CN103009979A - 用于车辆、尤其地商用车的电驱动模块 - Google Patents

用于车辆、尤其地商用车的电驱动模块 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆、尤其地商用车的电驱动模块，车辆带有电驱动装置或混合驱动装置，电驱动模块带有至少一个可通过逆变器(27)充电的电池组(25)、容纳电池组(25)的可固定在机动车车身处的承载框架(19)、并且带有用于调节电构件的温度的冷却装置。根据本发明，驱动模块(3)作为带有电池组(25)、电转换器例如逆变器(27)和直流转换器(28)、至少一个电联接接口以及带有至少一个热交换器(30)、冷却剂管路(33,34,35,36)和输送泵(31)的冷却系统的自给自足的单元布置在承载框架(19)中，该承载框架(19)可安装在车辆(1)的车身(8)处。

Description

用于车辆、尤其地商用车的电驱动模块
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于带有电驱动装置和/或混合驱动装置(Hybridantrieb)的车辆、尤其地用于商用车的电驱动模块。
背景技术
用于商用车的高功率(leistungsfähig)的驱动模块大多具有高压电池(例如锂离子电池组或蓄电池组)，必须冷却该高压电池以避免有损害的温度过高。已经普遍已知的是，至少电池组布置在可快速更换的驱动模块中(例如作为插入单元)。从文件US 2009/0236478 A1中普遍已知用于车辆电池的支撑架。可利用挂钩元件将该支撑架侧向地悬挂在商用车纵向框架处。
特殊地用于混合驱动或电池驱动所需的构件(例如高压电池、逆变器(Wechselrichter)以及用于逆变器和用于高压电池的水冷却系统)典型地作为独立的部件以彼此无关的方式安装在例如利用螺纹连接固定在纵向框架处的承载部处。同样已知的是，单个地直接将这些构件装配在商用车的纵向框架处。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于带有电驱动装置和/或混合驱动装置的商用车的驱动模块，在应用可能性和使用方面发展和改进该驱动模块。
该目的通过权利要求1的特征实现。在从属权利要求中公开了优选的改进方案。
本发明基于这样的事实，即，直到其装配在商用车中时，用于混合驱动和电驱动所需的构件才可经受功能检验。在该背景下，根据本发明，在安装在商用车中之前已经将用于混合驱动和电驱动所需的构件在外部组合成完整的功能性的结构单元，从而例如在装配在商用车中之前可已经进行了以上功能检验。相应地，根据权利要求1的特征部分，驱动模块作为带有电池组、电的转换器(例如逆变器和直流转换器(Gleichstromwandler))、电联接接口以及冷却系统(带有至少一个热交换器(散热器)、冷却剂管路和输送泵)的自给自足的(autark)单元布置在承载框架中。另一方面，承载框架可保持在商用车车身(Aufbau)处，或者可安装在车辆的车身处。由此，可完全地预装配驱动模块、在其功能方面检验驱动模块并最终将驱动模块安装到机动车中。可简单地且快速地拆卸驱动模块以用于修理，并且更换或维修(instandsetzen)驱动模块。对于不同的车辆类型可提供并任意使用不同功率的驱动模块。在应用在商用车处时，如有可能在放电的状态中可无问题地利用事先充好电的单元更换驱动模块，并且由此使扩展的混合驱动或电驱动成为可能。
为了远离在车辆行驶中有害的振动，优选地可在中间连结橡胶般弹性的支承件的情况下将承载框架保持或者安装在车身处，由此以与振动隔绝的方式支承驱动模块以及尤其地电池组。
此外，冷却系统为带有至少一个空气水热交换器和测地学上(geodätisch)位于高处的冷却剂平衡容器的液体冷却系统，空气水热交换器和平衡容器固定在承载框架处。恒温地(thermostatisch)和/或通过控制器控制的电动输送泵和如有可能鼓风机从外部被供给能量(fremdbestromt)，也就是说可自给自足地进行检测。
在本发明的有利的改进方案中，承载框架可笼式地由纵向支架、横向支架以及垂直支架组合而成，至少一个电池组、至少一个散热器、冷却剂管路、平衡容器、输送泵和带有联接接口的电转换器(例如逆变器和直流转换器)安装到这些支架处。在装配技术方面可良好地控制笼式的承载框架，并且承载框架提供用于集成的设备和装置的抗扭曲的容纳部。
在商用车中，作为尤其优选的布置方案，驱动模块的承载框架侧向地在前桥和后桥之间安装或可安装在商用车的车身的纵梁的一个处，由此一方面给出良好的侧向的可接近性以及在车辆的前部或后部碰撞时驱动模块的尤其地受保护的布置方案。
在本发明的另一设计方案中，支撑框架安装或可安装到纵梁处，驱动模块的承载框架可插入支撑框架中。这实现尤其地用于电池组的通过两个框架结构形成的双重的保护并且简化了驱动模块的装配或更换。
支撑框架可具有在横截面中U形的侧壁(Seitwange)以用于实现尤其抗扭曲的且成本适宜的结构，侧壁通过多个横臂(Querholm)固定地相互连接并且侧壁通过纵臂连接成朝向纵梁的且向上敞开的框架结构，其中，直接邻近纵梁的侧壁固定或可固定在纵梁处并且可从上将承载框架插入支撑框架中。
此外，为了尤其地相对于从下作用的力(例如碰撞力)进一步加强支撑框架，在支撑框架的上部的和下部的横臂之间，分别将对角地从纵梁向外且向下倾斜的横臂固定在侧壁处。
在本发明的有利的另一设计方案中此外提出，支撑框架的纵臂与多个垂直臂组合成抗弯曲的纵向框架，其以与横臂相连接的方式用作用于位于支撑框架之内的带有承载框架的驱动模块的侧向的碰撞保护。
在功能元件的尤其适宜的布置方案中，驱动模块实施成带有两个在承载框架中的相叠的电池组，其中，在两个电池组之间构造这样的间距，即，在该间距中至少定位有输送泵、冷却剂管路、电线路和构件等。此外在此，冷却系统的至少一个散热器可以侧向地在外部远离车身的纵梁的方式布置在承载框架处并且定位在用作碰撞保护的纵向框架之后。在使用两个电池组时，可为每个电池组设置一个散热器以用于改进冷却，这些散热器通过分离的输送管路和回流管路接入带有输送泵的冷却剂供给部中。
以在结构上简单地且尤其地适宜装配的方式，承载框架的上部的纵向撑杆可通过伸出的区段在中间连结橡胶般弹性的支承件的情况下以四点支承的方式悬挂在支撑框架的上部的横臂处。此外，支撑框架的用作碰撞保护的纵向框架可通过附加地固定的上部的和下部的角撑板(Knotenblech)以角部固定的方式(ecksteif)与横臂相连接。
最终，在承载框架的上部的纵向撑杆处和/或在车身的纵梁处可固定有具有踏板面(Trittfläche)的和/或容纳功能件的工作台，该工作台以保护的方式遮盖上部的电池组并且同时提供用于商用车的操纵装置的人机工程学上适宜的接近区域。
附图说明
下面根据附图详细解释本发明的优选的实施例。其中：
图1以总布置图显示了带有侧向地固定在其纵梁处的支撑框架的商用车，可利用承载框架将自给自足的电驱动模块插入支撑框架中；
图2以三维显示了固定在纵梁处的支撑框架，其由侧壁、横臂、位于外部的纵向框架和角撑板组合而成；
图3显示了驱动模块的笼式的承载框架，包括纵臂、横臂和垂直臂、侧向地向内伸出的保持托架并且带有插入的上部的和下部的电池组；
图4显示了带有承载框架、电池组、电转换器和液体冷却系统的完整的可插入支撑框架中的驱动模块；
图5显示了在插入到支撑框架中的状态中的驱动模块，带有放上的在商用车中形成踏板面的工作台；以及
图6显示了带有安装到商用车中的支撑框架、插入的驱动模块和放上的工作台的根据图1的商用车的局部区域。
参考标号列表
1 牵引机(Zugmaschine)
1a 驾驶室
2 鞍式连接座(Sattelplatte)
3 驱动模块
4 车身
5 前桥
6 后桥
7, 8 纵梁
9 支撑框架
10, 11 侧壁
12, 13 横臂
14 纵向框架
15 横臂
16 纵臂
17 垂直臂
18 角撑板
19 承载框架
20, 21 纵向支架
20a 延长的区段
23 垂直支架
24 对角支架
25 电池组
26 保持托架
27 逆变器
28 直流转换器
30 散热器
31 输送泵
32 平衡容器
33 压力管路
34 吸入管路
35 回流管路
36 分支管路(Stichleitung)
37, 38 橡胶般弹性的支承件
39 工作台。
具体实施方式
在图1中示意性地示出作为商用车的鞍式牵引车的带有驾驶室1a和鞍式连接座2的牵引机1，其具有混合驱动装置，混合驱动装置由作为第一驱动源的内燃机和至少一个作为第二驱动源的电机组合而成。驱动总成可为已知的结构形式并且因此未示出。
在至少一个电驱动模块3中储存用于一个或多个电机的驱动能，驱动模块3作为自给自足的单元侧向地布置在牵引机1处(见图6；在图1中以拆卸的状态绘出)。
为此，在牵引机1的起承载作用的车身4处在前桥5和后桥6(分别仅仅可看到车轮)之间并且在驾驶室1a之后在两个坚固的(massiv)纵梁7,8的一个处(或两个处)固定有尚待描述的支撑框架9，电驱动模块3悬挂到该支撑框架9中。
图2以细节显示了装配在商用车纵梁8处的支撑框架9，其中除去驱动模块3。支撑框架9由位于其角部处的U形的侧壁10,11、每个横向侧两个横臂12,13以及外部的纵向框架14组合而成。分别将对角地向外且向下取向的横臂15插入横臂12,13之间，横臂15尤其地在Z方向上提高支撑框架9的刚度。
在外部的侧壁11的端侧处固定有实施成抗弯的纵向框架14。纵向框架14由纵臂16和垂直臂17制成并且在与其它车辆或类似者发生侧碰撞的情况中用作侧向的碰撞保护。
借助于利用其端侧贴靠在纵梁8处的侧壁10将支撑框架9与纵梁8固定地旋拧或铆接在一起。部分地焊接、旋拧或铆接在由钢制成的支撑框架9的所提及的纵臂和横臂与侧壁10,11之间的连接部位。支撑框架9以与纵梁8相连接的方式形成环绕的封闭的框架，根据图2该封闭的框架实施成向下和向上敞开，并且附加地在外部的角部区域处通过上部的和下部的角撑板18加强。优选地，可在将驱动模块3悬挂到支撑框架3中之后利用螺纹连接固定角撑板18。
图3和4显示了驱动模块3，其具有笼式的近似矩形的承载框架19(见图3)，承载框架19由上部的和下部的纵向撑杆20,21、布置在其角部处的垂直撑杆23和在一侧加强的对角撑杆24组合而成。优选地，所提及的撑杆由轻质金属型材制成，并且其通过螺纹连接、焊接连接和/或铆接连接固定地相互连接。
在承载框架19中集成有两个带有多个锂离子电池(未示出)的电池组25。如可从图3中看出的那样，这些电池组以位于其之间的间距相叠地布置并且如此与纵向撑杆、横向撑杆和垂直撑杆20,21和23利用螺纹连接固定在一起，即，其与承载框架19一起形成起承载作用的元件。电池组25的高度和垂直的间距约分别为整个承载框架高度的三分之一。
在承载框架19的(在安装状态中)面对纵梁8的侧边上并且在电池组25之间的可在图3中看出的自由的间距的区域中构造有由多个撑杆(无参考标号)组成的向内伸出的保持托架26，该保持托架载有带有集成的直流转换器28的逆变器27(图4)，其以未示出的方式与至少一个用于电联接到商用车1的车载能量供应网络(Bordnetz)处的联接接口相联接并且通过相应的电线路与电池组25相联接。
驱动模块3(图4)具有自给自足的液体冷却系统。该液体冷却系统基本上由(不可看出的)到电池组25中的且围绕带有直流转换器28的逆变器27的冷却剂引导部组成。此外，液体冷却系统通过多个冷却剂管路与两个作为空气水热交换器的散热器30、电驱动的输送泵31以及冷却剂平衡容器32相连接。如有可能，在散热器30之后在电池组25之间也可集成电动的鼓风机以用于输送冷却空气通过散热器30。
在相应地操控时，输送泵31推动冷却剂循环并且通过吸入管34将冷却剂(例如水-乙二醇混合物)从两个散热器30中输送到压力管路33中。从压力管路33开始，使冷却剂在流经电设备(例如电池或逆变器)的情况下在回路中循环。在测地学上位于上方的平衡容器32通过分支管路36联接在吸入管路34处。
如图4和5显示的那样，两个散热器30定位在车辆1的在驱动模块的安装状态中(图5)位于外部的侧边处并且定位在起承载作用的支撑框架9的用作碰撞保护部的纵向框架14之后。可理解的是，在驱动模块3的承载框架9处设置有多个固定夹板等，其例如用于固定输送泵31、平衡容器32等，并且出于简单性原因不进一步描述。
将驱动模块3制成预装配单元。安装电池组25、电转换器27,28、带有多个冷却剂管路、散热器30、输送泵31、平衡容器32的完整的冷却系统等，填充冷却剂并放气。在该预装配之后，完全地在电池组25的电和热功能性和充电状态方面以及冷却系统的密封性方面检查驱动模块3。
在车辆1之外结束该检查之后将带有承载框架19的驱动模块3从上悬挂到固定在车辆1处的承载框架9中。
为此，上部的纵向撑杆20(见图3和4)具有延长的伸出超过承载框架19的轮廓的区段20a，其在中间连结橡胶般弹性的减震器或支承件37的情况下以四点支承的方式(同样见图2)被放置到支撑框架的横臂12上，并且通过螺栓连接固定。
附加地，在支撑框架9处于较低的横臂15或13和承载框架19的垂直撑杆23之间也可再设置侧向的橡胶般弹性的支承座38。在悬挂或装配驱动模块3之后，以未示出的方式通过联接接口将驱动模块3电地联接到车辆1的车载能量供应网络处并且使其准备就绪。
在驱动模块的承载框架19之上以未详细示出的方式固定有特定轮廓的(profiliert)大面积的工作台39，其在商用车1的运行中作为踏板面和/或用于功能件的支承起作用，并且同时作为用于驱动模块3的进一步加强的起保护作用的覆盖部起作用。

Claims (18)

1. 一种用于带有电驱动装置或混合驱动装置的车辆(1)、尤其地商用车的电驱动模块(3)，该电驱动模块带有至少一个可通过逆变器(27)充电的电池组(25)、容纳所述电池组(25)的可固定在机动车车身处的承载框架(19)、并且带有用于调节所述电部件的温度的冷却装置，其特征在于，所述驱动模块(3)作为带有所述电池组(25)、电转换器例如逆变器(27)和直流转换器(28)、至少一个电联接接口以及带有至少一个热交换器(30)、冷却剂管路(33,34,35,36)和输送泵(31)的冷却系统的自给自足的单元布置在所述承载框架(19)中，并且所述承载框架(19)可安装在所述车辆(1)的车身(8)处。
2. 根据权利要求1所述的驱动模块(3)，其特征在于，可在中间连结橡胶般弹性的支承件(37,38)的情况下将所述承载框架(19)安装在所述车身(8)处。
3. 根据权利要求1或2所述的驱动模块(3)，其特征在于，所述冷却系统为带有至少一个空气水热交换器(30)和测地学上位于高处的冷却剂平衡容器(32)的液体冷却系统，所述空气水热交换器(30)和所述平衡容器(32)固定在所述承载框架(19)处。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的驱动模块(3)，其特征在于，所述承载框架(19)笼式地由纵向支架、横向支架以及垂直支架(20,21,23)组合而成，所述至少一个电池组(25)、所述至少一个热交换器(30)、所述冷却剂管路(33,34,35,36)、所述平衡容器(32)、所述输送泵(31)和所述逆变器(27)以及至少一个联接接口安装到所述纵向支架、横向支架以及垂直支架处。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的驱动模块(3)，其特征在于，在商用车(1)中，所述承载框架(19)侧向地在前桥(5)和后桥(6)之间可安装在所述商用车(1)的车身(4)的纵梁(8)中的一个处。
6. 根据权利要求5所述的驱动模块(3)，其特征在于，支撑框架(9)可安装到所述纵梁(8)处，所述驱动模块(3)的承载框架(19)可插入所述支撑框架(9)中。
7. 根据权利要求6所述的驱动模块(3)，其特征在于，所述支撑框架(9)具有在横截面中为U形的侧壁(10,11)，所述侧壁(10,11)通过多个横臂(12,13,15)固定地相互连接并且所述侧壁(10,11)通过纵臂(16)连接成朝向所述纵梁(8)的且向上/向下敞开的框架结构，其中，尤其地直接邻近所述纵梁(8)的侧壁(10)可固定在所述纵梁(8)处并且可从上方将所述承载框架(19)插入所述支撑框架(9)中。
8. 根据权利要求7所述的驱动模块(3)，其特征在于，在所述支撑框架(9)的上部的和下部的横臂(12,13)之间，分别将对角地从所述纵梁(8)向外且向下倾斜的横臂(15)固定在所述侧壁(10,11)处。
9. 根据权利要求7或8中任一项所述的驱动模块(3)，其特征在于，所述支撑框架(9)的纵臂(16)与多个垂直臂(17)组合成抗弯曲的纵向框架(14)，该纵向框架以与所述横臂(12,13,15)相连接的方式用作用于位于所述支撑框架(9)之内的带有承载框架(19)的驱动模块(3)的侧向的碰撞保护。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的驱动模块(3)，其特征在于，在所述承载框架(19)中布置两个电池组(25)，所述电池组(25)尤其地彼此相叠，其中，在所述两个电池组(25)之间构造这样的间距，即，在所述间距中至少定位所述输送泵(31)、冷却剂管路(33,34,35,36)、电线路。
11. 根据权利要求10所述的驱动模块(3)，其特征在于，所述两个电池组(25)至少与所述承载框架(19)的垂直撑杆(23)固定地相连接并且同时加强所述框架结构。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的驱动模块(3)，其特征在于，在所述承载框架(19)处设置有几乎布置在所述电池组(25)之间的向内朝向所述纵梁(8)伸出的保持托架(26)，该保持托架(26)承载所述电转换器(27,28)和如有可能所述联接接口。
13. 根据前述权利要求中一项或多项所述的驱动模块(3)，其特征在于，所述冷却系统的至少一个热交换器(30)、尤其地散热器(30)可以侧向地在外侧远离所述车身(4)的纵梁(8)的方式布置在所述承载框架(19)处并且定位在所述用作碰撞保护的纵向框架(14)之后。
14. 根据前述权利要求中一项或多项所述的驱动模块(3)，其特征在于，在使用两个电池组(25)时，为每个电池组(25)设置一个散热器(30)，散热器通过输送管路(34)和回流管路(35)以流动技术上分离的方式接入带有输送泵(31)的冷却剂系统中。
15. 根据前述权利要求中一项或多项所述的驱动模块(3)，其特征在于，所述承载框架(19)的上部的纵向撑杆(20)通过伸出的区段(20a)在中间连结橡胶般弹性的支承件(37)的情况下悬挂在所述支撑框架(9)的上部的横臂(12)处。
16. 根据前述权利要求中一项或多项所述的驱动模块(3)，其特征在于，所述支撑框架(9)的用作碰撞保护的纵向框架(14)通过附加地固定的上部的和下部的角撑板(18)以角部固定的方式与所述横臂(12,13)相连接。
17. 根据前述权利要求中一项或多项所述的驱动模块(3)，其特征在于，在所述承载框架(19)的上部的纵向撑杆(20)处和/或在所述车身(4)的纵梁(8)处可固定有具有踏板面的和/或容纳功能件的工作台(39)，该工作台(39)遮盖所述承载框架(19)。
18. 一种车辆(1)、尤其地商用车，其包括根据前述权利要求中任一项所述的驱动模块(3)。
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