DE102012112970A1

DE102012112970A1 - Kraftfahrzeug mit elektrischem Energiespeicher und Leistungselektronik

Info

Publication number: DE102012112970A1
Application number: DE201210112970
Authority: DE
Inventors: Daniel Knoblauch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-26
Also published as: US20150175030A1; JP3191277U; CN203557938U; US9145065B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Struktur (1) zur Aufnahme eines elektrischen Energiespeichers sowie mit einer Leistungselektronik (2) für eine Elektromaschine des Kraftfahrzeuges. Bei einem solchen Kraftfahrzeug ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Leistungselektronik (2) in die Struktur (1) integriert ist. Ein solches Fahrzeug zeichnet sich durch geringen Bauraumbedarf, ein geringes Gewicht und einen geringen Montageaufwand aus.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Struktur zur Aufnahme eines elektrischen Energiespeichers sowie mit einer Leistungselektronik für eine Elektromaschine des Kraftfahrzeuges. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf einen Personenkraftwagen.
Elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge sind in unterschiedlichsten Gestaltungen bekannt. Es finden beispielsweise Elektromaschinen Verwendung, die als Motor und/oder Generator betrieben werden können. Die Kraftfahrzeuge sind mit einem elektrischen Energiespeicher ausgestattet, bei dem es sich beispielsweise um eine Hochvoltbatterie handelt.
Bei den aus der Praxis bekannten Kraftfahrzeugen der eingangs genannten Art ist die Struktur zur Aufnahme des elektrischen Energiespeichers und die Leistungselektronik für die Elektromaschine des Kraftfahrzeuges in unterschiedlichen Bereichen des Kraftfahrzeuges angeordnet. Dies bedingt einen recht hohen Bauraumbedarf und einen recht hohen Montageaufwand, da zwei Baugruppen, nämlich die Struktur und die Leistungselektronik zu montieren sind. Die separaten Baugruppen bedingen zudem ein erhöhtes Gewicht des Kraftfahrzeuges.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art weiterzubilden, das sich im Bereich von Struktur zur Aufnahme des elektrischen Energiespeichers und Leistungselektronik für die Elektromaschine des Kraftfahrzeuges durch einen geringen Bauraumbedarf, ein geringes Gewicht und einen geringen Montageaufwand auszeichnet.
Gelöst wird die Aufgabe bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art dadurch, dass die Leistungselektronik in die Struktur integriert ist.
Demzufolge lassen sich die Struktur zur Aufnahme des elektrischen Energiespeichers und die Leistungselektronik für die Elektromaschine des Kraftfahrzeuges in einer Baugruppe verwirklichen. Damit ist der Bauraumbedarf der Anordnung von Struktur und Leistungselektronik deutlich reduziert und es lässt sich die Baugruppe mit einem deutlich reduzierten Aufwand montieren. Ferner ist, da statt bisher zwei Baugruppen nur noch eine Baugruppe zu verwirklichen ist, ein reduziertes Gewicht der Baugruppe bzw. des Kraftfahrzeuges zu verzeichnen.
Von Vorteil ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ferner, dass die Integration der Leistungselektronik in die Struktur eine reduzierte Anzahl von Schnittstellen und eine reduzierte Anzahl von Kabeln ermöglicht. Auch dies erspart Gewicht und Kosten.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Struktur einen Rahmen und ein Gehäuse zur Aufnahme des elektrischen Energiespeichers aufweist. Das Gehäuse weist beispielsweise zwei Gehäusedeckel auf, wobei der eine Gehäusedeckel im Bereich einer Oberseite des Rahmens und der andere Gehäusedeckel im Bereich einer Unterseite des Rahmens in diesem gelagert ist. Insbesondere weist der Rahmen eine Öffnung auf, die der im Rahmen gelagerte Energiespeicher durchsetzt.
Der Rahmen dient vorzugsweise dem Lagern des Energiespeichers. Die Gehäusedeckel dienen dem Abdecken des Energiespeichers auf dessen Oberseite und auf dessen Unterseite. Die Gehäusedeckel lassen sich, aufgrund der Gestaltung der Struktur mit dem Rahmen, besonders einfach mit dem Rahmen verbinden, so dass eine geschlossene Struktur vorgesehen ist, die den Energiespeicher vollständig umgibt.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Struktur, insbesondere der Rahmen, Bestandteil eines Hilfsrahmens in einer Karosserie des Fahrzeugs ist, wobei der Hilfsrahmen der Anbindung von Längs- und Querträgern für Räder einer Achse des Kraftfahrzeuges dient.
Die Struktur, insbesondere der Rahmen, weist somit eine tragende Funktion auf und ist demnach hervorragend geeignet, den elektrischen Energiespeicher aufzunehmen. Für den Fall, dass der Rahmen die Öffnung aufweist, der Rahmen demnach insbesondere als Ring ausgeführt ist, lässt sich eine optimale Kräfteverteilung in der Struktur bzw. dem Rahmen bzw. dem Ring verwirklichen.
Die Struktur, insbesondere der Rahmen bzw. der Ring, bestehen vorzugsweise aus faserverstärktem Kunststoff, als besonders leichte Lösung; oder aus Aluminum-Druckguß, was eine kostengünstige Lösung mit guter Wärmeleitfähigkeit ermöglicht.
Bei dem Energiespeicher handelt es sich insbesondere um eine Hochvoltbatterie.
Die Leistungselektronik ist vorzugsweise so gestaltet, dass sie einen Hochvoltabschnitt und einen Niedervoltabschnitt aufweist. Der Hochvoltabschnitt ist auch als Hochvoltseite der Leistungselektronik, der Niedervoltabschnitt auch als Niedervoltseite der Leistungselektronik bezeichnet.
Die Leistungselektronik weist vorzugsweise mindestens einen Kühlabschnitt auf, wobei dieser mit dem Rahmen verbunden ist.
Die Integration der Leistungselektronik in die Struktur kann baulich auf unterschiedlichste Art und Weise verwirklicht sein.
So kann beispielsweise die Leistungselektronik einen Kühlabschnitt aufweisen, der zwischen dem Hochvoltabschnitt und dem Niedervoltabschnitt angeordnet ist. Unter diesem Aspekt wird es zweckmäßig angesehen, wenn entweder der Hochvoltabschnitt oberhalb des Kühlabschnitts und der Niedervoltabschnitt unterhalb des Kühlabschnitts angeordnet ist oder der Niedervoltabschnitt oberhalb des Kühlabschnitts und der Niedervoltabschnitt unterhalb des Kühlabschnitts angeordnet ist. Die beiden Abschnitte – Hochvoltabschnitt und Niedervoltabschnitt – sind somit demselben Kühlabschnitt zugeordnet. Alternativ kann die Leistungselektronik zwei Kühlabschnitte aufweisen, die mit dem Rahmen verbunden sind, wobei der Hochvoltabschnitt mit dem einen Kühlabschnitt und der Niedervoltabschnitt mit dem anderen Kühlabschnitt verbunden ist. In diesem Fall sind die Abschnitte betreffend Hochvolt und Niedervolt unterschiedlichen Kühlabschnitten zugeordnet.
Gemäß einer weiteren Modifizierung ist vorgesehen, dass der jeweilige Kühlabschnitt in den Rahmen eingelassen ist.
Die Erfindung schlägt somit eine Leistungselektronik vor, die nicht entfernt zur Struktur zur Aufnahme des elektrischen Energiespeichers angeordnet ist, sondern die Struktur und die Leistungselektronik eine Baugruppe bilden. Die Leistungselektronik ist hierbei an der Struktur befestigt oder sitzt teilweise in der Struktur, beispielsweise bei Integration des jeweiligen Kühlabschnitts in den Rahmen.
Der jeweilige Kühlabschnitt ist vorzugsweise als Kühlplatte ausgebildet. Diese weist somit eine recht große Wärmeübergangsfläche auf.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Struktur, insbesondere der Rahmen, und die Leistungselektronik eine Kühlung mit einem gemeinsamen Kühlkreislauf aufweisen. Über denselben Kühlkreislauf kann somit einerseits die Leistungselektronik, andererseits der Energiespeicher gekühlt werden. Hier weisen sowohl der Kühlabschnitt der Leistungselektronik als auch die Struktur, insbesondere der Rahmen, geeignete Durchlässe für einströmendes Kühlmedium auf.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung der in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt in stark vereinfachter Darstellung:
1 Für ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Verwendung bei einem als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftfahrzeug in Anordnung einer Struktur zur Aufnahme eines elektrischen Energiespeichers sowie einer Leistungselektronik für eine Elektromaschine des Kraftfahrzeuges, veranschaulicht in einer Seitenansicht,
2. Eine Draufsicht der Anordnung nach 1,
3 Für ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung eine gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel modifizierte Anordnung der Struktur und der Leistungselektronik, veranschaulicht in einer Seitenansicht,
4 Eine Draufsicht der Anordnung nach 3,
5 Für ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung eine gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel modifizierte Anordnung der Struktur und der Leistungselektronik, veranschaulicht in einer Seitenansicht,
6 Eine Draufsicht der Anordnung nach 5,
Die 1 bis 6 veranschaulichen eine Struktur 1 zur Aufnahme eines elektrischen Energiespeichers, ferner eine Leistungselektronik 2 für eine Elektromaschine des Kraftfahrzeuges. Nicht veranschaulicht ist das Kraftfahrzeug bzw. der Personenkraftwagen als solcher, sondern nur der Bereich von Struktur 1 und Leistungselektronik 2. Die Elektromaschine des Kraftfahrzeuges ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie sowohl als Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeuges als auch zum Abbremsen des Kraftfahrzeuges im Generatorbetrieb als Elektrogenerator betrieben werden kann. Bei dem elektrischen Energiespeicher des Kraftfahrzeuges handelt es sich um eine Hochvoltbatterie. Mit dieser wird das Kraftfahrzeug angetrieben. Wird es hingegen gebremst, erfolgt eine Aufladung des Energiespeichers über den Generatorbetrieb der Elektromaschine.
Sinngemäß ist bei allen drei, in den 1 bis 6 veranschaulichten Ausführungsformen, die Leistungselektronik 2 in die Struktur 1 integriert.
Die Ausführungsformen veranschaulichen die Struktur 1, die einen Rahmen 3 und ein Gehäuse 4 zur Aufnahme des elektrischen Energiespeichers aufweist. Das Gehäuse 4 weist zwei Gehäusedeckel 5 und 6 auf. Der Gehäusedeckel 5 ist im Bereich der Oberseite des Rahmens 3 und der Gehäusedeckel 6 im Bereich der Unterseite des Rahmens 3 in diesem gelagert.
Der Rahmen 3 ist rechteckig ausgebildet, mit hier im Wesentlichen konstanter Wandstärke des Rahmens 3 und weist eine Öffnung 7 auf. Diese durchsetzt der im Rahmen 3 gelagerte, nicht veranschaulichte Energiespeicher.
Die Leistungselektronik 2 weist einen Hochvoltabschnitt 8 und einen Niedervoltabschnitt 9 auf. Ferner weist die Leistungselektronik 2 mindestens einen Kühlabschnitt 10 auf, der mit dem Rahmen 3 verbunden ist.
Bezogen auf die Ausführungsform gemäß der 1 und 2 ist die Leistungselektronik 2 so ausgebildet, dass sie einen einzigen Kühlabschnitt 10 aufweist, der zwischen dem Hochvoltabschnitt 8 und dem Niedervoltabschnitt 9 angeordnet ist. Hierbei ist der Hochvoltabschnitt 8 oberhalb des waagerecht angeordneten Kühlabschnitts 10 und der Niedervoltaschnitt 9 unterhalb dieses Kühlabschnitts 10 angeordnet.
Bei der Ausführungsform gemäß der 3 und 4 hingegen weist die Leistungselektronik 2 zwei Kühlabschnitte 10 auf. Diese sind mit dem Rahmen 3 verbunden. Der Hochvoltabschnitt 8 ist mit dem einen Kühlabschnitt 10 und der Niedervoltabschnitt 9 mit dem anderen Kühlabschnitt 10 verbunden. Die beiden Kühlabschnitte 10 mit den zugeordneten Abschnitten 8 bzw. 9 sind nebeneinander angeordnet, so dass der eine Kühlabschnitt 10 näher zur einen Fahrzeugseite, der andere Kühlabschnitt 10 näher zur anderen Fahrzeugseite positioniert ist.
Die in den 5 und 6 veranschaulichte Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen nach den 3 und 4 dadurch, dass der jeweilige Kühlabschnitt 10 in den Rahmen 3 eingelassen ist.
Der zu den Ausführungsformen beschriebene Kühlabschnitt 10 ist vorzugsweise als Kühlplatte ausgebildet.
Nicht veranschaulicht ist im Detail, dass die Struktur 1, insbesondere die Leistungselektronik 2 und der Rahmen 3, eine Kühlung mit gemeinsamen Kühlkreislauf aufweisen.
Die Struktur 1 ist insbesondere Bestandteil eines Hilfsrahmens in einer Karosserie des Kraftfahrzeuges. Der Hilfsrahmen dient dabei der Anbindung von Längs- und Querträgern für Räder einer Achse des Kraftfahrzeuges.
Die Struktur 1 weist somit einen Rahmen zur Aufnahme des elektrischen Energiespeichers bzw. eine belastbare Struktur zur Aufnahme des elektrischen Energiespeichers bzw. der Batterie auf.
Bezugszeichenliste

1: Struktur
2: Leistungselektronik
3: Rahmen
4: Gehäuse
5: Gehäusedeckel
6: Gehäusedeckel
7: Öffnung
8: Hochvoltabschnitt
9: Niedervoltabschnitt
10: Kühlabschnitt

Claims

Kraftfahrzeug mit einer Struktur (1) zur Aufnahme eines elektrischen Energiespeichers sowie mit einer Leistungselektronik (2) für eine Elektromaschine des Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) in die Struktur (1) integriert ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur einen Rahmen (3) und ein Gehäuse (4) zur Aufnahme des elektrischen Energiespeichers aufweist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (4) zwei Gehäusedeckel (5, 6) aufweist, wobei der eine Gehäusedeckel (5) im Bereich einer Oberseite des Rahmens (3) und der andere Gehäusedeckel (6) im Bereich einer Unterseite des Rahmens (3) in diesem gelagert ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (3) eine Öffnung (7) aufweist, die der im Rahmen (3) gelagerte Energiespeicher durchsetzt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher eine Hochvoltbatterie ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) einen Hochvoltabschnitt (8) und einen Niedervoltabschnitt (9) aufweist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) mindestens einen Kühlabschnitt (10) aufweist, wobei dieser mit der Struktur (1), insbesondere mit dem Rahmen (3) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) einen Kühlabschnitt (10) aufweist, der zwischen dem Hochvoltabschnitt (8) und dem Niedervoltabschnitt (9) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Hochvoltabschnitt (8) oberhalb des Kühlabschnitts (10) und der Niedervoltabschnitt (9) unterhalb des Kühlabschnitts (10) angeordnet ist oder der Niedervoltabschnitt (9) oberhalb des Kühlabschnitts (10) und der Hochvoltabschnitt (8) unterhalb des Kühlabschnitts (10) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungselektronik (2) zwei Kühlabschnitte (10) aufweist, die mit der Struktur (1), insbesondere mit dem Rahmen (3) verbunden sind, wobei der Hochvoltabschnitt (7) mit dem einen Kühlabschnitt (10) und der Niedervoltabschnitt (9) mit dem anderen Kühlabschnitt (10) verbunden ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kühlabschnitt (10) in den Rahmen (3) eingelassen ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kühlabschnitt (10) als Kühlplatte ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (1), insbesondere der Rahmen (3) und die Leistungselektronik (2), eine Kühlung mit gemeinsamen Kühlkreislauf aufweisen.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (1) Bestandteil eines Hilfsrahmens in einer Karosserie des Kraftfahrzeuges ist, wobei der Hilfsrahmen der Anbindung von Längs- und Querträgern für Räder einer Achse des Kraftfahrzeuges dient.