie 1 verbunden ist, als Körperschall an die Karosserie 1 übertragen. Dadurch gerät die Karosserie 1 in Schwingung, was wiederum im Innenraum des Fahrzeugs für den Insassen als Geräusch wahrnehmbar ist. Um die Körperschallübertragung zu minimieren, wäre die Verwendung von längeren elektrischen Leitungen 3 nötig, was aber aufgrund des verfügbaren Bauraums nur sehr schwer realisierbar ist.
Deshalb wird vorgeschlagen, einen Teilbereich 30 der elektrischen Leitungen 3 als im Vergleich zum Rest der elektrischen Leitungen 3 flexiblere elektrische Leitungen zu bilden. Dadurch kann der Teilbereich 30 auf kleinerem Bauraum gebogen und damit länger ausgeführt werden. Durch die nunmehr insgesamt längeren elektrischen Leitungen 3 wird im Betrieb ein in den elektrischen Leitungen 3 gebildeter Körperschall deutlich weniger bis überhaupt nicht mehr auf die Karosserie 1 des Fahrzeugs übertragen.
Der Teilbereich 30 der elektrischen Leitungen 3 ist also länger als der Rest der elektrischen Leitungen 3, da er aus einem flexibleren Material gebildet ist. Der Querschnitt ist allerdings derselbe, da die Stromtragfähigkeit gewährleistet werden muss.
Durch die höhere Flexibilität des Teilbereichs 30 kann der Teilbereich 30 (jede der zugehörigen Leitungen) in eine oder mehrere Schlingen gebogen werden, ohne dabei deutlich mehr Platz zu benötigen als der Rest der elektrischen Leitungen 3, wie in Figur 2 beispielhaft gezeigt. In der in Figur 2 gezeigten Ausführung ist ein elektrisch isolierendes Gehäuse 4 vorgesehen, in welchem der Teilbereich 30 angeordnet ist. Es ist zu sehen, dass jede der beiden Leitungen des Teilbereichs 30 in einer Schlinge (oder mehreren Schlingen) angeordnet ist. Die Leitungen sind dabei übereinander gelegt. So wird auch Platz gespart. Die Anordnung der Leitungen sollte selbstverständlich so sein, dass sich potentiell auftretende Magnetfelder möglichst auslöschen.
Durch das isolierende Gehäuse 4 ist es auch nicht unbedingt nötig, die Leitungen des Teilbereichs 30 so zu schirmen, wie es für den Rest der elektrischen Leitungen 3 nötig/vorgeschrieben ist. Die normalerweise jede der elektrischen Leitungen 3 umgebende Schirmung 31 kann dabei innerhalb des Gehäuses 4 separat geführt werden und an den Ausgängen des Gehäuses 4 wieder mit den außerhalb des Gehäuses 4 befindlichen, steiferen elektrischen Leitungen 3 zusammengeführt werden.
In Figur 2 ist das Gehäuse 4 ziemlich mittig zwischen den Leitungsenden, an denen die Steckeinheiten 2 angebracht sind, angeordnet. Dies ist lediglich als beispielhafte Anordnung gezeigt, da der Teilbereich 30 abhängig vom Bauraum an im Wesentlichen jeder Stelle der elektrischen Leitungen 3 zwischen den Steckeinheiten 2 vorgesehen sein kann. Das in Figur 2 gezeigte elektrisch isolierende Gehäuse 4 kann als eine Art Verteilerbox gebildet sein, wie gezeigt. In dieser Ausführung sind die elektrischen Leitungen 3 in jeweils zwei Teilleitungen (also vier Leitungen) geteilt, die über den Teilbereich 30 miteinander (lösbar) verbunden sind. Der Teilbereich 30 ist dabei an beiden Verbindungsenden davon über z.B. miteinander verschraubte Kabelschuhe mit den anderen Teilen der elektrischen Leitungen 3 elektrisch verbunden.
Das Gehäuse 4 kann in einer (nicht gezeigten) Ausführung auch als Steckereinheit mit Stecker/Buchse gebildet sein, durch welche die steiferen elektrischen Leitungen 3 und die flexibleren elektrischen Leitungen, also der Teilbereich 30, miteinander elektrisch verbunden sind.
In einer alternativen, nicht gezeigten, Ausführung kann vorgesehen sein, dass der (flexiblere) Teilbereich 30 in einer Steckeinheit 2 vorgesehen ist, oder dass zwei Teilbereiche 30 vorgesehen sind, die in jeweils einer der beiden Steckeinheiten 2 vorgesehen sind, die zur elektrischen Verbindung mit dem Elektroantrieb oder der DC- Energiequelle dienen. Auch hier ist jeder Teilbereich 30 (jede der Leitungen) in mindestens einer Schlinge gelegt, um die Leitungslänge zu erhöhen.
Der Teilbereich 30 ist aus Feinlitzen oder einem Drahtgeflecht derart gebildet, dass die benötigte Flexibilität, aber auch die Stromtragfähigkeit bereitgestellt werden kann.
In einer alternativen, nicht gezeigten Ausführung, kann vorgesehen sein, dass der flexiblere Teilbereich 30 direkt mit den steiferen elektrischen Leitungen 3 gefertigt und damit unlösbar verbunden ist.
Durch das Aufteilen der elektrischen Leitungen 3 derart, dass ein Teilbereich 30 davon flexibler ausgeführt ist und damit auf kleinerem Raum gebogen werden kann, wird eine verbesserte akustische Isolation bereitgestellt und es werden weniger durch Körperschall in den elektrischen Leitungen 3 verursachte Geräusche in den Innenraum des Fahrzeugs übertragen. Bezugszeichenliste
1 Karosserie
2 Steckeinheit
3 elektrische Leitungen
30 Teilbereich von 3
31 Schirmung
4 Gehäuse

Claims

Patentansprüche
1 . Anordnung von elektrischen Leitungen (3) innerhalb eines Fahrzeugs , die dazu eingerichtet ist, Gleichstrom zwischen einer DC-Energiequelle und einem Elektroantrieb eines Fahrzeugs zu übertragen, wobei ein erstes Ende der elektrischen Leitungen (3) mit einer ersten Steckeinheit (2) verbunden ist, über welche sie elektrisch mit der DC- Energiequelle verbunden sind, und wobei ein zweites Ende der elektrischen Leitungen (3) mit einer zweiten Steckeinheit (2) verbunden ist, über welche sie elektrisch mit dem Elektroantrieb verbunden sind, und wobei ein Teilbereich (30) der elektrischen Leitungen (3) als im Vergleich zum Rest der elektrischen Leitungen flexiblere elektrische Leitungen (3) gebildet ist, und wobei der Teilbereich (30) in mindestens einer Schlinge gelegt ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei der Teilbereich (30) in einem mittigen Bereich zwischen erster und zweiter Steckeinheit (2) vorgesehen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, wobei die elektrischen Leitungen (3) in einem Bereich zwischen den Steckeinheiten (2) derart getrennt sind, dass jeweils zwei Verbindungsenden entstehen, und wobei der die flexibleren elektrischen Leitungen (3) bildende Teilbereich (30) mit jeweils einem Endbereich davon an jeweils einem Verbindungsende der elektrischen Leitungen (3) elektrisch verbunden ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei der Teilbereich (30) als Teil der elektrischen Leitungen (3) gebildet und damit unlösbar verbunden ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein isolierendes Gehäuse (4) vorgesehen ist, in welchem der Teilbereich (30) angeordnet ist.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (4) als eine Steckereinheit gebildet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 1 , wobei der Teilbereich (30) (3) in einem Bereich innerhalb der ersten und/oder der zweiten Steckeinheit (2) vorgesehen ist.
8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrischen Leitungen (3) als DC-Kabel gebildet sind.
9. Fahrzeug, aufweisend eine DC-Energiequelle und einen Elektroantrieb, die über eine Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche elektrisch miteinander verbunden sind.
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