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Die Erfindung betrifft eine Übertragungsleitung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten. Die Übertragungsleitung weist einen elektrischen Leiter zum Übertragen von elektrischer Energie und einen rohrförmigen Kühlkanal zum Leiten eines Kühlmittels auf, welcher sich innerhalb des elektrischen Leiters erstreckt. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer Übertragungsleitung, eine Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf Übertragungsleitungen, welche beispielsweise in elektrischen Antriebseinheiten von elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können. Eine solche elektrische Antriebseinheit kann beispielsweise ein elektrischer Energiespeicher sein, welcher einen Traktionsakkumulator des Kraftfahrzeugs ausbildet. Zum elektrischen Verbinden von Komponenten der elektrischen Antriebseinheit sind Übertragungsleitungen vorgesehen. Da sich diese Übertragungsleitungen im Betrieb der Antriebseinheit aufgrund des über die Übertragungsleitungen geführten Stromflusses erwärmen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Übertragungsleitungen zu kühlen. Dazu werden die Übertragungsleitungen beispielsweise indirekt über Kühlkörper der Antriebseinheit oder eine Anbindung der Übertragungsleitungen an große thermische Massen gekühlt.
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Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die elektrischen Übertragungsleitungen mit einer Innenkühlung auszustatten. Dazu beschreibt beispielsweise die
DE 199 21 310 A1 eine elektrische Vorrichtung für einen elektrischen Antrieb mit einem Kabel, welches mehrere Adern und einen Kabelmantel umfasst. In dem Kabel ist ein zentraler, sich in Kabellängsrichtung, von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal angeordnet. Die Adern sind beispielsweise ringförmig um den Kühlkanal herum angeordnet.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zu dem Stand der Technik alternative Lösung einer innengekühlten elektrischen Übertragungsleitung bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Übertragungsleitung, ein Verfahren zu Herstellen einer Übertragungsleitung, eine elektrische Antriebseinheit sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
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Eine erfindungsgemäße Übertragungsleitung ist insbesondere für ein Kraftfahrzeug vorgesehen und dient zum Verbinden von zumindest zwei Komponenten. Die Übertragungsleitung weist einen elektrischen Leiter zum Übertragen von elektrischer Energie und einen rohrförmigen Kühlkanal zum Leiten eines Kühlmittels, welcher sich innerhalb des elektrischen Leiters erstreckt, auf. Die Übertragungsleitung bildet eine innengekühlte, rohrförmige Stromschiene aus. Dazu ist der elektrische Leiter als ein rohrförmiges, den Kühlkanal umgebendes Formteil ausgebildet.
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Zur Erfindung gehört außerdem ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen Übertragungsleitung, bei welchem das Formteil durch Gießen oder Strangpressen ausgebildet wird. Das Formteil ist somit als ein Gussteil oder Strangpressprofil ausgebildet. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug aufweisend zumindest zwei Komponenten sowie eine erfindungsgemäße Übertragungsleitung. Die elektrische Antriebseinheit ist insbesondere als ein elektrischer Energiespeicher mit Komponenten in Form von zumindest zwei Zellverbunden und/oder in Form von zumindest einem Zellverbund und einem Hauptanschluss des elektrischen Energiespeichers ausgebildet, wobei die Komponenten mittels der Übertragungsleitung elektrisch verbunden sind. Der elektrische Energiespeicher ist insbesondere ein Hochvoltenergiespeicher und bildet einen Traktionsakkumulator für das Kraftfahrzeug aus. Die Zellverbunde können beispielsweise jeweils einem Speichermodul des elektrischen Energiespeichers zugeordnet sein.
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Die Übertragungsleitung weist zwei rohrförmige Hohlkörper auf, welche derart zueinander angeordnet sind, dass ein Hohlkörper den anderen Hohlkörper entlang einer Erstreckungsrichtung bzw. Längsrichtung umgibt. Der innenliegende Hohlkörper bildet dabei den Kühlkanal bzw. einen fluidischen Leiter bzw. einen Kühlmittelleiter aus und der außenliegende Hohlkörper bildet den elektrischen Leiter aus. Das durch den Kühlkanal geleitete Kühlmittel kann dabei eine Abwärme abtransportieren, welche der elektrische Leiter beim Übertragen der elektrischen Energie abgibt. Zusätzlich kann zur Verbesserung des thermischen Kontaktes eine Wärmeleitmasse zwischen dem Kühlkanal und einer Innenseite des elektrischen Leiters angeordnet sein. Unter einem Kühlmittel ist hier allgemein ein Wärmetransportmittel, also auch ein Kältemittel, zu verstehen. An Enden bzw. Stirnseiten des Kühlkanals sind Kühlmittelanschlüsse vorgesehen, um den Kühlkanal mit einem Kühlmittel führenden Kühlkreis verbinden zu können.
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Die rohrförmigen Hohlkörper können beispielsweise hohlzylinderförmig ausgebildet sein und somit jeweils einen kreisförmigen Leiterquerschnitt aufweisen. Der den elektrischen Leiter ausbildende Hohlkörper ist dabei als ein starres, insbesondere unflexibles, Formteil ausgebildet. Das Formteil ist somit ein starres Leiterrohr mit insbesondere konstantem Innendurchmesser und umgibt den Kühlkanal schalenartig. Hierdurch bildet das Formteil in vorteilhafter Weise einen Schutzmantel für den Kühlkanal, welcher insbesondere zumindest ein Rohr oder zumindest einen Schlauch aufweist. Das Formteil ist zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Aluminium, ausgebildet. Das Formteil kann von einem elektrisch isolierenden Material ummantelt sein. Im Falle, dass die elektrische Antriebseinheit, in welcher die Übertragungsleitung angeordnet sein kann, nur von Fachpersonal gewartet wird, kann auf die Isolation des elektrischen Formteils verzichtet werden.
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Im Falle, dass das Formteil als ein Gussteil durch Gießen ausgebildet ist, können auch komplexe Formen des elektrischen Leiters, beispielsweise Verzweigungen, gefertigt werden. Zum Zusammenfügen des Schlauches und des Leiterrohrs erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Schlauch vor dem Anordnen in dem Leiterrohr durch eine Temperaturbehandlung geschrumpft wird, der geschrumpfte Schlauch in das Leiterrohr eingeführt wird und durch eine Temperaturbehandlung wieder aufgeweitet wird, sodass der Schlauch zum Herstellen eines thermischen Kontaktes an einer Innenseite des Leiterrohrs anliegt. Auch kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal direkt in den elektrischen Leiter gefertigt wird, insbesondere durch Kunststoffblasformen oder Spritzguss. Anders ausgedrückt wird der Kühlkanal beim Herstellen des Kühlkanals direkt in dem Formteil angeordnet.
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Dadurch, dass der elektrische Leiter als das starre Formteil ausgebildet ist, ist die Übertragungsleitung als eine rohrförmige, innengekühlte Stromschiene ausgebildet. Eine solche innengekühlte Stromschiene kann auf besonders einfache Weise montiert werden und beispielsweise in die Antriebseinheit integriert werden. Vorteilhaft ist zudem der mechanische Schutz des Kühlmittelleiters. So kann der Austritt von leitfähigem und oder entzündlichem Kühl- bzw. Kältemittel verhindert werden.
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Vorzugsweise weist die Übertragungsleitung elektrische Anschlüsse zum Verbinden mit den Komponenten auf, welche insbesondere als an dem Formteil angeordnete, vorzugsweise gelochte, Kontaktplatten ausgebildet sind. Die Kontaktplatten können beispielsweise auch einteilig mit dem Formteil ausgebildet sein. Dazu können die Kontaktplatten beispielsweise an eine Außenseite des Formteils angegossen sein. Die Kontaktplatten weisen insbesondere Löcher auf, um sie beispielsweise mit Anschlüssen der Komponenten verschrauben und/oder zusammenstecken zu können. Die elektrischen Anschlüsse können auch mit den Anschlüssen der Komponenten verschweißt oder als Lötlaschen ausgebildet und mit den Anschlüssen der Komponenten verlötet werden.
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Auch kann vorgesehen sein, dass die Übertragungsleitung zusätzlich einen Kühlmittelverteiler ausbildet. Dazu weist das Formteil zumindest eine in einer Wandung des Formteils ausgebildete Aussparung auf. Der Kühlkanal weist zumindest einen Kühlanschluss zum fluidischen Verbinden mit zumindest einer Kühleinrichtung der Komponente auf, welcher durch die Aussparung hindurchgeführt ist. Die Aussparung kann beispielsweise als ein Ausbruch bzw. Loch in der Wandung des Formteils ausgebildet sein, sodass der Kühlkanal in diesem Bereich freiliegt und damit zugänglich ist. In diesem Bereich wird der Kühlanschluss, beispielsweise durch Vulkanisieren, an dem Kühlschlauch befestigt und fluidisch mit diesem gekoppelt. Der Kühlanschluss kann beispielsweise als ein Stutzen ausgebildet sein und mit den Kühleinrichtungen der umliegenden Komponenten verbunden werden. Dadurch, dass die Übertragungsleitung auch einen Kühlmittelverteiler ausbildet, kann auf das Montieren zusätzlicher Kühlmittelleitungen verzichtet werden, sodass sowohl Materialkosten als auch Bauraum gespart werden. Beim Anordnen der Übertragungsleitung in der Antriebseinheit werden somit sowohl die Stromschiene als auch der Kühlmittelverteiler in die Antriebseinheit integriert.
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Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit zumindest einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit. Das Kraftfahrzeug ist als ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet. Auch kann vorgesehen sein, dass die Übertragungsleitung für stationäre Anwendungen, beispielsweise für Ladestationen zum Laden der elektrischen Energiespeicher der Kraftfahrzeuge, verwendet wird.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Übertragungsleitung vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Verfahren, für die erfindungsgemäße Antriebseinheit sowie 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 einer Übertragungsleitung 1 zum Verbinden von Komponenten, beispielsweise einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs. Die Komponenten können beispielsweise Zellverbunde eines elektrischen Energiespeichers, Zellverbunde und Hauptanschlüsse des elektrischen Energiespeichers oder verteilt in dem Kraftfahrzeug angeordnete elektrische Energiespeicher sein.
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Die Übertragungsleitung 1 ist als eine innengekühlte, rohrförmige Stromschiene ausgebildet und weist dazu einen ersten Hohlkörper 2, welcher einen Kühlkanal 3 zum Leiten eines Kühlmittels ausbildet, sowie einen zweiten Hohlkörper 4 auf, welcher einen elektrischen Leiter 5 zum Übertragen von elektrischer Energie ausbildet. Der Kühlkanal 3 ist insbesondere ein Schlauch 6, welcher durch den zweiten Hohlkörper 4 hindurchgeführt ist und sich entlang des zweiten Hohlkörpers 4 erstreckt. Der zweite Hohlkörper 4 ist ein rohrförmiges Formteil 7 bzw. Leiterrohr, beispielsweise ein Gussteil aus einem elektrisch leitfähigen Material, und umhüllt den Schlauch 6. Das Gussteil kann dabei mit oder ohne elektrische Isolation ausgebildet sein. Zum Anordnen des Schlauchs 6 in dem Leiterrohr 7 wird dieser vor dem Einführen durch kalte Temperaturen geschrumpft, um bei Betriebstemperatur thermischen Kontakt zu dem elektrischen Leiterrohr 7 herzustellen. Optional kann eine Wärmeleitmasse in der Trennschicht zwischen dem Leiterrohr 7 und dem Schlauch 6 eingesetzt werden.
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Die Übertragungsleitung 1 weist außerdem elektrische Anschlüsse 8 in Form von gelochten Kontaktplatten 9 auf, welche beispielsweise einteilig mit Leiterrohr 7 ausgebildet sein können oder an dem Leiterrohr 7 mechanisch befestigt, beispielsweise angeschweißt, sein können. Über diese Kontaktplatten 9 kann die Übertragungsleitung 1 elektrisch mit den Komponenten verbunden werden. Außerdem weist das Leiterrohr 7 zumindest eine Aussparung 10 auf, über welche der Schlauch 6 mit einem Kühlanschluss 11, beispielsweise durch Vulkanisieren, verbunden werden kann. Über die Kühlanschlüsse 11 können Kühleinrichtungen der umliegende Komponenten, beispielsweise Kühlkörper von Zellverbunden, mit Kühlmittel versorgt werden. Somit bildet die Übertragungsleitung 1 außerdem einen Kühlmittelverteiler aus.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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