Hochvolt-Leistungsverteiler für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

Anbieter zum Thema

MicroConsult Academy GmbH

ET System electronic GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Leoni AG

Für die Abschaltfunktion ist der Leistungsverteiler mit der „Hazardous Voltage Interlock Loop“ (HVIL) verbunden. Diese Sicherheitsfunktion des Fahrzeugs ist eine Signalschleife, die mit den HV-Komponenten verbunden ist und deren Unterbrechung für eine Abschaltung des HV-Netzes sorgt. Da aber nicht nur das Öffnen der Box, sondern auch das Ziehen der HV-Stecker spannungsführende Teile freilegen, müssen auch diese Trennstellen mit dem HVIL verbunden werden. Diese Funktionalität erfordert zusätzlich zur Leistungsverteilung eine Signalverteilung (Bild 3).

Hohe Anforderung an die elektromagnetische Störfestigkeit

Das zweite K.O.-Kriterium des HV-Verteilers ist seine elektromagnetische Verträglichkeit. Die aktuellen Bauarten des in HEV notwendigen Inverters bedingen Oberwellen im gesamten HV-Bordnetz, die andere Fahrzeugkomponenten wie Radio und Steuergeräte stören können. Daher benötigen der Leistungsverteiler sowie das gesamte HV-System eine Abschirmung. Die Anforderungen vor allem an die Schirmdämpfung sind aktuell sehr hoch. Die Schirmung soll möglichst durchgängig und hochleitend ist.

Aluminiumgehäuse sorgt für gute Schirmung

Aus diesem Grund besitzt der HV-Leistungsverteiler ein Aluminiumgehäuse, das niederohmig mit allen Schnittstellen verbunden ist. Die Herausforderung besteht darin, die richtigen Leitungssatzschnittstellen zu definieren, aber auch die verschiedenen Gehäuseteile EMV-gerecht miteinander zu verbinden. Hierfür werden spezielle Schrauben verwendet, mit denen in einem definierten Abstand zueinander der Deckel mit dem Gehäuse verschraubt wird.

Eine weitere Herausforderung besteht darin, die HVIL-Verteilung in die Box zu integrieren, aber dabei die Einstrahlung vom HV-Netz auf die Signalschleife so gering wie möglich zu halten. Daher werden die Signalleiter als „twisted pair“, also als zwei miteinander verdrillte Leitungen, ausgeführt. Zusätzlich wird der Verlegeweg so gewählt, dass er möglichst nicht parallel zu den HV-Anteilen, sondern nach Möglichkeit in einer Nut im Aluminiumgehäuse verläuft.

Ein weiteres Merkmal des HV-Leistungsverteilers ist die hohe Flexibilität, mit der er sich an die jeweiligen Fahrzeuge und deren Bauräume anpassen lässt. Die Komponente kann so im Fahrzeug positioniert werden, dass Leitungslängen des Bordnetzes und somit Verlustleistungen sinken. Aufgrund der hohen Leistungen ist auch die Minimierung der Verluste innerhalb der Box bedeutsam. Die Auslegung und Dimensionierung der stromführenden Teile spielt für die Effizienz eine große Rolle. Hier greift man auf bewährte Technologien zurück, wie zum Beispiel die Verteilung über Kupferstromschienen oder das Verschweißen und Verschrauben von Leitungskontakten. Die Pfade für die Versorgung der Nebenaggregate beinhalten zudem spezielle HV-Sicherungen.

Enormes Funktionspotenzial bei HV-Leistungsverteilern

Für künftige Generationen von HV-Leistungsverteilern zeichnen sich weitere Potentiale ab. In einer Konzeptstudie, die kürzlich mit dem CNA-Innovationspreis ausgezeichnet wurde, hat Leoni bereits einige zusätzliche Funktionen in den Leistungsverteiler integriert. So verfügt der in einem Testfahrzeug verbaute Prototyp über eine Abschaltfunktion verschiedener sicherheitskritischer HV-Pfade, die mittels HV-Relais realisiert wird. Darüber hinaus sind mehrere Niederspannungsfunktionen integriert: In einen geschirmten Bereich sind z.B. die Ansteuerelektronik der Relais sowie verschiedene Sensor- und Filterschaltungen zusammen mit einem DC/DC-Wandler untergebracht. Letzterer bewirkt, dass meist auf aufwändige geschirmte Verkabelung verzichtet werden kann.

Es ist zu erwarten, dass einige dieser Funktionen in künftigen Serienmodellen von Leistungsverteilern Einzug halten, denn sie erhöhen die Sicherheit und Effizienz von Hybrid- und Elektrofahrzeugen – und damit nicht zuletzt die Marktchancen von umweltfreundlichen Mobilitäts-Lösungen.

* * Martin Hopf ist Projektleiter für Leistungsverteiler-Vorentwicklung bei Leoni Bordnetzsysteme in Kitzingen.

(ID:35768000)