DE102010004713A1

DE102010004713A1 - Hybridantrieb eines Hybridfahrzeuges

Info

Publication number: DE102010004713A1
Application number: DE102010004713A
Authority: DE
Inventors: Paul 70191 Hurmer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2011-07-14
Also published as: US20110168476A1; US8437135B2; FR2955058B1; RU2010154650A; KR101256298B1; CN102120427B; JP2011140298A; RU2465155C2; FR2955058A1; KR20110082483A; CN102120427A

Abstract

Hybridantrieb, mit einem Verbrennungsmotor, mehreren elektrischen Maschinen und einem elektrischen Energiespeicher, wobei dem Energiespeicher ein Umrichter und weiterhin jeder elektrischen Maschine jeweils ein Umrichter zugeordnet ist, wobei die den elektrischen Maschinen zugeordneten Umrichter (15, 16) zu einer modularen Umrichtereinheit (17) zusammengefasst sind; wobei die Umrichtereinheit ein Grundmodul (18) aufweist, welches den einer ersten elektrischen Maschine zugeordneten Umrichter (16), Anschlüsse (20, 21) zur Kühlung, Befestigungsmittel (24) zur Anbindung an eine Karosseriestruktur, einen Anschluss (22) zur Kontaktierung des dem Energiespeicher zugeordneten Umrichters und einen Anschluss (23) zur Kontaktierung der ersten elektrischen Maschine aufweist; und wobei die Umrichtereinheit weiterhin mindestens ein mit dem Grundmodul (18) koppelbares Ergänzungsmodul (19) aufweist, welches den einer zweiten elektrischen Maschine zugeordneten Umrichter (15) und einen Anschluss (25) zur Kontaktierung der jeweiligen zweiten elektrischen Maschine aufweist, und welches derart mit dem Grundmodul koppelbar ist, dass das jeweilige Ergänzungsmodul über das Grundmodul kühlbar, an die Karosseriestruktur anbindbar und mit dem Umrichter des Energiespeichers koppelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantrieb eines Hybridfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der Praxis sind Kraftfahrzeuge mit einem Hybridantrieb bekannt. Ein Hybridantrieb verfügt neben einem Verbrennungsmotor über mindestens eine elektrische Maschine, die generatorisch oder motorisch betrieben werden kann. Mit der oder jeder elektrischen Maschine wirkt ein elektrischer Energiespeicher zusammen, der dann, wenn die oder jede elektrische Maschine motorisch betrieben wird, stärker entladen wird, und dann, wenn die oder jede elektrische Maschine generatorisch betrieben wird, stärker aufgeladen wird. Dem elektrischen Energiespeicher eines Hybridfahrzeugs ist ein Umrichter zugeordnet. Weiterhin ist der oder jeder elektrischen Maschine jeweils ein Umrichter zugeordnet. Dann, wenn der Hybridantrieb mehrere elektrische Maschinen und demnach mehrere den elektrischen Maschinen zugeordnete Umrichter aufweist, bereitet die platzsparende Integration der Umrichter ins Kraftfahrzeug Schwierigkeiten.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zu Grunde einen neuartigen Hybridantrieb eines Hybridfahrzeugs zu schaffen. Dieses Problem wird durch einen Hybridantrieb gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind die den elektrischen Maschinen zugeordneten Umrichter zu einer modularen Umrichtereinheit zusammengefasst; wobei die Umrichtereinheit ein Grundmodul aufweist, welches einerseits den einer ersten elektrischen Maschine zugeordneten Umrichter und andererseits Anschlüsse zur Kühlung der Umrichtereinheit, Befestigungsmittel zur Anbindung der Umrichtereinheit an eine Karosseriestruktur, einen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung des dem elektrischen Energiespeicher zugeordneten Umrichters und einen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung der ersten elektrischen Maschine aufweist; und wobei die Umrichtereinheit weiterhin mindestens ein mit dem Grundmodul koppelbares Ergänzungsmodul aufweist, welches einerseits den einer zweiten elektrischen Maschine zugeordneten Umrichter und andererseits einen Anschluss zur elektrischen Kontaktierung der jeweiligen zweiten elektrischen Maschine aufweist, und welches derart mit dem Grundmodul koppelbar ist, dass das jeweilige Ergänzungsmodul über das Grundmodul kühlbar, über das Grundmodul an die Karosseriestruktur anbindbar und über das Grundmodul elektrisch mit dem Umrichter des elektrischen Energiespeichers koppelbar ist.
Mit der hier vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, dass bei einem mehrere elektrische Maschinen umfassenden Hybridantrieb die den elektrischen Maschinen zugeordneten Umrichter zu einer Umrichtereinheit zusammengefasst sind. Die Umrichtereinheit verfügt über ein Grundmodul, welches der mechanischen Anbindung der Umrichtereinheit an eine Karosseriestruktur des Hybridfahrzeugs, der elektrischen Anbindung der Umrichtereinheit an einen Umrichter des elektrischen Energiespeichers sowie der Anbindung der Umrichtereinheit an einen Kühlkreislauf dient. Ferner umfasst Grundmodul einen Umrichter, der mit einer ersten elektrischen Maschine des Hybridantriebs zusammenwirkt. Neben dem Grundmodul umfasst die Umrichtereinheit mindesten ein an das Grundmodul ankoppelbares Ergänzungsmodul, welches einen Umrichter umfasst, der mit einer zweiten elektrischen Maschine des Hybridantriebs zusammenwirkt. Das Ergänzungsmodul wird über das Grundmodul mechanisch an die Karosseriestruktur, elektrisch an den Umrichter des elektrischen Energiespeichers sowie kühlseitig an den Kühlkreislauf gekoppelt. Das Grundmodul sowie das oder jedes Ergänzungsmodul sind jeweils über separate Anschlüsse individuell elektrisch an diejenige elektrische Maschine gekoppelt, mit welcher der jeweilige Umrichter von Grundmodul bzw. Ergänzungsmodul zusammenwirkt. Die Erfindung erlaubt eine platzsparende Integration mehrerer Umrichter von elektrischen Maschinen eines Hybridantriebs in ein Hybridfahrzeug.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Grundmodul ein Kühlelement auf, welches mit den Anschlüssen zur Kühlung der Umrichtereinheit verbunden und von Kühlmittel durchströmt ist, wobei das Kühlelement sowohl den Umrichter des Grundmoduls als auch den Umrichter des oder jedes Ergänzungsmoduls kühlt. Mit dem Kühlelement ist eine effektive Kühlung der Umrichtereinheit und damit des Umrichters des Grundmoduls sowie des Umrichters des oder jedes Ergänzungsmoduls möglich.
Vorzugsweise sind dann, wenn ein Ergänzungsmodul mit dem Grundmodul gekoppelt ist, Gehäuse derselben derart mechanisch verbunden, dass zwischen Innenräumen der Gehäuse eine Verbindung besteht, wobei dem Gehäuse des Grundmoduls ein Druckausgleichsventil zugeordnet ist, über welches der Innenraum des Grundmoduls und der Innenraum des oder jedes mit dem Grundmodul gekoppelten Ergänzungsmoduls zum Druckausgleich entlüftbar ist.
Mithilfe des Druckausgleichventils kann ein sich unter ungünstigen Betriebsbedingungen im Innenraum des Grundmoduls sowie Ergänzungsmoduls aufbauender Überdruck ausglichen werden.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
1 in Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Hybridantriebs;
2 eine perspektivische Ansicht eines Details des erfindungsgemäßen Hybridantriebs zusammen mit einem Ausschnitt aus einer Karosseriestruktur;
3 das Detail der 2 ohne Karosseriestruktur in einer perspektivische Ansicht von oben;
4 das Detail der 2, 3 ohne Karosseriestruktur in einer perspektivische Ansicht von unten; und
5 das Detail der 2, 3, 4 in einem entkoppelten Zustand in einer perspektivischen Ansicht von oben.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft einen Hybridantrieb eines Hybridfahrzeugs.
1 zeigt stark schematisiert Baugruppen einer Hybridantriebs, nämlich einen Hybridantrieb, der einen Verbrennungsmotor 10 sowie mehrere, nämlich im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei, elektrische Maschine 11 und 12 umfasst. Neben dem Verbrennungsmotor 10 und den elektrischen Maschinen 11, 12 umfasst der Hybridantrieb weiterhin einen elektrischen Energiespeicher 13.
Dann, wenn die elektrischen Maschinen 11, 12 motorisch betrieben werden, wird der elektrische Energiespeicher 13 von den elektrischen Maschinen 11, 12 stärker entladen, wobei dann die elektrischen Maschinen 11, 12 an einem Abtrieb des Hybridfahrzeugs ein Antriebsmoment bereitstellen. Werden hingegen die elektrischen Maschinen 11, 12 des Hybridantriebs generatorisch betrieben, so kann der elektrische Energiespeicher 13 von denselben stärker aufgeladen werden.
Gemäß 1 ist dem elektrischen Energiespeicher 13 ein Umrichter 14 zugeordnet. Weiterhin ist jeder der elektrischen Maschinen 11, 12 ein Umrichter 15 bzw. 16 zugeordnet.
Die hier vorliegende Erfindung betrifft nun solche Details eines Hybridantriebs, die eine optimale und platzsparende Integration der den elektrischen Maschinen 11, 12 zugeordneten Umrichter 15, 16 in das Hybridfahrzeug erlauben. Die den elektrischen Maschinen 11, 12 zugeordneten Umrichter 15, 16 wirken dabei mit den entsprechenden elektrischen Maschinen 11, 12 zusammen, müssen jedoch nicht in deren räumlicher Nähe positioniert sein.
Im Sinne der hier vorliegenden Erfindung sind die den elektrischen Maschinen 11, 12 des Hybridantriebs zugeordneten bzw. die mit denselben zusammenwirkenden Umrichter 15, 16 zu einer modularen Umrichtereinheit 17 zusammengefasst, wobei die modulare Umrichtereinheit 17 in 2 in einer Einbausituation an einer Karosseriestruktur 28 eines Hybridfahrzeugs gezeigt ist, und wobei 3 bis 5 die Umrichtereinheit 17 in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten zeigen.
Die Umrichtereinheit 17 verfügt im gezeigten Ausführungsbeispiel über ein Grundmodul 18 sowie ein mit dem Grundmodul 18 gekoppeltes Ergänzungsmodul 19. Das Grundmodul 18 umfasst dabei den Umrichter 16, welcher mit der elektrischen Maschine 12 zusammenwirkt, wohingegen das Ergänzungsmodul 19 den Umrichter 15 umfasst, welcher mit der elektrischen Maschine 11 zusammenwirkt.
Das Grundmodul 18 umfasst neben dem Umrichter 16 für die elektrische Maschine 12 weiterhin Anschlüsse 20, 21 zur Kühlung der Umrichtereinheit 17, wobei der Anschluss 20 einem Vorlauf und der Anschluss 21 einem Rücklauf für Kühlmittel entspricht. Über die Anschlüsse 20, 21 für Kühlmittel kann die modulare Umrichtereinheit 17 in einen Kühlmittelkreislauf eingebunden und gekühlt werden.
Zusätzlich zu den Anschlüssen 20, 21 zur Kühlung der modularen Umrichtereinheit 17 verfügt das Grundmodul 18 der modularen Umrichtereinheit 17 weiterhin über einen Anschluss 22 zur elektrischen Kontaktierung des dem elektrischen Energiespeicher 13 zugeordneten Umrichters 14.
Ferner verfügt das Grundmodul 18 der modularen Umrichtereinheit 17 über einen Anschluss 23 zur elektrischen Kontaktierung der mit dem vom Grundmodul 18 aufgenommenen Umrichter 16 zusammenwirkenden, elektrischen Maschine 12.
Darüber hinaus umfasst das Grundmodul 18 der modularen Umrichtereinheit 17 Befestigungsmittel 24, über welche die modulare Umrichtereinheit 17 mechanisch an die Karosseriestruktur 28 des Hybridfahrzeugs angebunden werden kann. Bei den Befestigungsmitteln 24 handelt es sich vorzugsweise um Befestigungsmittel mit Dämpfern, um die modulare Umrichtereinheit 17 dämpfend an die Karosseriestruktur 28 anzubinden. Die Dämpfer können dabei von gummielastischen Elementen bereitgestellt werden.
Das mit dem Grundmodul 18 gekoppelte bzw. koppelbare Ergänzungsmodul 19 umfasst, wie bereits erwähnt, den mit der elektrischen Maschine 11 zusammenwirkenden Umrichter 15 sowie einen Anschluss 25 zur elektrischen Kontaktierung des vom Ergänzungsmodul 19 aufgenommenen Umrichters 15 mit der elektrischen Maschine 11. Das Ergänzungsmodul 19 der modularen Umrichtereinheit 17 ist über das Grundmodul 18 an die Karosseriestruktur 28 mechanisch anbindbar. Ferner ist das Ergänzungsmodul 19 über das Grundmodul 18 kühlbar. Darüber hinaus ist der vom Ergänzungsmodul 19 aufgenommene, mit der elektrischen Maschine 11 zusammenwirkende Umrichter 15 über das Grundmodul 18, nämlich dem vom Grundmodul 18 aufgenommenen Umrichter 16, an den Umrichter 14 des elektrischen Energiespeichers 13 koppelbar.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel, in welchem demnach ein Hybridantrieb zwei elektrische Maschinen 11 und 12 und demnach zwei den elektrischen Maschinen 11 und 12 zugeordnete Umrichter 15 und 16 umfasst, sind die beiden Umrichter 15 und 16 zu einer modularen Umrichtereinheit 17 zusammengefasst, welche über ein Grundmodul 18 und ein Ergänzungsmodul 19 verfügt. Die mechanische Anbindung der modularen Umrichtereinheit 17 an eine Karosseriestruktur 28, die Anbindung der modularen Umrichtereinheit 17 an einen Kühlkreislauf sowie die elektrische Anbindung der Umrichtereinheit 17 an den Umrichter 14 des elektrischen Energiespeichers 13 erfolgt zentral für alle Umrichter 15, 16 der Umrichtereinheit 17 über das Grundmodul 18. Die Ergänzungsmodule 19 sind mit dem Grundmodul 18 gekoppelt und elektrisch an die elektrische Maschine gekoppelt, die mit dem vom jeweiligen Ergänzungsmodul 19 aufgenommenen Umrichter 15 zusammenwirkt.
Wie am besten 5 entnommen werden kann, verfügt das Grundmodul 16 über ein Kühlelement 26, wobei das Kühlelement 26 von Kühlmittel durchströmt und mit den Anschlüssen 20, 21 gekoppelt ist. Das Kühlelement 26 dient dabei sowohl der Kühlung des Umrichters 16 des Grundmoduls 18 als auch der Kühlung des Umrichters 15 des Ergänzungsmoduls 19.
Das Grundmodul 18 verfügt über ein Gehäuse 27, wobei das Ergänzungsmodul 19 über ein Gehäuse 29 verfügt. Die beiden Gehäuse 27 und 29 von Grundmodul 18 und Ergänzungsmodul 19 definieren jeweils einen Innenraum 30 bzw. 31, in welchem elektrische bzw. elektronische Baugruppen insbesondere der Umrichter 15, 16 aufgenommen sind.
So sind im vom Gehäuse 29 des Ergänzungsmoduls 19 definierten Innenraum 31 als Baugruppen des Umrichters 15 eine Kondensatorbaugruppe 32, eine IGBT-Baugruppe 33 sowie eine mehrere Stromsensoren aufweisende Strommessbaugruppe 34 positioniert.
Ebenso sind in dem vom Gehäuse 27 des Grundmoduls 18 definierten Innenraum 30 als Baugruppen des Umrichters 16 eine Kondensatorbaugruppe 35, eine IGBT-Baugruppe 36 sowie eine mehrere Stromsensoren umfassende Strommessbaugruppe 37 angeordnet.
Darüber hinaus ist im vom Gehäuse 27 des Grundmoduls 18 definierten Innenraum 30 ein Filter 38 positioniert, welcher zwischen den Umrichter 16 des Grundmoduls 18 und den Umrichter 14 des elektrischen Energiespeichers 13 geschaltet ist.
Dann, wenn das Ergänzungsmodul 19 mit dem Grundmodul 18 der modularen Umrichtereinheit 17 gekoppelt ist, sind die beiden Umrichter 15, 16 miteinander elektrisch gekoppelt, nämlich dadurch, dass die Kondensatorbaugruppen 32 und 35 der Umrichter 15 und 16 elektrisch miteinander kontaktiert sind. Die elektrische Kontaktierung der beiden Kondensatorbaugruppen 32 und 35 erfolgt dabei über eine in 5 sichtbare Durchführung 39.
Über die Durchführung 39 stehen die beiden Innenräume 30 und 31 von Grundmodul 18 und Ergänzungsmodul 19 demnach in Verbindung.
Um eine sich im Betrieb durch Temperaturschwankungen in den Innenräumen 30, 31 ausbildende Druckdifferenz zum Umgebungsdruck ausgleichen zu können, ist dem Grundmodul 18 in 3 und 4 ein sichtbares Druckausgleichsventil 40 zugeordnet. Dann, wenn in den Innenräumen 30, 31 von Grundmodul 18 und Ergänzungsmodul 19 demnach ein unzulässiger Überdruck oder Unterdruck entsteht, kann über das Druckausgleichsventil 40 ein Druckausgleich zum Umgebungsdruck realisiert werden.
Dem Grundmodul 18 ist weiterhin ein in 4 sichtbarer Isolationswächter 41 zugeordnet, mithilfe dessen eine Kurzschlussüberwachung für die Umrichtereinheit 17 bereitgestellt werden kann.
Bei der Kopplung des Grundmoduls 18 und des Ergänzungsmoduls 19 greifen Vorsprünge 42, die am Gehäuse 27 des Grundmoduls 18 ausgebildet sind, in nicht sichtbare Vertiefungen des Gehäuses 29 des Ergänzungsmoduls 19 ein. Über an den Gehäusen 27, 29 ausgebildete Befestigungsabschnitte 43 können dieselben miteinander verschraubt werden.
Dann, wenn ein Hybridantrieb mehrere elektrische Maschinen und demnach mehrere den elektrischen Maschinen zugeordnete Umrichter aufweist, erlaubt die Erfindung eine platzsparende und effiziente Integration der mit den elektrischen Maschinen zusammenwirkenden Umrichter ins Kraftfahrzeug.
Das Basismodul 18 der modularen Umrichtereinheit 17 übernimmt zentral für alle Umrichter 15, 16 der Umrichtereinheit 17 die mechanische Anbindung an die Karosseriestruktur 28, die Anbindung an den Kühlkreislauf sowie die elektrische Anbindung an den Umrichter 14 des elektrischen Energiespeichers 13. Das Basismodul 18 ist zusätzlich individuell mit der elektrischen Maschine elektrisch gekoppelt, die mit dem vom Basismodul 18 aufgenommenen Umrichter 16 zusammenwirkt. Das oder jedes Ergänzungsmodul 19 ist individuell an die elektrische Maschine elektrisch gekoppelt, die mit dem vom jeweiligen Ergänzungsmodul 19 aufgenommenen Umrichter 15 zusammenwirkt. Die elektrische Kopplung des vom jeweiligen Ergänzungsmodul 19 aufgenommenen Umrichters 15 an den Umrichter 14 des elektrischen Energiespeichers 13 erfolgt über den Umrichter 16 des Basismoduls 18, wozu die die Kondensatorbaugruppen 32 und 35 der Umrichter 15 und 16 von Basismodul und jeweiligem Ergänzungsmodul 19 elektrisch miteinander kontaktiert sind.

Claims

Hybridantrieb eines Hybridfahrzeugs, mit einem Verbrennungsmotor, mehreren elektrischen Maschinen und einem elektrischen Energiespeicher, der dann, wenn die oder jede elektrische Maschine motorisch betrieben wird, stärker entladbar, und dann, wenn die oder jede elektrische Maschine generatorisch betrieben wird, stärker aufladbar ist, wobei dem elektrischen Energiespeicher ein Umrichter zugeordnet ist, und wobei weiterhin jeder elektrischen Maschine jeweils ein Umrichter zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass a) die den elektrischen Maschinen zugeordneten Umrichter (15, 16) zu einer modularen Umrichtereinheit (17) zusammengefasst sind, b) die Umrichtereinheit (17) ein Grundmodul (18) aufweist, wobei das Grundmodul einerseits den einer ersten elektrischen Maschine zugeordneten Umrichter (16) und andererseits Anschlüsse (20, 21) zur Kühlung der Umrichtereinheit, Befestigungsmittel (24) zur Anbindung der Umrichtereinheit an eine Karosseriestruktur, einen Anschluss (22) zur elektrischen Kontaktierung des dem elektrischen Energiespeicher zugeordneten Umrichters und einen Anschluss (23) zur elektrischen Kontaktierung der ersten elektrischen Maschine aufweist, c) die Umrichtereinheit (17) weiterhin mindestens ein mit dem Grundmodul (18) koppelbares Ergänzungsmodul (19) aufweist, wobei das oder jedes Ergänzungsmodul jeweils einerseits den einer zweiten elektrischen Maschine zugeordneten Umrichter (15) und andererseits einen Anschluss (25) zur elektrischen Kontaktierung der jeweiligen zweiten elektrischen Maschine aufweist, und wobei das oder jedes Ergänzungsmodul (19) derart mit dem Grundmodul (18) koppelbar ist, dass das jeweilige Ergänzungsmodul (19) über das Grundmodul (18) kühlbar, über das Grundmodul (18) an die Karosseriestruktur anbindbar und über das Grundmodul (18) elektrisch mit dem Umrichter des elektrischen Energiespeichers koppelbar ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmodul (18) Befestigungsmittel (24) mit Dämpfern aufweist, über welche die zur Umrichtereinheit (17) dämpfend an die Karosseriestruktur anbindbar ist.
Hybridantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmodul (18) ein Kühlelement (26) aufweist, welches mit den Anschlüssen (20, 21) zur Kühlung der Umrichtereinheit (17) verbunden und von Kühlmittel durchströmt ist, wobei das Kühlelement (16) sowohl den Umrichter (16) des Grundmoduls als auch den Umrichter (15) des oder jedes Ergänzungsmoduls kühlt.
Hybridantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn ein Ergänzungsmodul (19) mit dem Grundmodul (18) gekoppelt ist, Gehäuse (27, 29) derselben derart mechanisch verbunden sind, dass zwischen Innenräumen (30, 31) der Gehäuse (27, 29) eine Verbindung besteht.
Hybridantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gehäuse (27) des Grundmoduls (18) ein Druckausgleichsventil (40) zugeordnet ist, über welches der Innenraum des Grundmoduls (18) und der Innenraum des oder jedes mit dem Grundmodul gekoppelten Ergänzungsmoduls (19) zum Druckausgleich entlüftbar ist.