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Die Erfindung betrifft ein Bordnetz für ein Kraftfahrzeug aufweisend eine erste Bordnetzkomponente und zumindest eine zweite Bordnetzkomponente. Das Bordnetz weist außerdem eine elektrische Verbindungseinrichtung zum elektrischen Verbinden der Bordnetzkomponenten auf. Die Verbindungseinrichtung weist ein Kabel, zwei an dem Kabel angeordnete Verbindungselemente sowie zwei an den Bordnetzkomponenten angeordnete Verbindungselementgegenstücke auf, wobei ein erstes Verbindungselement mit einem ersten Verbindungselementgegenstück der ersten Bordnetzkomponente unter Ausbildung einer ersten Verbindung gekoppelt ist und ein zweites Verbindungselement mit einem zweiten Verbindungselementgegenstück der zweiten Bordnetzkomponente unter Ausbildung einer zweiten Verbindung gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf Bordnetze für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Elektro- oder Hybridfahrzeuge. Solche Bordnetze weisen mehrere Bordnetzkomponenten, beispielsweise eine Traktionsbatterie und eine elektrische Antriebseinheit, auf, welche über eine elektrische Verbindungseinrichtung elektrisch verbunden sind. Die elektrische Verbindungseinrichtung weist beispielsweise ein Kabel, zwei Verbindungselemente sowie zwei Verbindungselementgegenstücke auf. Die Verbindungselemente sind an dem Kabel und die Verbindungselementgegenstücke sind an den Bordnetzkomponenten angeordnet. Die Verbindungselemente und die Verbindungselementgegenstücke sind unter Ausbildung von Verbindungen gekoppelt.
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Dabei kann es vorkommen, dass sich die Verbindungseinrichtung im Betrieb der Bordnetzkomponenten, in welchem ein elektrischer Strom über die Verbindungseinrichtung übertragen wird, über ihre Länge ungleichmäßig erwärmt. Diese Erwärmung sorgt für erhöhte Verluste bei der Stromübertragung. Insbesondere an Kontaktstellen der Verbindungseinrichtung zwischen den Verbindungselementen und den zugehörigen Verbindungselementgegenstücken entstehen durch die Erwärmung hohe Wärmeübergangswiderstände, sodass das Kabel der Verbindungseinrichtung mit einem entsprechend hohen Leitungsquerschnitt ausgestaltet werden musst. Das erhöht jedoch Kosten und Gewicht der Verbindungseinrichtung.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige und gewichtssparende Lösung zum elektrischen Verbinden von Bordnetzkomponenten eines Bordnetzes eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bordnetz 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 Figur.
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Ein erfindungsgemäßes Bordnetz für ein Kraftfahrzeug weist eine erste Bordnetzkomponente, zumindest eine zweite Bordnetzkomponente und eine elektrische Verbindungseinrichtung zum elektrischen Verbinden der Bordnetzkomponenten auf. Die elektrische Verbindungseinrichtung weist ein Kabel, zwei an dem Kabel angeordnete Verbindungselemente sowie zwei an den Bordnetzkomponenten angeordnete Verbindungselementgegenstücke auf, wobei ein erstes Verbindungselement mit einem ersten Verbindungselementgegenstück der ersten Bordnetzkomponente unter Ausbildung einer ersten Verbindung gekoppelt ist und ein zweites Verbindungselement mit einem zweiten Verbindungselementgegenstück der zweiten Bordnetzkomponente unter Ausbildung einer zweiten Verbindung gekoppelt ist. Außerdem ist die elektrische Verbindungseinrichtung zum Angleichen von Wärmeübergangswiderständen der ersten Verbindung und der zweiten Verbindung im Bereich der Verbindungen über ein jeweiliges Wärmeleitelement mit zumindest einer Wärmesenke thermisch gekoppelt.
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Die erste Bordnetzkomponente ist insbesondere eine Traktionsbatterie und die zweite Bordnetzkomponente ist insbesondere eine elektrische Antriebseinheit des Kraftfahrzeugs. Die elektrische Antriebseinheit kann beispielsweise eine Leistungselektronik und zumindest eine elektrische Antriebsmaschine aufweisen. Die Leistungselektronik und die zumindest eine Antriebsmaschine können beispielsweise in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sein. Die zumindest zwei Bordnetzkomponenten sind über die elektrische Verbindungseinrichtung elektrisch miteinander verbunden. Die elektrische Verbindungseinrichtung stellt eine kabelgebundene Energieübertragung zwischen den zwei Bordnetzkomponenten bereit und weist dazu das Kabel, die zwei Verbindungselement auf sowie die zwei Verbindungselementgegenstücke auf, welche an den Bordnetzkomponenten angeordnet sind und welche mit den Verbindungselementen des Kabels unter Ausbildung der Verbindung zusammengefügt werden können. Es können auch Schraub- oder Materialverbindungen sein. Die Verbindungen können beispielsweise Steckverbindungen, Materialverbindungen und/oder Schraubverbindungen sein. Beispielsweise können die Verbindungselemente als Steckverbinder und die Verbindungselementgegenstücke als Steckverbindergegenstücke ausgebildet sein, welche zusammengesteckt werden können. Zusätzlich können die Steckverbinder und die Steckverbindergegenstücke auch verschraubt werden, sodass sich eine kombinierte Schraub-Steckverbindung ergibt. Die Verbindungselementgegenstücke sind insbesondere in einer Gehäusewand von Gehäusen der jeweiligen Bordnetzkomponente angeordnet und mit Komponenten der Bordnetzkomponente innerhalb des Gehäuses elektrisch verbunden. Die Verbindungen weisen einen jeweiligen Wärmeübergangswiderstand bzw. thermischen Widerstand auf, welcher durch den Übergang zwischen dem jeweiligen Verbindungselement und dem zugehörigen Verbindungselementgegenstück definiert wird. Neben dem Verbindungswiderstand existiert noch der Leitungswiderstand. In aller Regel ist der Leitungswiderstand deutlich kleiner als der Verbindungswiderstand.
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Um im Betrieb der Bordnetzkomponenten, in welchem ein Strom über die elektrische Verbindungseinrichtung übertragen wird, eine Temperatur der Verbindungseinrichtung zu homogenisieren, wird die Verbindungseinrichtung im Bereich beider Verbindungen gekühlt. Dadurch kann erreicht werden, dass ein erster Wärmeübergangswiderstand der ersten Verbindung in etwa einem zweiten Wärmeübergangswiderstand der zweiten Verbindung entspricht. Dazu wird die Verbindungseinrichtung im Bereich der ersten Verbindung über ein erstes Wärmeleitelement mit einer Wärmesenke und im Bereich der zweiten Verbindung über ein zweites Wärmeleitelement mit derselben oder einer anderen Wärmesenke thermisch gekoppelt. Beispielsweise können Verbindungselementgehäuse der jeweiligen Verbindungselemente mit dem jeweiligen Wärmeleitelement gekoppelt sein. Auch kann vorgesehen sein, dass die Verbindungen am Übergang zwischen den Verbindungen und dem Kabel mit dem jeweiligen Wärmeleitelement gekoppelt sind. Das jeweilige Wärmeleitelement ist also sowohl mit der Verbindung als auch mit dem Kabel thermisch gekoppelt.
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Die Verbindungen können über das jeweilige Wärmeleitelement mit jeweils einer Wärmesenke in Form von einer, insbesondere gekühlten, Komponente und/oder einer Kühleinrichtung der jeweiligen Bordnetzkomponente gekoppelt sein. Die Komponente, an welche die jeweilige Verbindung thermisch angebunden wird, weist insbesondere eine möglichst große thermische Masse mit möglichst kleinem thermischem Widerstand auf. Beispielsweise kann die Komponente das Gehäuse der jeweiligen Bordnetzkomponente sein, welche aus einem thermisch gut leitfähigen Material, beispielsweise einem Metall, gebildet ist. Eine solche Komponente kann beispielsweise bei der ersten Bordnetzkomponente in Form von der Traktionsbatterie auch eine Batteriezelle und/oder ein Batteriemodul der Traktionsbatterie sein. Die Kühleinrichtung kann beispielsweise eine Kühlplatte zum Kühlen der Batteriezellen sein.
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Durch das Homogenisieren der Temperatur der elektrischen Verbindungseinrichtung mittels Angleichen der thermischen Übergangswiderstände der Verbindungen können in vorteilhafter Weise Verluste bei der Stromübertragung verringert werden. Zusätzlich kann das Kabel mit einem möglichst kleinen Leiterquerschnitt ausgebildet werden, wodurch Gewicht und Kosten der elektrischen Verbindungseinrichtung gespart werden.
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Das Kabel weist insbesondere einen elektrischen Leiter, eine Schirmung und eine Ummantelung auf. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Schirmung im Bereich der Verbindungen mit dem jeweiligen Wärmeleitelement thermisch gekoppelt. Beispielsweise können sich der Leiter und die Schirmung bereichsweise innerhalb der Verbindung befinden. Die Schirmung kann dann über einen ersten Abschnitt des Wärmeleitelementes mit dem Verbindungselementgehäuse gekoppelt sein und das Verbindungselementgehäuse kann über einen zweiten Abschnitt des Wärmeleitelementes mit der Wärmesenke gekoppelt sein. Die Wärmeleitelemente sind insbesondere zumindest bereichsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, vorzugsweise aus einem Thermoplast und/oder einem keramischen Material, ausgebildet.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn zusätzlich das Kabel abseits der Verbindungen über zumindest ein weiteres Wärmeleitelement mit einer Wärmesenke verbunden ist. Das Kabel wird also auch zwischen den Verbindungselementen gekühlt, sodass Verluste bei der Stromübertragung weiter verringert werden können. Die Wärmesenke kann beispielsweise das Gehäuse einer der Bordnetzkomponenten oder auch eine andere Wärmesenke des Bordnetzes sein. Insbesondere ist die Ummantelung des Kabels mit dem zumindest einen weiteren Wärmeleitelement thermisch gekoppelt. Dazu kann das zumindest eine weitere Wärmeleitelement eine das Kabel zumindest bereichsweise umgebende Metallmanschette aufweisen.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Bordnetz. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Bordnetz vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Bordnetzes 1 für ein Kraftfahrzeug.
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Das Bordnetz 1 weist eine erste Bordnetzkomponente 2 und eine zweite Bordnetzkomponente 3 auf. Die erste Bordnetzkomponente 2 ist hier als eine Traktionsbatterie 4, beispielsweise in Form von einem Hochvoltenergiespeicher, ausgebildet. Die zweite Bordnetzkomponente 3 ist hier als eine elektrische Antriebseinheit 5 ausgebildet, welche beispielsweise eine Leistungselektronik und eine elektrische Antriebsmaschine aufweist. Die erste Bordnetzkomponente 2 weist hier ein erstes Gehäuse 6 und die zweite Bordnetzkomponente 3 weist hier ein zweites Gehäuse 7 auf.
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Außerdem weist das Bordnetz 1 eine elektrische Verbindungseinrichtung 8 auf, welche die beiden Bordnetzkomponenten 2, 3 elektrisch verbindet. Die Verbindungseinrichtung 8 weist ein Kabel 9 sowie zwei Verbindungen 10, 11 auf. Eine erste Verbindung 10 ist aus einem an dem Kabel 9 angeordneten ersten Verbindungselement 12 sowie aus einem an der ersten Bordnetzkomponente 2 angeordneten ersten Verbindungselementgegenstück 13 ausgebildet. Eine zweite Verbindung 11 ist aus einem an dem Kabel 9 angeordneten zweiten Verbindungselement 14 sowie aus einem an der zweiten Bordnetzkomponente 3 angeordneten zweiten Verbindungselementgegenstück 15 ausgebildet.
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Um Wärmeübergangswiderstände der Verbindungen 10, 11 aneinander anzugleichen, wird die elektrische Verbindungseinrichtung 8 im Bereich der Verbindungen 10, 11 gekühlt. Dazu sind die Verbindungen 10, 11 mit zumindest einer Wärmesenke 16 thermisch gekoppelt. Hier ist die erste Verbindung 10 über ein erstes Wärmeleitelement 17 mit der Wärmesenke 16 in Form von dem ersten Gehäuse 6 und die zweite Verbindung 11 über ein zweites Wärmeleitelement 18 mit der Wärmesenke 16 in Form von dem zweiten Gehäuse 7 thermisch gekoppelt. Hier sind die Wärmeleitelemente 17, 18 anliegend an dem Kabel 9 sowie an den jeweiligen Verbindungselement 12, 14 angeordnet. Das Kabel 9 weist einen Leiter 19, eine Schirmung 20 sowie eine Ummantelung 21 auf, wobei die Schirmung 20 mit den Wärmeleitelementen 17, 18 thermisch gekoppelt ist. Dazu sind die Wärmeleitelemente 17, 18 zumindest bereichsweise aus einem elektrisch isolierenden, thermisch leitfähigen Material, beispielsweise einem Thermoplast und/oder einer Keramik, ausgebildet. Die Wärmeleitelemente 17, 18 können beispielsweise Manschetten 22 aufweisen, welche die Schirmung 20 umgeben und welche über Wärmeleitstücke 23 mit der Wärmesenke 16 gekoppelt sind. Hier ist das Kabel 9 außerdem abseits der Verbindungen 10, 11 über ein drittes Wärmeleitelement 24 mit einer Wärmesenke 16 gekoppelt. So kann das Kabel 9 gekühlt werden, um Verluste bei der Stromübertragung zu verringern. Die Wärmeleitelemente 17, 18 24 können auch über Wärmeleitpasten thermisch mit der elektrischen Verbindungseinrichtung 8 verbunden sein.
