机动车动力电缆.pdf

本发明涉及一种机动车动力电缆，包括具有被至少一个第一绝缘元件(14a)包围的至少一个第一扁平导体元件(10)。该机动车动力电缆进一步包括被至少一个第二绝缘元件(14b)包围的至少一个第二扁平导体元件(12)，以及包围至少一个第一绝缘元件(14a)和至少一个第二绝缘元件(14b)的至少一个屏蔽元件(16)。除此以外，被第一绝缘元件(14a)包围的第一扁平导体元件(10)和被第二绝缘元件(14b)包围的第二扁平导体元件(12)的布置方式使得扁平导体元件(10、12)的宽表面彼此重叠。

1.  一种机动车动力电缆，包括：
被至少一个第一绝缘元件(14a)包围的至少一个第一扁平导体元件(10)，
被至少一个第二绝缘元件(14b)包围的至少一个第二扁平导体元件(12)，以及
包围所述至少一个第一绝缘元件(14a)和所述至少一个第二绝缘元件(14b)的至少一个屏蔽元件(16)，
其特征在于，
所述被第一绝缘元件(14a)包围的第一扁平导体元件(10)和所述被第二绝缘元件(14b)包围的第二扁平导体元件(12)的布置方式使得扁平导体元件(10、12)的宽表面彼此重叠。

2.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述扁平导体元件(10、12)彼此电磁地耦合，其耦合方式使得由所述扁平导体元件(10、12)辐射的远场基本上彼此抵消。

3.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述扁平导体元件(10、12)在机动车工作中具有反向电流，所述反向电流的性质使得由所述扁平导体元件(10、12)辐射的远场彼此抵消。

4.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述扁平导体元件(10、12)彼此的距离间隔至少为0.2mm，优选地为1mm。

5.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述扁平导体元件(10、12)具有至少100A的载流能力。

6.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述机动车动力电缆具有矩形横截面。

7.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，至少一个扁平导体元件(10、12)的横截面至少为5mm²，优选地为50mm²。

8.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，至少一个所述绝缘元件(14、14a、14b)形成的方式使得在所述扁平导体元件(10、12)之间产生针对60V至1000V的电势差，优选地是600V的电势差的介电强度。

9.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述第一绝缘元件(14a)和所述第二绝缘元件(14b)从一个绝缘元件(14)作为整体形成。

10.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述至少一个屏蔽元件(16)被至少一个第三绝缘元件(18)包围。

11.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述至少一个屏蔽元件(16)包括至少一个薄片。

12.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述至少一个屏蔽元件(16)具有至少0.1mm的厚度。

13.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述至少一个屏蔽元件(16)由有色金属和/或不含铁的合金制成。

14.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述至少一个屏蔽元件(16)以至少10％，优选地为50％的重叠而缠绕。

15.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述至少一个屏蔽元件(16)包括至少一个膜(16a)和至少一个编织物(16b)。

16.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述至少一个膜(16a)由铝制成并且所述至少一个编织物(16b)由铜或铝制成。

17.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，至少一个扁平导体元件(10、12)由铝制成。

18.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述机动车动力电缆在机动车动力电缆的宽表面的垂直方向上具有至少5mm、优选地为12mm的最小弯曲半径。

19.  根据上述权利要求之一所述的机动车动力电缆，其特征在于，所述机动车动力电缆在机动车动力电缆的窄表面的垂直方向上具有至少25mm、优选地为38mm的最小弯曲半径。

20.  一种根据权利要求1所述的机动车动力电缆在配有电动引擎的车辆中的应用。

21.  一种根据权利要求20所述的机动车动力电缆在配有电动引擎的车辆中作为电池电缆的应用。

机动车动力电缆
技术领域
本申请涉及机动车动力电缆，其具有被至少一个第一绝缘元件包围的至少一个第一扁平导体元件，被至少一个第二绝缘元件包围的至少一个第二扁平导体元件，以及包围至少一个第一绝缘元件和至少一个第二绝缘元件的至少一个屏蔽元件。本申请进一步涉及这样的机动车动力电缆在配有电动引擎的车辆中的应用。
背景技术
目前的机动车具有的车载网络包括大量耗电组件。良好的能量分配因此变得越来越重要。特别地对于配有电动机的机动车，例如混合动力车辆，良好的能量分配很重要。对于这些车辆，引擎需要非常高的电压(例如60V到1kV)和电流(例如100A并且更高)。电动机的能量由高压电池提供。由于电动机使用交流电压工作，因而在提供直流电的能量存储装置和电动机之间额外地连接逆变器。
对用于传输高电流和电压的动力电缆必须予以特别关注。这样的动力电缆必须有高的载流能力。
然而，由于高电流和电压，将产生不希望的电磁场。例如，为避免干扰车辆车载网络中的耗能组件，动力电缆一般都有屏蔽。该屏蔽的作用是防止动力电缆的电磁辐射。
根据现有技术，仅已知屏蔽铜制圆导体用于传输能量。然而，这些导体的缺点是由于其直径而需要大的安装空间。这样的导体的重量也相对较高。
圆导体的一种替代方式是扁平电缆。扁平电缆由于其高度较小而能够具有较低的重量和较小的安装空间要求。然而，这些电缆一般用于通信传输。因此，根据现有技术的扁平电缆仅提供低的载流能力。
除此之外，已知的扁平电缆在更高的电流值时产生不可接受的辐射电磁干扰。
发明内容
因此，本申请基于这样的技术目的：提供机动车动力电缆，其重量和安装高度低并且同时电磁兼容性好。
通过根据本申请的机动车动力电缆实现这一目的和其他目的，机动车动力电缆具有被至少一个第一绝缘元件包围的至少一个第一扁平导体元件。该机动车动力电缆进一步包括被至少一个第二绝缘元件包围的至少一个第二扁平导体元件，以及包围至少一个第一绝缘元件和至少一个第二绝缘元件的至少一个屏蔽元件。此外，被第一绝缘元件包围的第一扁平导体元件和被第二绝缘元件包围的第二扁平导体元件的布置方式使得扁平导体元件的宽表面彼此重叠。
根据本申请的电缆可在机动车中用于能量传输。机动车动力电缆有至少两个扁平导体元件作为电导体。这些导体能够有矩形横截面。已经确认由于其高载流能力，具有这样横截面的导体特别地适于能量传输。根据形状因数，扁平导体能够比同样横截面的圆导体多承载达40％的电流。具有矩形横截面的扁平导体元件的表面积大于同样横截面的圆导体的表面积。该更大的表面积带来更好的热辐射，热辐射基本地以对流方式发生。作为结果，扁平导体元件的载流能力更高。
特别地，双导体结构由于其热耦合初始地比单导体的载流能力低，通过根据本申请的设计，作为有两个扁平导体元件的扁平电缆，能够承载的电流与两个独立圆导体所能承载的电流相同。
由于矩形横截面，扁平导体元件一般具有两个相对的宽面和两个相对的窄面。在少见的正方形导体的特殊情况下，扁平导体元件的所有面大小相同。这样的双芯机动车动力电缆使得在机动车内的安装大为容易。
每个扁平导体元件都由至少一个绝缘元件包围。例如，可以通过挤出、粘合剂接合、气相沉积或喷涂应用绝缘元件。也可能采用其他类型的连接。绝缘元件能够粘附到扁平导体元件上但不会彼此粘附。具有各自的绝缘元件的扁平导体元件能够彼此相对移动。作为结果，实现机动车动力电缆的良好弯曲属性。除此以外，两个扁平导体元件之间不发生电接触。绝缘元件也可以形成为整体。
为了防止电磁辐射，机动车动力电缆具有屏蔽元件。为了不干扰其他信号和组件，屏蔽是必需的。除此以外，屏蔽元件可以用做接地电缆。该屏蔽元件包围着两个包括绝缘元件的扁平导体元件。
已经确认当扁平导体元件布置为宽面彼此重叠时实现低结构高度。这样的机动车动力电缆能够容易敷设在机动车内并且对安装空间的要求非常小。由于传输阻抗改善，该设计也保证改善的传输特性。其相对于常规动力电缆也产生显著的重量优势。
机动车动力电缆的良好屏蔽一般难以实现。已经确认如果根据一种实施方式，扁平导体元件彼此电磁地耦合，其耦合方式使得扁平导体元件辐射的远场彼此抵消，则能够实现更好的屏蔽，并因此实现更好的电磁兼容性。特别地如果扁平导体元件具有反向电流(current counter-flow)时更是如此。两个导体的B-场因为彼此方向相反而在远区域彼此抵消。例如如果将机动车电缆用于电流传输，以向电动机提供能量，则一个扁平导体元件可以用作正导体并且另一扁平导体元件可以用作负导体。特别对于使用高直流电流的电动车，其中外导体(outward conductor)和回路导体(return conductor)由根据本申请的电缆形成。两个导体因此都辐射至少一个磁场。实际上，除此之外，干扰信号作为谐波耦合到导体上，这是不能避免的事实。然而，已经确认，由于根据本申请的布置，由于干扰也彼此抵消，能够基本上避免干扰的外部耦合。两个电缆的辐射磁场因为具有彼此相反的方向也大体上彼此抵消。作为结果，可以实现改善的电磁兼容性。
根据一种示例性实施方式，扁平导体元件彼此之间的距离间隔至少为0.2mm，优选地为1mm。该紧密布置，以及与之相关的导体元件彼此之间良好的紧密电磁耦合，既带来优化的传输特性也带来优化的辐射特性(EMC)。有了这种性质的紧密耦合，不希望的场几乎彼此完全抵消。
扁平导体元件能够具有至少100A的载流能力。然而，对超过2000A的持续电流的要求可以通过机动车动力电缆的另一种尺寸特别是扁平导体元件的横截面尺寸来满足。
根据一种示例性实施方式，机动车动力电缆具有矩形横截面。例如，机动车动力电缆可以是高12mm并且宽25mm。然而尺寸也可以不同。这样的电缆的边缘可以是圆形。
除其他因素外，所提及的尺寸取决于所使用的扁平导体元件的尺寸。这些扁平导体元件的横截面至少为5mm²，优选地为50mm²。横截面的尺寸可以基于例如所希望的和所要求的载流能力的要求。
在扁平导体元件之间能够出现60V到1000V之间的电势差。至少一个绝缘元件能够以这样的方式形成，使得能够可靠地避免由于高电压形成的击穿放电。绝缘元件能够由塑料形成。
特别地，聚酰胺，如PA 12，由于其良好的绝缘和制造属性而能够被使用。绝缘元件能够具有至少0.1mm的厚度，优选地为0.5mm。
而且，第一和第二绝缘元件能够由一个绝缘元件作为整体制成。单个的绝缘元件能够被布置为粘附接或非粘接到扁平导体元件。在非粘接布置中，扁平导体元件能够彼此相对移动。也能够确保良好的弯曲属性。而且，整体绝缘元件形成的厚度也能够比第一和第二绝缘元件大。与两个绝缘元件相比也能够实现一样好的耦合。
根据一种示例性实施方式，屏蔽元件能够被第三绝缘元件包围。该绝缘元件也可以由塑料制成。该绝缘元件作为保护性外套，并且能够具有的效果之一是可以防止对机动车动力电缆的损坏。
屏蔽元件能够由薄片制成。薄片具有的优点是其紧密地包围扁平导体元件并且也能够屏蔽高频辐射。特别地该屏蔽与根据本申请的扁平导体元件的电磁耦合之间互感，保证非常好的电磁兼容性。特别地对于至少0.1mm厚度的屏蔽元件，实现非常好的屏蔽效果。如果薄片被用做屏蔽元件，还能够保证机动车动力电缆的良好挠性。对于超过0.1mm厚度的情况也是一样，例如0.2mm。
在一种示例性实施方式中，屏蔽元件由有色金属或不含铁的合金形成。例如屏蔽元件可以由铜或其合金形成。
除此以外，屏蔽元件能够以至少10％的重叠而缠绕，优选地为50％的重叠。采用缠绕方式，如果重叠太小，屏蔽可能不完全紧密。而且，如果重叠太小，那么倘若在制造过程中发生轻微移动，在屏蔽中可能产生漏洞。根据本申请的重叠可以可靠地避免屏蔽中的漏洞。
根据进一步的示例性实施方式，屏蔽元件由至少一个膜和至少一个编织物形成。编织物可以由例如铜或铝，以及铝箔形成。编织物在这种情况下主要作用是屏蔽低频场。然而，由于编织物不是完全紧密的，来自高频场的辐射不能有效地被编织物防止。然而，编织物确实具有良好的挠性。另外，可以使用膜例如薄的薄片。该膜的作用是屏蔽高频场，并且同样具有良好的挠性。总体而言，获得更可靠的辐射保护并且同时具有良好的挠性。
也有可能至少一个扁平导体元件由铝制成。然而，也可能用其他有色金属例如铜。与其他金属例如铜相比，铝所具有的明显优势是重量更轻。相比而言，铜具有更好的导电性。然而，已经确认，使用根据本申请的机动车动力电缆，由于扁平导体元件的更大横截面，可以实现同样好的导电性，并且同时可以实现可达40％的重量下降。而且，与铜扁平导体元件有相同电阻的铝扁平导体元件能够具有更高的载流能力。作为结果，以固定的载流能力，与圆导体和/或铜导体相比横截面能够进一步减小。
根据进一步的示例性实施方式，机动车动力电缆在机动车动力电缆的宽表面的垂直方向上的最小弯曲半径为至少5mm，优选地为12mm。同样地，机动车动力电缆在机动车动力电缆的窄表面的垂直方向上的最小弯曲半径为至少25mm，优选地为38mm。在引擎室内的简单敷设，特别地是具有窄半径的室内的敷设能够得到保证。
本申请进一步的方面是在配有电动引擎的车辆中使用机动车动力电缆。例如，车辆可以是混合动力车辆。特别地对于电力驱动车辆，由于电动机在高电压和电流下工作而使用载流能力高的动力电缆。同样地，特别地重量是这种车辆的主要因素。机动车动力电缆特别地能够在用电力驱动的车辆中用做电池电缆。
附图说明
下文在附图的基础上更为详细地描述本申请，附图示出了示例性实施方式。附图示出：
图1为机动车动力电缆的第一示例性实施方式的概略剖面图，
图2为机动车动力电缆的第二示例性实施方式的概略剖面图，
图3为高度/重量图。
附图所示的根据本申请的机动车动力电缆的结构特别地具有低结构高度，并且进而具有非常好的辐射特性。
在可能情况下，图1和图2中相同的元件使用相同的参考标号。
具体实施方式
图1示出了机动车动力电缆1的第一示例性实施方式的简化剖面图。第一扁平导体元件10的布置使其宽表面在第二扁平导体元件12的宽表面上方。扁平导体元件10、12能够由铝形成。并且，扁平导体元件10、12被绝缘元件14包围，并且通过该绝缘元件14彼此电气地隔离。绝缘元件14能够由塑料制成，如PA 12，并且能够通过喷涂被应用于扁平导体元件10、12周围。连接至少可以是形状配合的(positive fit)。
随后屏蔽元件16包围绝缘元件14。屏蔽元件16可以是薄片。另外薄片能够以50％的重叠缠绕。最后，也围绕屏蔽元件16设置保护套18。其可以由塑料制成并且具有例如1mm的厚度。所涉及的从元件10到元件18的所有元件都能够形状配合地彼此连接。
图2示出的机动车动力电缆2的简化剖面图与先前示例的不同在于：一方面，第一扁平导体元件10被第一绝缘元件14a包围，并且第二扁平导体元件12被第二绝缘元件14b包围。对于制造具有至少两个绝缘元件的机动车动力电缆2，所获得的优势首先是扁平导体元件10、12的每个能够被绝缘元件14a、14b包围。这些元件随后能够以所示的方式彼此结合。
另一方面，两种示例性实施方式的不同在于：屏蔽元件16包括膜16a和编织物16b。膜16a可以是铝，而编织物16b可以是铜。
在图1和图2中机动车动力电缆1、2是矩形形状，其中边缘可以是圆形。机动车动力电缆1、2的尺寸如宽度和高度，除其他因素外，取决于扁平导体元件10、12的尺寸。
图1或图2的机动车动力电缆1、2能够例如在混合动力车辆中用于传输电流。第一扁平导体元件10能够被用作正导体或外导体并且第二扁平导体元件12能够被用作负导体或回路导体。由于扁平导体元件10、12之间产生的达1000V的电势差所带来的击穿放电通过绝缘元件14、14a、14b得以避免。
电流升高，例如100A或更高，产生B-场并且导致这些场的辐射。除此之外，耦合到扁平导体元件10、12的不希望的谐波引起进一步的干扰信号。良好的耦合阻抗和良好的辐射特性能够通过示出的扁平导体元件10、12彼此紧密的耦合实现。例如，绝缘元件14a、14b在各种情况下都具有0.5mm的厚度，使得在扁平导体元件10、12之间有1mm的距离间隔。作为根据本申请的该布置和反向电流的结果，所产生的远场基本相互抵消。除此以外，屏蔽元件16、16a、16b防止进一步辐射。其结果是具有优化传输特性和辐射特性的机动车动力电缆。
图3进一步示出了高度/重量图。在这方面，具有相同导电性的三种导体的示例的总重量表示为高度的函数。铜圆电缆包括两个单独的导体，并且每个单独的导体具有12mm直径。该直径是恒定的。作为结果，铜圆电缆的总重量也是恒定的并且数值大约为1000g/m。除此以外，图中示出了两种扁平电缆。其中之一是包括两个铝的单扁平导体的扁平电缆。从图中可见，当电缆的高度低(约2mm)时，相对于铜圆电缆并不取得重量优势。当高度更高时(7mm)，可以取得达250g的重量优势。示出另一根据本申请的铝制机动车动力电缆。可以清楚地理解，不仅相对于铜圆电缆，而且相对于铝的单扁平导体，机动车动力电缆的小的总体高度都有大的重量优势(达到大约410g)。
作为所述机动车动力电缆结构的结果，获得具有最佳传输性能和辐射性能的机动车动力电缆。除此之外，由于低结构高度和低重量，紧凑结构得以保证。
显而易见，所描述的示例性实施方式仅仅是大量可能的示例性实施方式中的几种。例如，可以使用其他材料和/或另外的绝缘元件和/或另外的屏蔽元件。