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Die Erfindung betrifft eine Montageeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Nutzkraftfahrzeug nach Anspruch 4 und ein Montageverfahren nach Anspruch 5.
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Aus der
DE 10 2010 009 063 A1 ist bereits eine Montageeinheit zu einer Befestigung in einem Fahrzeugraum bekannt, die mehrere jeweils zu einer Speicherung einer elektrischen Energie vorgesehene Hochvoltbatterien und eine zur Befestigung der Hochvoltbatterien vorgesehene Trägervorrichtung aufweist.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, Montagekosten zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch eine erfindungsgemäße Montageeinheit entsprechend dem Anspruch 1, einem Nutzkraftfahrzeug entsprechend dem Anspruch 4 und ein Montageverfahren entsprechend dem Anspruch 5 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einer Montageeinheit zu einer Befestigung an einen Rahmen eines Nutzkraftfahrzeugs, die zumindest eine zu einer Speicherung einer elektrischen Energie vorgesehene Hochvoltbatterie und eine zur Befestigung der zumindest einen Hochvoltbatterie an den Rahmen vorgesehene Trägervorrichtung aufweist.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Montageeinheit zumindest eine aktive Kühleinheit aufweist, die zu einer gemeinsamen Montage durch die Trägervorrichtung an die zumindest eine Hochvoltbatterie angebunden ist. Dadurch kann die zumindest eine Hochvoltbatterie und die zur aktiven Kühlung der Hochvoltbatterie vorgesehene Kühleinheit zu einer Einheit vormontiert werden und gemeinsam an den Rahmen des Nutzkraftfahrzeugs befestigt werden. Dadurch kann die Montage der Hochvoltbatterie und der Kühleinheit an den Rahmen vereinfacht und beschleunigt werden. Weiter können die Vormontage der Hochvoltbatterie und der Kühleinheit zur Montageeinheit und die Montage der Hochvoltbatterie und der Kühleinheit an den Rahmen an zwei verschiedenen Standorten erfolgen. Ferner können Fehlerquellen reduziert und eine Effizienz der Montage erhöht werden. Dadurch können bei der Herstellung eines Nutzkraftfahrzeugs Montagekosten reduziert werden. Unter einer „Montageeinheit” soll insbesondere ein Modul mit mehreren Bauteilen verstanden werden, die dazu vorgesehen sind, zu einer Einheit vormontiert zu werden, die dann als Ganzes an den Rahmen montiert wird. Unter „Hochvolt” sollen insbesondere Nennspannungen oberhalb von 100 Volt und vorzugsweise um 300 Volt verstanden werden. Vorzugsweise ist die aktive Kühleinheit zumindest zur Kühlung der Hochvoltbatterie vorgesehen. Unter einer „aktiven Kühleinheit” soll insbesondere eine Kühleinheit verstanden werden, die eine Wärme aus einem zu kühlenden Bauteil, vorzugsweise der Hochvoltbatterie, mit Hilfe einer Pumpe und/oder eines Lüfters abtransportiert. Vorzugsweise nutzt die Kühleinheit zum Abtransport der Wärme ein Kühlmittel, wie beispielsweise Wasser. Unter „vorgesehen” soll insbesondere speziell programmiert, ausgelegt, ausgestattet, ausgestaltet und/oder angeordnet verstanden werden.
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Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Kühleinheit zumindest eine Kühlmittelpumpe aufweist, die dazu vorgesehen ist, einen Kühlmittelstrom zumindest zur aktiven Kühlung der Hochvoltbatterie zu erzeugen. Dadurch kann die Hochvoltbatterie besonders effektiv gekühlt werden.
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Zur weiteren Vereinfachung der Montage ist es weiter vorteilhaft, wenn die Montageeinheit zumindest einen elektrisch an der Hochvoltbatterie angebundenen Umrichter aufweist, der zur gemeinsamen Montage durch die Trägervorrichtung an die Hochvoltbatterie und die Kühleinheit angebunden ist. Dadurch können die Hochvoltbatterie, die Kühleinheit und der Umrichter als eine Einheit in einem Montageschritt an den Rahmen des Nutzkraftfahrzeugs montiert werden.
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Weiter wird ein Nutzkraftfahrzeug mit zumindest einem Rahmen und mit zumindest einer an den Rahmen befestigten Montageeinheit, insbesondere einer erfindungsgemäßen Montageeinheit, die zumindest eine Hochvoltbatterie und zumindest eine aktive Kühleinheit aufweist, vorgeschlagen. Dadurch können Herstellkosten und Fehlerquellen bei der Montage der Hochvoltbatterie und der Kühleinheit reduziert werden. Vorzugsweise weist das Nutzkraftfahrzeug einen elektrischen Antrieb auf, der in zumindest einem Betriebszustand von der Hochvoltbatterie mit einer elektrischen Energie versorgt wird.
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Außerdem wird ein Montageverfahren für ein Nutzkraftfahrzeug vorgeschlagen, in dem zumindest eine Hochvoltbatterie und zumindest eine aktive Kühleinheit zu einer gemeinsamen Montage an einen Rahmen des Nutzkraftfahrzeugs zu einer Montageeinheit, insbesondere einer erfindungsgemäßen Montageeinheit, vormontiert werden. Dadurch kann die Montage der Hochvoltbatterie und der Kühleinheit effizienter gestaltet werden.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In der einzigen Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figur, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Die 1 zeigt schematisiert einen Teil eines Nutzfahrzeugs. Das Nutzfahrzeug weist einen Rahmen 10 und eine Montageeinheit, die an den Rahmen 10 befestigt ist, auf. Das Nutzkraftfahrzeug weist ein Hybridantriebssystem mit einem elektrischen Antrieb und einem verbrennungsmotorischen Antrieb auf. Das Nutzkraftfahrzeug ist als ein Hybridnutzkraftfahrzeug ausgebildet. Die Montageeinheit ist standardisiert ausgeführt.
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Die Montageeinheit bildet einen Teil des Hybridantriebssystems aus. Sie umfasst wesentliche Hybridkomponenten des Hybridantriebssystems, die gemeinsam in einem Montageschritt an den Rahmen 10 montiert werden. Die Montageeinheit wird vor der Befestigung an den Rahmen 10 vormontiert und anschließend als Ganzes an den Rahmen 10 befestigt. Die Montageeinheit ist als ein Hybridmodul ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Montageeinheit mit dem Rahmen 10 verschraubt. Grundsätzlich kann das Nutzkraftfahrzeug auch ein Elektroantriebssystem und damit nur einen elektrischen Antrieb aufweisen, wobei die Montageeinheit wesentliche Elektrokomponenten des Elektroantriebssystems umfasst. Weiter ist es grundsätzlich denkbar, die Montageeinheit für ein Personenkraftfahrzeug oder einen Bus vorzusehen.
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Die Montageeinheit weist eine Hochvoltbatterie 11, eine aktive Kühleinheit 13 und einen elektrischen Umrichter 15 auf. Die Hochvoltbatterie 11 speichert eine elektrische Energie für den elektrischen Antrieb des Nutzkraftfahrzeugs. Sie versorgt einen nicht näher dargestellten Elektromotor des elektrischen Antriebs mit elektrischer Energie. Der Umrichter 15 ist elektrisch mit der Hochvoltbatterie 11 und dem Elektromotor des Nutzkraftfahrzeugs verbunden. Dazu weist die Montageeinheit elektrische Kabel 23 und elektrische Kabel 24 auf. Die elektrischen Kabel 23 verbinden elektrisch die Hochvoltbatterie 11 und den Umrichter 15 miteinander. Die elektrischen Kabel 24 verbinden elektrisch den Umrichter 15 und den Elektromotor miteinander. Die elektrischen Kabel 24 weisen einen in der 1 nicht sichtbaren elektrischen Anschluss auf, der zur elektrischen Anbindung der Montageeinheit an das Nutzkraftfahrzeug an einen korrespondierenden Anschluss des extern von der Montageeinheit ausgebildeten Hybridantriebssystems angebunden ist. Die elektrischen Kabel 23 sind als Gleichstromkabel und die elektrischen Kabel 24 als Wechselstromkabel ausgebildet.
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Die aktive Kühleinheit 13 kühlt aktiv die Hochvoltbatterie 11 und den Umrichter 15. Sie stellt einen Kühlmittelkreislauf bereit. Die Kühleinheit 13 weist zwei Kühlmittelpumpen, einen in der 1 nicht sichtbaren Lüfter und einen Kühler 16 auf. Dabei ist lediglich eine Kühlmittelpumpe 14 in der 1 sichtbar. Die Kühlmittelpumpen 14 erzeugen zur aktiven Kühlung der Hochvoltbatterie 11 und des Umrichters 15 einen Kühlmittelstrom, der in dem Kühler 16 durch den Lüfter gekühlt wird. Die Kühleinheit 13 kühlt die Hochvoltbatterie 11 und den Umrichter 15 mittels eines flüssigen Kühlmittels. Das Kühlmittel ist als Kühlwasser ausgebildet. Damit sind die Kühlmittelpumpen 14 als Wasserpumpen ausgebildet.
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Zur Bereitstellung des Kühlmittelkreislaufs weist die Kühleinheit 13 Kühlmittelleitungen 25 auf. Die Kühlmittelpumpen 14 versorgen die Hochvoltbatterie 11 und den Umrichter 15 durch die Kühlmittelleitungen 25 mit einem Kühlmittel. Die Kühlmittelleitungen 25 verbinden die Hochvoltbatterie 11 und den Umrichter 15 strömungstechnisch mit dem Kühler 16. Die Kühlmittelleitungen 25 weisen einen in der 1 nicht sichtbaren kühltechnischen Anschluss auf, der zur kühlmitteltechnischen Anbindung der Montageeinheit an das Nutzkraftfahrzeug an einen extern von der Montageeinheit ausgebildeten Kühlmittelbehälter strömungstechnisch angeschlossen ist. Grundsätzlich kann die Montageeinheit den Kühlmittelbehälter aufweisen und die Kühleinheit 13 bereits vor der Montage an den Rahmen 10 mit dem Kühlmittel gefüllt werden.
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Zur Befestigung an den Rahmen 10 weist die Montageeinheit eine Trägervorrichtung 12 auf, die zur gemeinsamen Montage die Hochvoltbatterie 11, die Kühleinheit 13 und den Umrichter 15 aneinander anbindet. Die Trägervorrichtung 12 befestigt die Hochvoltbatterie 11, die Kühleinheit 13 und den Umrichter 15 miteinander, wodurch die Hochvoltbatterie 11, die Kühleinheit 13 und der Umrichter 15 gemeinsam und somit als Einheit an den Rahmen 10 montiert werden. Die Trägervorrichtung 12 besteht aus Stahl oder einem anderen geeigneten Material.
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Die Trägervorrichtung 12 ist als ein Trägergerüst ausgebildet. Sie ist mehrteilig ausgebildet. Die Trägervorrichtung 12 weist zwei Hauptträger 17, 18 und zwei Verbindungsträgern 19, 20 auf. Die Verbindungsträger 19, 20 verbinden dabei die Hauptträger 17, 18 miteinander. Die Hauptträger 17, 18 sind jeweils mit den Verbindungsträger 19, 20 verschraubt. Bei einer normalen Nutzung des Nutzkraftfahrzeugs sind die Hauptträger 17, 18 seitlich und die Verbindungsträger 19, 20 oberhalb der Hochvoltbatterie 11 angeordnet. Die Hochvoltbatterie 11 ist an den Hauptträgern 17, 18 und an den Verbindungsträgern 19, 20 befestigt. Sie ist mit den Hauptträgern 17, 18 und den Verbindungsträgern 19, 20 verschraubt. Der Kühler 16 und der Umrichter 15 sind innerhalb der Hauptträger 17, 18 und der Verbindungsträger 19, 20 angeordnet. Sie sind bei der normalen Nutzung des Nutzkraftfahrzeugs oberhalb der Hochvoltbatterie 11 angeordnet. Der Kühler 16 und der Umrichter 15 sind ebenfalls an den Hauptträgern 17, 18 und an den Verbindungsträgern 19, 20 befestigt. Sie sind mit den Hauptträgern 17, 18 und den Verbindungsträgern 19, 20 verschraubt. Die Kühlmittelpumpe 14 ist außerhalb der Hauptträger 17, 18 und der Verbindungsträger 19, 20 angeordnet. Sie ist bei der normalen Nutzung des Nutzkraftfahrzeugs oberhalb der Hochvoltbatterie 11 angeordnet. Die Kühlmittelpumpe 14 ist an den Verbindungsträger 20 und der Hochvoltbatterie 11 befestigt. Sie ist mit dem Verbindungsträger 20 und der Hochvoltbatterie 11 verschraubt.
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Zur Verstärkung der Hauptträger 17, 18 weist die Trägervorrichtung 12 zwei Verstärkungen auf, wobei in der 1 lediglich eine Verstärkung 21 sichtbar ist. Die Hauptträger 17, 18 sind an den Rahmen 10 angebunden. Sie sind durch eine Verschraubung 22 an den Rahmen 10 befestigt. Dabei sind die Verstärkungen 21 jeweils im Bereich der Verschraubung 22 an dem jeweiligen Hauptträger 17, 18 angeordnet.
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Die Montageeinheit weist weiter ein nicht näher dargestelltes Steuergerät und einen nicht näher dargestellten Stromverteiler auf. Die Trägervorrichtung 12 bindet das Steuergerät und den Stromverteiler zur gemeinsamen Montage an die Hochvoltbatterie 11, die Kühleinheit 13 und den Umrichter 15 an. Das Steuergerät ist steuerungstechnisch an die Hochvoltbatterie 11 angebunden. Das Steuergerät weist einen Anschluss auf, der zur kommunizierenden und steuertechnischen Anbindung der Montageeinheit an das Nutzkraftfahrzeug an einer extern von der Montageeinheit ausgebildeten Steuer- und Regeleinheit angeschlossen ist. Der Stromverteiler ist elektrisch an der Hochvoltbatterie 11 angebunden.
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Damit weist die Montageeinheit die Hochvoltbatterie 11, die Kühlmittelpumpen 14, den Kühler 16, den Lüfter, den Umrichter 15, das Steuergerät, den Stromverteiler, die elektrischen Kabel 23, 24, die Kühlmittelleitungen 25 und die Trägervorrichtung 12 auf, die gemeinsam und somit als Einheit an den Rahmen 10 montiert werden. Die Trägervorrichtung 12 bindet dabei die Hochvoltbatterie 11, die Kühlmittelpumpen 14, den Kühler 16, den Lüfter, den Umrichter 15, das Steuergerät, den Stromverteiler, die elektrischen Kabel 23, 24 und die Kühlmittelleitungen 25 zur gemeinsamen Montage aneinander. Zur elektrischen Anbindung an das Nutzkraftfahrzeug weist die Montageeinheit den elektrischen Anschluss des elektrischen Kabels 24 auf, der angeschlossen wird, nachdem die Montageeinheit an den Rahmen 10 befestigt ist. Zur kühlmitteltechnischen Anbindung an das Nutzkraftfahrzeug und damit zur Versorgung der Kühleinheit 13 mit dem Kühlmittel weist die Montageeinheit den kühltechnischen Anschluss der Kühlmittelleitungen 25 auf, der angeschlossen wird, nachdem die Montageeinheit an den Rahmen 10 befestigt ist. Zur kommunizierenden und steuertechnischen Anbindung an das Nutzkraftfahrzeug weist die Montageeinheit den Anschluss des Steuergeräts auf, der angeschlossen wird, nachdem die Montageeinheit an den Rahmen 10 befestigt ist. Grundsätzlich kann die Montageeinheit Crashsicherungselemente aufweisen, die zur Erhöhung einer Crashsicherheit zumindest die Hochvoltbatterie 11 bei einem Unfall schützen.
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In einem Montageverfahren für das das Hybridantriebssystem aufweisende Nutzkraftfahrzeug, wird zuerst die Hochvoltbatterie 11, die Kühleinheit 13 mit den Kühlmittelpumpen 14, dem Lüfter und dem Kühler 16, der Umrichter 15, das Steuergerät und der Stromverteiler zur Montageeinheit vormontiert. Dabei werden die Hochvoltbatterie 11, die Kühlmittelpumpen 14, der Lüfter, der Kühler 16, der Umrichter 15, das Steuergerät und der Stromverteiler mittels der Trägervorrichtung 12 aneinander angebunden, indem diese mit der Trägervorrichtung 12 verschraubt werden. Anschließend werden die elektrischen Kabel 23, 24 und die Kühlmittelleitungen 25 angebracht, wodurch die Montageeinheit fertig zur Anbringung an den Rahmen 10 montiert ist. Die zur Montageeinheit vormontierten und miteinander verbundenen Hybridkomponenten werden anschließend an den Rahmen 10 befestigt, indem die Hauptträger 17, 18 mit dem Rahmen 10 verschraubt werden. Abschließend wird die Montageeinheit elektrisch, kühlmitteltechnisch, kommunizierend und steuerungstechnisch an das Nutzkraftfahrzeug bzw. an den von der Montageeinheit extern ausgebildeten Teil des Hybridantriebssystems angebunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010009063 A1 [0002]
