Beschreibung

LEITERANORDNUNG UND MOBILE ELEKTRISCHE ANTRIEBSVORRICHTUNG Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leiteranordnung zur Übertragung elektrischer Energie in einem mobilen System, insbesondere in einem Land-, Luft- oder

Wasserfahrzeug. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine mobile elektrische Antriebsvorrichtung mit der Leiteranordnung. Beispielsweise in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen müssen zwischen einer Quelle elektrischer Energie, beispielsweise einer Batterie, einer Flusszellenbatterie oder einer Brennstoffzelle, und einer Senke elektrischer Energie, beispielsweise einem Elektromotor, hohe elektrische Leistungen übertragen werden. Derartige Antriebsmotoren weisen häufig Nennleistungen von 100 kW oder mehr auf, so dass Betriebsspannungen von mehreren hundert Volt und Betriebsströme von mehreren hundert Ampere auftreten.

Wenn in einem Kraftfahrzeug hohe Spannungen auftreten, müssen besondere

Schutzmaßnahmen für die Passagiere getroffen werden. Dies gilt insbesondere im Falle einer Deformation der Karosserie, beispielsweise nach einem Unfall. Damit ist ein hoher Isolationsaufwand der spannungsführenden Teile verbunden.

Die Übertragung hoher Ströme führt typischerweise zu hohen magnetischen Feldern, die aufwendig abgeschirmt werden müssen, damit es zu keiner unerwünschten

Wechselwirkung mit anderen elektrischen Einrichtungen im Fahrzeug kommt,

beispielsweise elektronischen Schaltkreisen der Fahrzeug-Elektronik.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Möglichkeit zur Übertragung elektrischer Energie insbesondere in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs zu schaffen.

Diese Aufgabe wird von den Gegenständen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

In einer Ausführungsform ist eine Leiteranordnung zur Übertragung elektrischer Energie in einem mobilen System, insbesondere in einem Land-, Luft- oder Wasserfahrzeug, vorgesehen, die einen Innenleiter und einen koaxial dazu angeordneten Außenleiter, die durch eine Isolatorschicht elektrisch voneinander isoliert sind, umfasst.

Der koaxiale Aufbau der Leitung führt dazu, dass der Raum um die Leitung herum nahezu feldfrei, insbesondere frei von Magnetfeldern, ist, auch im Falle der Übertragung hoher Ströme von beispielsweise mehreren hundert Ampere oder sogar mehreren Kiloampere.

Dieser koaxiale Aufbau erlaubt es zudem, die Nennspannung zu reduzieren, beispielsweise auf 60 Volt oder kleiner, da die im Gegenzug bei gleicher Leistung auftretenden höheren Ströme praktisch keine Abschirmungsmaßnahmen erfordern.

In einer Ausführungsform ist die Leiteranordnung für eine Gleichspannung < 1000 V zwischen Innen- und Außenleiter ausgelegt. In einer anderen Ausführungsform ist die Leiteranordnung für eine Gleichspannung in einem Intervall umfassend 1 bis 60 V zwischen Innen- und Außenleiter ausgelegt.

Insbesondere die Isolatorschicht ist für den genannten Gleichspannungsbereich ausgelegt.

Spannungen in dem letztgenannten Intervall werden häufig als Schutzkleinspannung bezeichnet. Dadurch ist eine Berührung spannungsführender Teile durch den Menschen nicht mit Gefahren für Leib und Leben verbunden. Es müssen somit keine besonderen Schutzmaßnahmen getroffen werden vor Berührung spannungsführender Teile.

Dies ist insbesondere bei Einsatz der vorgeschlagenen Leiteranordnung in mobilen Antriebsvorrichtungen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, Luftfahrzeugen oder

Wasserfahrzeugen von besonderem Vorteil. In einer Weiterbildung des vorgeschlagenen Prinzips ist der Innenleiter der Leiteranordnung mit einem Hohlraum versehen zur Aufnahme eines Kühlmediums.

Gerade bei Stromstärken von mehreren hundert Ampere oder einigen Kiloampere, wie sie in elektrisch betriebenen Fahrzeugen bei den genannten Spannungsbereichen nicht unüblich sind, kann es vorteilhaft sein, die Leiteranordnung selbst zu kühlen und/oder ein Kühlmedium an eine angeschlossene Batterie und/oder einen angeschlossenen

Elektromotor zu transportieren um diesen Verlustwärme zu entziehen oder, insbesondere im Falle der Batterie, einen vordefinierten Temperaturbereich einzuhalten. Alternativ kann im Innern des Innenleiters anstelle des Hohlraums ein weiterer Isolator vorgesehen sein.

Die Leiteranordnung ist bevorzugt zwischen einer Batterie und einem Antriebsmotor geschaltet, um den Antriebsmotor mit elektrischer Energie aus der Batterie zu versorgen. Der Antriebsmotor umfasst bevorzugt einen Umrichter mit Leistungselektronik. In diesem Fall ist die Leiteranordnung zwischen die Batterie und den Umrichter geschaltet.

Umgekehrt kann in einem generatorischen Betrieb des Elektromotors die Batterie über die Leiteranordnung aufgeladen werden, beispielsweise bei einer Bremsrekuperation.

Um enge Biegeradien zu ermöglichen, kann der Innenleiter und/oder der Außenleiter eine flexible metallische Struktur aufweisen. Beispielsweise können gelitzte Strukturen und/oder geflochtene Netzstrukturen eingesetzt werden. Damit ist es auch möglich, eine Konversion unterschiedlich geometrisch ausgeprägter

Anschlüsse zu bewirken. Beispielsweise kann die Leiteranordnung an einem Ende einen koaxial runden Anschluss aufweisen und an einem anderen Ende einen koaxial rechteckförmigen Anschluss. Beispielsweise zur Isolation gegen andere spannungsführende Teile kann der Außenleiter von einer weiteren, bevorzugt ebenfalls koaxial aufgebauten Isolatorschicht umgeben sein. Die Isolatorschicht kann zylinderförmig sein. In einer Ausführungsform ist eine mobile elektrische Antriebsvorrichtung vorgesehen, welche eine Leiteranordnung wie vorstehend beschrieben aufweist. Die mobile elektrische Antriebsvorrichtung weist weiterhin eine Batterie und einen Antriebsmotor auf. Die Leiteranordnung verbindet die Batterie mit dem Antriebsmotor zur Übertragung von elektrischer Energie zur Versorgung des Antriebsmotors. Somit sind Batterie,

Antriebsmotor und Leiteranordnung Teil eines Antriebsstranges, beispielsweise eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs.

In einer anderen Ausführungsform ist eine Schaltungsanordnung zur Speisung eines als vielphasige elektrische Maschine ausgeführten Antriebsmotors vorgesehen. Die

Schaltungsanordnung kann von der Antriebsvorrichtung umfasst sein.

Die Schaltungsanordnung umfasst eine Leiterplatte mit je einem Anschluss für Plus- und Minuspol zum Anschluss an eine DC-Zwischenkreisspannung, mindestens je einen Halbleiter-Leistungsschalter, der auf die Leiterplatte aufgebracht ist und den Plus- und den Minuspol mit einem Ausgangsanschuss verbindet unter Bildung einer

Halbbrückenschaltung, wobei die Anschlüsse für Plus- und Minuspol sowie der

Ausgangsanschluss jeweils großflächig ausgeführt sind und wobei der Ausgangsanschluss der Bereitstellung einer getakteten Spannung als Ansteuersignal für eine elektrische Phase der vielphasigen Maschine eingerichtet ist.

Mit der Halbbrückenschaltung wird jeweils entweder der Pluspol oder der Minuspol auf die jeweilige elektrische Phase der Maschine geschaltet. Werden mehrere Phasen der Maschine von je einer vorgeschlagenen Schaltungsanordnung angesteuert, so bildet die Vielzahl der Leiterplatten einen Umrichter zur Ansteuerung der Maschine.

Die vorgeschlagene Schaltungsanordnung ermöglicht einen besonders platzsparenden Aufbau eines Umrichters zur Ansteuerung der elektrischen Maschine. Der Zwischenkreis kann mindestens einen Zwischenkreiskondensator umfassen, der zwischen den Anschluss für den Pluspol und den Anschluss für den Minuspol der Leiterplatte geschaltet ist. Der Zwischenkreiskondensator puffert die Energie im

Zwischenkreis bzw. stabilisiert die Zwischenkreisspannung. Wenn mehrere Leiterplatten vorgesehen sind, können alle Pluspole aller Leiterplatten miteinander verbunden sein. Weiterhin können alle Minuspole aller Leiterplatten miteinander verbunden sein.

Bevorzugt ist eine Leiterplatte je Phase der elektrischen Maschine vorgesehen, wobei jeweils der Ausgangsanschluss einer jeweiligen Leiterplatte mit der zugeordneten Phase der elektrischen Maschine verbunden ist. In einer Weiterbildung umfasst die elektrische Maschine einen Stator mit mehreren Nuten, wobei je Phase der Maschine eine Nut vorgesehen ist und in jede Nut ein elektrisch leitfähiger Stab eingelegt ist, der sich in axialer Richtung erstreckt, wobei die Stäbe entlang des Umfangs des Stators verteilt sind. Mit den Stäben wird die Statorwicklung der

Maschine realisiert.

Besonders platzsparend ist der Aufbau, wenn die einem Stab zugeordnete Leiterplatte jeweils stirnseitig am Stator in axialer Verlängerung des jeweils zugeordneten Stabs angeordnet ist. Die Anschlüsse für den Pluspol und für den Minuspol sind bevorzugt nebeneinander oder übereinander bezogen auf die Platinenebene angeordnet und sind flächig in axialer und/oder radialer Richtung der Maschine sich erstreckend ausgeführt. Zum Kurzschließen aller Pluspole der Leiterplatten miteinander ist bevorzugt ein Kontaktring vorgesehen. Zum Kurzschließen der Minuspole ist ein weiterer Kontaktring vorgesehen. Die Kontaktringe realisieren einen DC-Bus.

Auf der in axialer Richtung des Stators den Leiterplatten gegenüberliegende Seite des Stators sind bevorzugt alle Enden der Stäbe miteinander kurzgeschlossen, zum Beispiel mit einem Kurzschlussring, ähnlich wie bei einem Käfigläufer.

In einer Weiterbildung ist der elektrisch leitfähige Stab der elektrischen Maschine jeweils so ausgeführt, dass die Halbleiter-Leistungsschalter direkt mit diesem kontaktiert werden, so dass dann die Leiterplatte mit dem elektrisch leitfähigen Stab eine Einheit bildet. Der elektrisch leitfähige Stab dieser Einheit kann dann in eine Nut eingelegt werden. Dann können an einem axialen Ende der Maschine alle Stäbe mittels eines elektrisch leitfähigen Kurzschlussmittels miteinander verbunden werden. Am anderen axialen Ende wird je ein Kontaktring zum Kurzschließen der Pluspole der Leiterplatten miteinander und der Minuspole der Leiterplatten miteinander angebracht.

In einer anderen Ausführungsform ist eine Batterie für eine Antriebsvorrichtung insbesondere eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs vorgesehen, welche großflächig und eben ausgeführt ist.

Die Batterie umfasst mindestens zwei parallel angeordnete elektrisch leitfähige Platten. Diese sind von einem flächig ausgeführten Isolator beabstandet und elektrisch getrennt. Dabei ist eine Sandwich- Struktur gebildet. Die Sandwich- Struktur kann die Bodenplatte eines Akkumulators eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs sein. Dabei kann diese Sandwich- Struktur zum einen als Stromleiter für die eigentliche Fahrzeug-Batterie dienen, kann jedoch zum anderen auch selbst eine kleine Menge Energie speichern. Die Bodenplatte stellt dabei nicht die eigentliche Batterie dar. Durch einen Sandwich- Aufbau kann gemäß dem Prinzip des Plattenkondensators etwas elektrische Energie zwischengespeichert werden.

Eine derartige Batterie beruht auf dem Prinzip eines Plattenkondensators. Beispielsweise in Kraftfahrzeugen müssen zur Erzielung niedriger Übertragungsverluste große Querschnitte eingesetzt werden und es ist eine effektive Schirmung erforderlich. Beide Anforderungen erfüllt der vorgeschlagene Aufbau. Somit kommt die Bodenplatte der Batterie als Leiter zum Einsatz. Die Bodenplatte ist beispielsweise aus Aluminium gefertigt. Häufig dient sie dazu, das Eindringen von Fremdkörpern in den Akkumulator zu verhindern.

Nach dem vorgeschlagenen Prinzip wird die Bodenplatte in mehrere Platten aufgeteilt, welche mit dem Isolator verklebt oder anders verbunden sind. Der Isolator kann beispielsweise der Festigkeitserhöhung dienen. Dabei kann beispielsweise eine Aramid- oder Karbonschicht oder mehrere Schichten zwischen zwei Aluminiumplatten gelegt werden. In einer Weiterbildung ist ein weiterer Isolator vorgesehen, der zwischen eine der beiden Platten und einer dritten Platte gelegt ist. In diesem Fall bildet bevorzugt die mittlere Platte einen elektrischen Pol, während der andere Pol durch die beiden anderen Platten, also die äußeren Platten realisiert ist. Bei diesem Aufbau hat bevorzugt der mittlere Leiter die doppelte Dicke wie die beiden anderen Leiterplatten. Es können beliebige weitere Schichten umfassend je einen Isolator und eine Platte zum Einsatz kommen. In einer Ausführungsform weist der Isolator eine hohe relative

Permittivität auf.

Dabei ist bevorzugt der Abstand zwischen zwei Platten so gering wie möglich, um eine möglichst große Kapazität zu erzielen. Selbstverständlich muss der Abstand groß genug gewählt sein, um die Durchschlagfeldstärke des Dielektrikums nicht zu überschreiten.

In einer anderen Ausführungsform ist eine jeweilige, ineinandergreifende Kammstruktur übereinanderliegender Platten vorgesehen.

Zum Aufladen der Batterie können Hochstrom-Kontakte und Anschlussschienen vorgesehen sein. Zum Schutz vor Staub und Verunreinigung können bewegliche

Abdeckungen vorgesehen sein, um die Hochstrom-Kontakte bzw. Anschlussschienen abzudecken außerhalb eines Aufladebetriebs.

In einer weiteren Ausführungsform ist eine Schutz- Schaltungsanordnung vorgesehen, die zum Auslösen einer Schmelzsicherung dient. Die Schmelzsicherung ist in Serie zu einer Batteriezelle einer Batterie geschaltet. Diese Batterie ist vorzugsweise in einer

Antriebsvorrichtung für ein Elektrofahrzeug, beispielsweise einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug oder einem elektrisch betriebenen Boot vorgesehen. Die Schutz- Schaltungsanordnung umfasst einen Kurzschluss-Schalter, der parallel zur Serienschaltung umfassend die Batteriezelle und die Schmelzsicherung geschaltet ist. Das vorgeschlagene Prinzip kombiniert eine passive Schmelzsicherung mit einer aktiven Auslösung im Fehlerfall.

Die Schmelzsicherung kann beispielsweise als Bonddraht ausgeführt sein. Dieser

Bonddraht ist so dimensioniert, dass bei einem unzulässig hohen Überstrom, der über einen längeren Zeitraum hinweg fließt, der Bonddraht schmilzt und somit die Verbindung dieser Batteriezelle zu anderen Zellen bzw. zu einem DC-Bus trennt.

Der Kurzschluss-Schalter kann ein Schalter im herkömmlichen Sinne sein oder er kann durch die Leistungselektronik in einem Motor, der mit der Batterie beispielsweise in einer Antriebsvorrichtung verbunden ist, realisiert sein. Hierzu können die Halbbrücken in einem zur Steuerung des Motors vorhandenen Umrichter genutzt werden, beispielsweise die an den weiter oben beschriebenen Leiterplatten einer Schaltungsanordnung zur Speisung eines Antriebsmotors vorhandenen Halbbrücken. Dabei können beide

Leistungsschalter in der Leiterplatte geschlossen werden, damit der Kurzschlussstrom direkt zwischen Pluspol und Minuspol der Zwischenkreisspannung fließt, oder

abwechselnd, damit der Strom über den Motor fließt. Damit wird der Kurzschluss über die Statorwicklung der Maschine realisiert. Alle oben beschriebenen Ausführungsformen, oder eine Auswahl davon je nach

Anwendung, können in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug miteinander kombiniert verwirklicht sein.

Das vorgeschlagene Prinzip wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Leiteranordnung nach dem

geschlagenen Prinzip,

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Leiteranordnung nach dem

vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für Innenleiter und/oder Außenleiter,

Figur 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für Innen- und/oder Außenleiter,

Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für Innen- und/oder Außenleiter, Figur 6 ein Ausführungsbeispiel einer Leiteranordnung nach dem vorgeschlagenen

Prinzip,

Figur 7 ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte nach dem vorgeschlagenen

Prinzip,

Figur 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte nach dem

vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 9 einen Ausschnitt aus einer weiteren Ausführungsform einer Leiterplatte nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 10 ein Ausführungsbeispiel eines Hochstrom- Kontakts für eine Batterie nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 11 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hochstrom-Kontakts nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 12 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hochstrom-Kontakts nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 13 und 14 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Hochstrom-Kontakts nach dem vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 15 ein Ausführungsbeispiel einer Abdeckung einer Kontaktierung einer

Batterie,

Figuren 16 und 17 Ausführungsbeispiele einer Batterie nach dem vorgeschlagenen

Prinzip anhand von Ausschnittsdarstellungen,

Figur 18 ein Ausführungsbeispiel einer Schutz-Schaltungsanordnung zum Auslösen einer Schmelzsicherung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, Figur 19 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schutz- Schaltungsanordnung zum

Auslösen einer Schmelzsicherung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, Figur 20 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung nach dem

vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 21 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung nach dem

vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 22 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung nach dem

vorgeschlagenen Prinzip und

Figur 23 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung nach dem

vorgeschlagenen Prinzip,

Figur 24 eine Weiterbildung des Ausführungsbeispiels von Figur 8, Figur 25 eine Weiterbildung in beispielhafter Weise des Ausführungsbeispiels von Figur 7,

Figur 26 eine andere beispielhafte Weiterbildung des Ausführungsbeispiels von Figur

8,

Figur 27 ein Ausführungsbeispiel einer an einem Stab angesteckten Leiterplatte, Figur 28 ein Ausführungsbeispiel der Verbindung einer Leiterplatte mit

Kontaktringen,

Figur 29 ein anderes Ausführungsbeispiel der Montage der Leiterplatte an

Kontaktringen,

Figur 30 ein drittes Ausführungsbeispiel der Montage einer Leiterplatte an

Kontaktringen,

Figur 31 ein Ausführungsbeispiel der Montage einer Leiterplatte an Kontaktringen mittels Kontaktplättchen,

Figur 32 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Montage der Leiterplatte an

Kontaktringen mittels Kontaktplättchen,

Figur 33 ein drittes Ausführungsbeispiel der Montage einer Leiterplatte an

Kontaktringen mittels Kontaktplättchen,

Figur 34 ein Ausführungsbeispiel der Montage der Leiterplatte zwischen

Kontaktringen,

Figur 35 ein Ausführungsbeispiel einer Kammstruktur einer Bodenplatte einer

Batterie.

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Leiteranordnung zur Übertragung elektrischer Energie in einem mobilen System, insbesondere in einem Land-, Luft- oder

Wasserfahrzeug. Die Leiteranordnung umfasst einen Innenleiter 1 und einen koaxial dazu angeordneten Außenleiter 3. Der Innenleiter 1 und der Außenleiter 3 sind durch eine Isolatorschicht elektrisch voneinander isoliert. Diese ist wie Innen- und Außenleiter ebenfalls zylinderförmig ausgebildet. Der Außenleiter 3 ist von einer weiteren,

zylinderförmigen Isolatorschicht 4 umgeben. Der innere Isolator 2 und der äußere Isolator 4 können beispielsweise Kunststoff, bevorzugt Thermoplast umfassen. Diese können beispielsweise als Netzstruktur oder flächig geschlossen ausgeführt sein. Der Innenleiter 1 und der Außenleiter 3 können Aluminium oder Kupfer, in Reinform oder als Legierung umfassen. Das Material kann massiv oder gelitzt sein. Die Litzen können beispielsweise als geflochtene Netzstruktur ausgeführt sein.

Mit Vorteil ist das Äußere der Leiteranordnung praktisch feldfrei. Dies gilt insbesondere dann, wenn mit der Leiteranordnung hohe Ströme übertragen werden, wie dies

beispielsweise in einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug im Antriebsstrang, d.h. zwischen Batterie und Antriebsmotor, der Fall ist.

Damit ist es möglich, die Betriebsspannung, für die die Leiteranordnung ausgelegt ist, gegenüber bisher üblichen Spannungen im Kraftfahrzeug mit elektrischem Antrieb zu reduzieren und im Gegenzug noch höhere Stromstärken in Kauf zu nehmen. Dies deswegen, da praktisch kein Abschirmungsaufwand bei dem koaxialen Aufbau des Kabels nötig ist. So kann die Leiteranordnung beispielsweise für eine Nenn-Gleichspannung von < 1000 V zwischen Innen- und Außenleiter ausgelegt sein.

In einer anderen Ausführungsform ist die Leiteranordnung für eine Nenn-Gleichspannung ausgelegt in einem Intervall umfassend 1 V bis 60 V zwischen Innen- und Außenleiter. Dieser Spannungsbereich wird auch als Schutzkleinspannung bezeichnet.

Wie in Figur 1 gezeigt weist der Innenleiter 1 einen zylinderförmigen Hohlraum 5 auf zur Aufnahme eines Kühlmediums. Das Kühlmedium kann flüssig oder gasförmig sein. Alternativ kann, wie in Figur 2 gezeigt, der Innenleiter keinen Hohlraum aufweisen. Im

Übrigen entspricht die Ausführung der Leiteranordnung von Figur 2 derjenigen von Figur 1 in Aufbau und Funktionsweise. Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer geflochtenen Netzstruktur. Alternativ kann diese gewebt sein. Mit dieser geflochtenen Netzstruktur aus leitendem Material, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer, kann der Innenleiter 1 und/oder der Außenleiter 3 aufgebaut sein.

Wie anhand von Figuren 4 und 5 ersichtlich ist, hat diese geflochtene Netzstruktur der Leiter den Vorteil, dass das Netz sowohl längs als auch quer gestaucht oder gestreckt werden kann. Dieses Geflecht kann eine zylindrische Form aufweisen, in dem es beispielsweise als Röhre gefertigt oder als flaches Netz gerollt wird.

Figur 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leiteranordnung mit geflochtener Netzstruktur bei Innenleiter und Außenleiter. Die Leiteranordnung hat an einem Ende 6 einen koaxial runden Aufbau, und am anderen Ende 7 einen koaxial rechteckigen Aufbau. Ein Übergang von einer koplanaren zu einer koaxialen Anschluss-Schnittstelle der Leiteranordnung ist besonders vorteilhaft im Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise zwischen Batterie und Antriebsmotor einsetzbar. Am Außenradius 8 der gebogenen Leiteranordnung erfolgt eine Streckung der Netzstruktur, während am

Innenradius 9 eine Stauchung der Netzstruktur erfolgt. Da Antriebsmotor und Batterie im Kraftfahrzeug häufig an beweglich zueinander gelagerten Karosserieteilen oder Teilen des Chassis gelagert sind, kommt auch hier der flexible Aufbau der Leiteranordnung vorteilhaft zur Geltung.

Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Leiterplatte 10 in einer Schaltungsanordnung zur Speisung eines als vielphasige elektrische Maschine ausgeführten Antriebsmotors. Es ist bevorzugt für jede Phase der vielphasigen elektrischen Maschine eine Leiterplatte zu deren Ansteuerung vorgesehen.

Die Leiterplatte 10 umfasst eine Platine 13 und weist auf dieser flächig aufgebrachte Spannungsanschlüsse für einen Pluspol 11 und für einen Minuspol 12 auf. Der Anschluss für den Pluspol 11 ist ebenso großflächig ausgeführt wie der Anschluss für den Minuspol 12, wobei sich der Anschluss für den Pluspol auf der Oberseite der Platine 13 und der Anschluss für den Minuspol auf der Unterseite der Platine 13 befindet. Beide Anschlüsse sind im Wesentlichen rechteckförmig ausgebildet. Der Pluspol 11 und der Minuspol 12 dienen zum Anschluss an eine Zwischenkreisspannung. Weiterhin ist ein

Ausgangsanschluss 14 vorgesehen, welcher ebenfalls großflächig und rechteckförmig ausgeführt ist und zum Verbinden mit dem jeweiligen Anschluss der jeweiligen Phase der Maschine vorgesehen ist.

Anstelle der Platine 13 kann eine Trägerplatte oder ein Printed Circuit Board, PCB vorgesehen sein. Zwischen den Ausgangsanschluss 14 und den Anschluss für den Pluspol 11 ist mindestens ein Halbleiter-Leistungsschalter, hier nicht eingezeichnet, angeschlossen. Weiterhin ist zwischen dem Ausgangsanschluss 14 und dem Anschluss für den Minuspol 12 ebenfalls mindestens ein Halbleiter-Leistungsschalter geschaltet, hier ebenfalls nicht eingezeichnet. Die Halbleiter-Leistungsschalter können bevorzugt auf die Leiterplatte dort montiert werden, wo sich der Anschluss für den Pluspol 11 und der Ausgangsanschluss bzw. der

Anschluss für den Minuspol 12 und der Ausgangsanschluss entlang einer Trennlinie 15 zur Isolation mit geringem Abstand treffen.

Zweck dieser Schaltungsanordnung ist es, entweder das Pluspotential oder das

Minuspotential der Plus- bzw. Minuspole 11, 12 an den Ausgangsanschluss 14 der Schaltung und damit an eine Phase der Maschine zu schalten. Die Kontaktierung des Ausgangsanschlusses mit der Phase der Maschine kann über verschiedene

Verbindungsarten, beispielsweise Schrauben, Spleißen oder Löten erfolgen. Auch ein Befestigen über elektrisch leitende Adapterplättchen ist möglich, welche dabei gerade oder angewinkelt ausgeführt sein können. Dies dient der Anpassung an die mechanische

Schnittstelle der Maschine.

Eine alternative Ausführungsform der Schaltungsanordnung ist in Figur 8 gezeigt. Im Unterschied zu Figur 7 sind Pluspol und Minuspol 11, 12 nicht auf gegenüberliegenden Seiten der Platine 13 angeordnet, sondern nebeneinander auf der gleichen Seite. Dabei sind die Anschlussplatten so ausgeführt, dass der Pluspol 11 und der Minuspol 12 jeweils eine Ecke der Platine 13 abdecken, während die Platte zum Kontaktieren des

Ausgangsanschlusses zwei Ecken der Platine abdeckt. An der Trennstelle 16 zwischen Pluspol 11 und Minuspol 12, welche geradlinig parallel entlang der Platine 13 verläuft, kann ein Zwischenkreiskondensator, hier nicht

eingezeichnet, angebracht werden. An der ebenfalls geradlinigen Trennstelle 15 zwischen Pluspol 11 und Ausgangsanschluss 14 sowie Minuspol 12 und Ausgangsanschluss 14 wird je ein Halbleiter-Leistungsschalter, hier ebenfalls nicht eingezeichnet angebracht.

Die den Pluspol 11, den Minuspol 12 und den Ausgangsanschluss 14 realisierenden Platten können beispielsweise aus Alu- oder Kupferplatten bestehen und auf die elektrische isolierende Trägerplatine 13 aufgebracht sein, der beispielsweise Kunststoff umfasst.

In einer alternativen Ausführungsform, wie in Figur 9 gezeigt, ist anstelle einer jeweiligen Platte zur Realisierung der stromführenden Anschlüsse eine Sandwich- Struktur umfassend mehrere, dünne leitende Schichten vorgesehen, die jeweils durch dünne Isolatorschichten beabstandet sind. Mit Hilfe von Durchkontaktierungen werden die Metallschichten, beispielsweise Kupferschichten, elektrisch verbunden und der Strom so aufgeteilt. Hierfür kann ein herkömmliches Standard-Mehrschicht-PCB verwendet werden.

Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel von Hochstrom-Kontakten zur Kontaktierung der Bodenplatte der Batterie.

Hierfür weist die Bodenplatte mindestens zwei Kontaktschienen auf, die an einer

Sandwich- Struktur umfassend mindestens zwei leitende Platten mit dazwischenliegendem Isolator angebracht und leitend mit den jeweiligen Platten der Bodenplatte verbunden sind.

Der in Figur 10 gezeigte Hochstrom- Kontakt wird von dem Hersteller Druseidt angeboten und ermöglicht eine lösbare hochstromfeste Klemm-Kontaktierung der Bodenplatte der Batterie. Der in Figur 10 gezeigte Kontakt ist dabei mindestens zweifach für jeden Pol der Gleichspannung zum Laden der Batterie vorhanden und beispielsweise fest mit einer Ladestation verbunden. Die Kontaktierung kann beispielsweise durch einen beweglichen

Bodenanschluss an einer Ladestelle oder durch ein autonomes Parken eines Fahrzeugs auf einer Kontaktierungsstelle, welche die Hochstrom-Kontakte umfasst, erfolgen. Alternative Hochstrom-Kontakte der Firma Ampac sind in Figuren 11 und 12 gezeigt in einem alternativen Beispiel.

Figuren 13 und 14 zeigen eine Ausführung der Kontakte der Firma Multi-Contact, die ebenfalls zur Kontaktierung der Bodenplatte verwendet werden können.

In einer bevorzugten Ausführung sind die Hochstrom- Kontakte zumindest fahrzeugseitig beschichtet. Hierfür kann eine entsprechende Beschichtung auf den Kontaktschienen unterhalb der Bodenplatte vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise durch eine spezielle Eloxierung erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können die elektrischen Kontaktflächen mit Kupfer, Cupal, Silber, Zinn und/oder Gold beschichtet werden, um die Leitfähigkeit zu verbessern und die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen. Dies ist alternativ oder zusätzlich auch mit einer Beschichtung umfassend Graphit oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich. Die Ladestation kann Spritzdüsen zum Aufbringen von Kontaktfett auf die Kontaktflächen aufweisen.

Figur 15 zeigt eine Schutzabdeckung für die Kontaktschienen der Bodenplatte des

Fahrzeugs. Diese kann gleitend an der Längsachse des Fahrzeugs gelagert sein. Eine in dieser Ausführung vorhandene Lamellendichtung ist nicht sichtbar. Beweglich sind die Teile entlang der Längsachse des Fahrzeugs, hier also entlang einer Diagonalen von links oben in der Figur nach rechts unten.

Figuren 16 und 17 zeigen Ausschnitte aus einer Bodenplatte eines Akkumulators eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs mit einer vorgeschlagenen Sandwich-Struktur. Über sich von der offenen Seite her verjüngende halbrunde oder kreisrunde Öffnungen 20, 21 ist es möglich, den oberen Kontakt der oberen Platte der Sandwich-Struktur von der

Fahrzeugunterseite her zu kontaktieren. Selbstverständlich können in alternativen Ausführungen mehrere solcher

Kontaktöff ungen vorgesehen sein, um die Stromtragfähigkeit zu erhöhen. Alternativ kann die geometrische Form der Kontaktöffhungen anders gestaltet sein, beispielsweise als Polygon oder Langloch.

Figur 18 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schutz-Schaltungsanordnung zum Auslösen einer Schmelzsicherung 30, welche in Serie zu einer Batteriezelle 31 geschaltet ist. Die Batteriezelle 31 ist beispielsweise von einer Batterie oder eines Akkumulators eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs umfasst. Parallel zu der Serienschaltung umfassend die Schmelzsicherung 30 und die Batterie 31 ist ein Kurzschluss-Schalter 32 geschaltet. Eine Steuerungseinheit 33 erfasst über eine Fehlerstrom-Detektionseinrichtung 34 einen unzulässig hohen Strom der Batteriezelle 31 , und betätigt in diesem Fall den Kurzschluss- Schalter 32. Parallel zum Kurzschluss-Schalter 32 ist die Leistungselektronik 35 eines Motors 36, beispielsweise des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs geschaltet. Die weiter oben beschriebenen Halbbrücken der Leistungselektronik 35, die von einer

Schaltungsanordnung zur Speisung des Antriebsmotors umfasst sein können, können alternativ oder zusätzlich zum Herbeiführen eines Kurzschlusses parallel zu der

Serienschaltung umfassend die Schmelzsicherung und die Batterie eingesetzt werden.

Mit anderen Worten erkennt die Steuerungseinheit 33 aus einer Differenz zwischen Batteriestrom einerseits und Gleichstromaufnahme an der Leistungselektronik andererseits einen Kurzschluss oder allgemein eine Abweichung. Falls weitere Verbraucher vorhanden sind, müssen diese in der Bilanz mit berücksichtigt werden, um den Fehlerfall zu ermitteln. Im Fehlerfall wird der Kurzschlussschalter 32 geschlossen, um die Schmelzsicherung 30 zum Schutz der Batteriezelle 31 auszulösen. Die Gleichstromaufnahme der Leistungselektronik kann mit dem Stromfühler 34 gemessen werden. Alternativ kann die Gleichstromaufnahme ohne Stromfühler errechnet werden. Hierzu wird über einen Drehzahlsensor und ein Drehmomentmodell die mechanische Leistung berechnet. Mit Hilfe eines Verlustmodells für Maschine und Leistungselektronik kann der DC-Strom berechnet werden.

Figur 19 zeigt eine Weiterbildung einer Schutzschaltungsanordnung zum Auslösen einer Schmelzsicherung. Diese entspricht weitgehend derjenigen von Figur 18 und wird insoweit an dieser Stelle nicht noch einmal beschrieben. Anstelle einer einzelnen Serienschaltung einer Schmelzsicherung 30 mit einer Batteriezelle 31 ist bei Figur 19 jedoch eine Serien- /Parallelschaltung von insgesamt vier Serienschaltungen vorgesehen, welche jeweils eine Schmelzsicherung 30 und eine Batteriezelle 31 umfassen. Es sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils zwei solcher Serienschaltungen miteinander in Serie und je zwei parallel verschaltet. Die passiven Schmelzsicherungen 30 sichern insgesamt jede

Batteriezelle 31 ab. Der aktive Schalter und die Steuerungseinheit müssen jedoch nicht für jede Zelle vorgesehen und dazu parallel geschaltet sein. Mit dem Stromfühler 34 erfolgt die Strommessung. In alternativen Ausführungsformen können beliebig viele der beispielhaft gezeigten vier Serienschaltungen parallel und/oder seriell verschaltet sein.

Die Batteriezellen 31 können Zellen eines herkömmlichen Akkumulators oder Zellen einer Brennstoffzelle oder einer Flusszellenbatterie sein.

Figuren 20 bis 23 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung nach dem vorgeschlagenen Prinzip, bei der eine Leiteranordnung 38 nach dem vorgeschlagenen Prinzip zwischen einen Umrichter 35 und eine Batterie 37 geschaltet ist. Zwischen dem Umrichter 35 und einem Getriebe 39 ist jeweils ein Antriebsmotor 36 vorgesehen.

Figur 24 zeigt eine Weiterbildung der Leiterplatte 10' von Figur 8, die jedoch mit elektronischen Bauteilen bestückt ist. Insbesondere ist zwischen dem jeweils flächenhaft ausgeführten Pluspol 11 und Minuspol 12 ein Stützkondensator 17 aufgebracht, der über die Trennlinie 16 hinweg die beiden Pole miteinander verbindet. Zwischen Pluspol 11 und Ausgangsanschluss 14 einerseits und zwischen Ausgangsanschluss 14 und Minuspol andererseits sind jeweils zwei Halbleiter-Leistungsschalter 18, 19 geschaltet. Eine

Leiterplatte verbindet je einen Bezugsanschluss der Halbleiter-Leistungsschalter 18, 19 miteinander. Figur 25 zeigt eine Weiterbildung der Leiterplatte 10 von Figur 7, welche im Gegensatz zu jener ebenfalls bestückt ist. Es sind zwei Stützkondensatoren 17 auf den flächenhaft ausgeführten Pluspol 11 aufgebracht und, hier nicht sichtbar, mit dem Minuspol kontaktiert. Weiterhin sind zwischen dem Ausgangsanschluss 14 und dem Pluspol 11 insgesamt vier Halbleiter-Leistungsschalter 22 geschaltet. Die Halbleiter-Leistungsschalter 22 sind über eine gemeinsame Leiterplatte miteinander in einem gemeinsamen

Bezugspotentialanschluss verbunden. Der Minuspol kann über eine Bohrung mit dem Kondensator 17 verbunden sein.

Figur 26 zeigt eine alternative Ausführungsform der Leiterplatte von Figur 24. Zum Kontaktieren des Ausgangsanschlusses 14 ist ein flächenhaftes Kontaktplättchen einerseits und ein abgewinkeltes Kontaktplättchen andererseits vorgesehen, die zum Kontaktieren der Leiterplatte an ihrem Ausgangsanschluss 14 mit einem in eine Nut einzulegenden Stab der Wicklung verbindbar sind. Somit sind zwei Kontaktierungsmöglichkeiten vorgesehen.

Bei allen Ausführungsformen gemäß den Figuren 24 bis 26 sind die Potentiale zwischen Pluspol, Minuspol und Ausgangsanschluss durch jeweilige Trennstellen bzw. Trennlinien 16, 16' getrennt.

Bei den Ausführungsformen gemäß den Figuren 24 bis 26 sind auch die Unterseiten jeweils mit Halbleiter-Schaltern bestückt, je nach Ausführung zum Durchschalten eines der beiden Pole oder beider. Figur 27 zeigt das Ausführungsbeispiel der Leiterplatte 10 ^' von Figur 24 montiert an der axialen Stirnseite einer elektrischen Maschine. Dabei ist der Ausgangsanschluss 14 mit einem Stab 23 leitfähig verbunden. Für jeden Stab 23 ist eine Leiterplatte 10' vorgesehen und jeweils stirnseitig damit verbunden, es ist jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine einzige Leiterplatte in Figur 27 gezeigt. Der Kontakt kann mittels verschiedener Verfahren hergestellt werden.

Figuren 28 bis 30 zeigen Ausführungsbeispiele der Kontaktierung einer Leiterplatte 10' gemäß Figur 24 mit zwei Kontaktringen 24, 25 zum Verbinden aller Pluspole aller Leiterplatten miteinander und zum Verbinden aller Minuspole aller Leiterplatten miteinander.

Dabei zeigt Figur 28 die Montage der Leiterplatte in axialer Richtung neben den

Kontaktringen, Figur 29 die Montage der Leiterplatte in radialer Richtung zwischen den Kontaktringen und Figur 30 die Montage in axialer und radialer Richtung zwischen den Kontaktringen. Es ist wiederum lediglich eine Leiterplatte gezeigt aus Gründen der besseren Darstellbarkeit. Figuren 31 bis 33 zeigen je ein Ausfuhrungsbeispiel einer Leiterplatte 10 gemäß Figur 25 jeweils über Kontaktplättchen montiert an zwei Kontaktringen 26, 27 zum Kurzschließen aller Pluspole und aller Minuspole analog zu Figuren 28 bis 30. Die Leiterplatten sind jedoch nicht direkt mit den Kontaktringen verbunden, sondern über Kontaktplättchen. Wiederum zeigt Figur 31 die Montage in axialer Richtung neben den Kontaktringen, Figur 32 die Montage in radialer Richtung zwischen den Kontaktringen und Figur 33 die Montage in axialer und radialer Richtung bezüglich der Kontaktringe 26, 27. Es ist wiederum lediglich eine Leiterplatte gezeigt aus Gründen der besseren Darstellbarkeit. Die Kontaktplättchen können je nach Art der Verbindung Bohrungen aufweisen oder nicht.

Figur 34 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Montage einer Leiterplatte 10' zwischen zwei Kontaktringen 24, 25 in einer Ausschnittsdarstellung eines Querschnitts in axialer Richtung gesehen. Figur 35 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Bodenplatte eines Akkumulators mit einer Sandwich- Struktur nach dem vorgeschlagenen Prinzip, wobei die beiden Platten jeweils über eine ineinandergreifende Kammstruktur verfügen, um die Kapazität des

Plattenkondensators zu erhöhen.

Bezugszeichenliste

1 Innenleiter

2 Isolator

3 Außenleiter

4 Isolator

5 Hohlraum

6 Schnittstelle, koaxial

7 Schnittstelle, koplanar 8 Außenradius

9 Innenradius

10 Leiterplatte

11 Pluspol

12 Minuspol

13 Platine

14 Ausgangsanschluss

15 Trennlinie

16 Trennstelle

17 Zwischenkreis-Kondensator 18 Halbleiter-Leistungsschalter

19 Halbleiter-Leistungsschalter

20 Öffnung

21 Öffnung

22 Halbleiter-Leistungsschalter 23 Stab

24 Kontaktring

25 Kontaktring

26 Kontaktring

27 Kontaktring

30 Schmelzsicherung

31 Batteriezelle

32 Kurzschluss-Schalter

33 Steuereinheit Stromfuhler Umrichter Motor

Batterie Leiteranordnung Getriebe