DE102016219655A1 - Antriebsanordnung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs - Google Patents
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Abstract
Offenbart wird eine Antriebsanordnung (AA) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend: – einen Verbrennungsmotor (VM); – einen Kurbelwellen-Starter-Generator (SG); – ein Getriebe (GT) zur Übersetzung zwischen einer Antriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors (VM) und einer Abtriebsdrehzahl der Antriebsanordnung (AA); – eine Leistungselektronikschaltung (LS) zum Betreiben des Kurbelwellen-Starter-Generators (SG); – wobei die Leistungselektronikschaltung (LS) zwischen dem Verbrennungsmotor (VM) oder dem Kurbelwellen-Starter-Generator (SG) einerseits und dem Getriebe (GT) andererseits angeordnet ist und an dem Kurbelwellen-Starter-Generator (SG) befestigt ist.
Description
- Technisches Gebiet:
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs.
- Stand der Technik und Aufgabe der Erfindung:
- In der automobilen Entwicklung ist die Anforderung groß, die Kraftfahrzeuge, insbesondere die Hybridelektro-/Elektrofahrzeuge, gewichtssparender zu konstruieren, um den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren bzw. um die Reichweite zu vergrößern. Aufgrund des beschränkten Bauraumes in einem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Hybridelektro-/Elektrofahrzeug, sollen zudem Fahrzeugkomponenten, insbesondere eine Antriebsanordnung zum Antrieb eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, platzsparender konstruiert werden.
- Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Antriebsanordnung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, leichter und bauraumsparender zu konstruieren.
- Beschreibung der Erfindung:
- Es wird eine Antriebsanordnung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, bereitgestellt.
- Die Antriebsanordnung umfasst einen Verbrennungsmotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs und einen Kurbelwellen-Starter-Generator. Der Kurbelwellen-Starter-Generator dient zum Starten des Verbrennungsmotors, zum Generieren elektrischer Energie während eines Bremsvorgangs und/oder zur Fortbewegung des Kraftfahrzeuges, z.B. beim Rangieren des Kraftfahrzeugs. Dabei ist der Kurbelwellen-Starter-Generator zur Übertragung von Drehmoment an den Verbrennungsmotor beispielsweise über eine Rotorwelle mit einer Antriebs- bzw. Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mechanisch gekoppelt.
- Die Antriebsanordnung umfasst ferner ein Getriebe, welches zur Übertragung des Drehmoments beispielsweise über eine Getriebewelle mit der Rotorwelle des Kurbelwellen-Starter-Generators bzw. mit der Antriebswelle des Verbrennungsmotors mechanisch gekoppelt ist. Das Getriebe ist eingerichtet, zwischen einer Antriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors bzw. des Starter-Generators und einer Abtriebsdrehzahl der Antriebsanordnung zu übersetzen.
- Die Antriebsanordnung umfasst ferner eine Leistungselektronikschaltung, wie z. B. einen Wechselrichter bzw. eine Leistungsendstufe des Wechselrichters, zum Betreiben des Kurbelwellen-Starter-Generators, wobei diese zwischen dem Verbrennungsmotor oder dem Kurbelwellen-Starter-Generator einerseits und dem Getriebe andererseits angeordnet ist und an dem Kurbelwellen-Starter-Generator mechanisch befestigt ist.
- Der Kurbelwellen-Startergenerator kann den Verbrennungsmotor starten bzw. beschleunigen (Motorbetrieb), zur Fortbewegung des Fahrzeugs verwendet werden (Traktions- bzw. Rangierbetrieb) und kann ferner als auch bei drehendem Verbrennungsmotor elektrischen Strom erzeugen (Generatorbetrieb). Damit vereint der Kurbelwellen-Startergenerator die Funktionen von einem Starter und einem Generator in einer einzigen elektrischen Maschine. Durch den Einsatz des Kurbelwellen-Startergenerators wird somit an einer zusätzlichen elektrischen Maschine gespart. Zudem ist der Kurbelwellen-Starter-Generator platzsparend direkt im Antriebsstrang zwischen Verbrennungsmotor und dem Getriebe integriert.
- Die Einstellung des gewünschten Betriebsmodes zwischen dem Motorbetrieb und dem Generatorbetrieb kann über die implementierte Leistungselektronikschaltung realisiert werden. Dabei sind die Leiterbahnen der Leistungselektronikschaltung durch Kaltgas-Spritzen platzsparend direkt auf einem Kühlkörper des Kurbelwellen-Starter-Generators ausgebildet. Dadurch entfallen sonst erforderliche Aufbautechnologien für die Leistungselektronikschaltung, wie z. B. Schaltungsträger mit Kupfer-Inlays oder direkt gebondete Silizium-Chips auf keramischen Träger (DCB), wodurch zusätzlich an Gewicht und Bauraum gespart werden kann. Dank der preisgünstigen Realisierung durch Kaltgas-Spritztechnologie können die Leiterbahnen aus einem bekannten und kostengünstig erhältlichen elektrisch leitenden Beschichtungswerkstoff in Pulverform kostengünstig hergestellt werden. Zudem bilden die Leiterbahnen dank der Kaltgas-Spritztechnologie eine stabile, geschlossene und fest haftende Schicht auf dem Kühlkörper. Durch die Bildung der Leiterbahnen direkt auf dem Kühlkörper ist eine Möglichkeit gegeben, die Leistungselektronikschaltung in einem Bauraum zwischen dem Verbrennungsmotor oder dem Kurbelwellen-Starter-Generator einerseits und dem Getriebe anderseits als axiale Verlängerung des Kurbelwellen-Starter-Generators gewichts- und bauraumsparend zu implementieren.
- Damit ist eine Antriebsanordnung zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Hybridelektro-/Elektrofahrzeugs, bereitgestellt, welche leicht, bauraumsparend und kostengünstig hergestellt werden kann.
- Die Leistungselektronikschaltung mit direkt auf dem Kühlkörper kaltgasgespritzten Leiterbahnen hält zudem höheren mechanischen und thermischen Belastungen staand als eine Leistungselektronikschaltung auf einem herkömmlichen Schaltungsträger mit Kupfer-Inlays oder einem keramischen Träger.
- Beispielsweise umfasst die Leistungselektronikschaltung einen Schaltungsträger, auf dem Leiterbahnen angeordnet sind. Dabei sind die Leiterbahnen auf dem Schaltungsträger kaltgasgespritzt.
- Beispielsweise ist die Leistungselektronikschaltung als eine axiale Verlängerung des Kurbelwellen-Starter-Generators an dem Kurbelwellen-Starter-Generator implementiert.
- Beispielsweise ist die Leistungselektronikschaltung in einer axialen Richtung der Drehachse der Rotorwelle des Kurbelwellen-Starter-Generators betrachtet zwischen dem Kurbelwellen-Starter-Generator und dem Getriebe angeordnet.
- Beispielsweise umfasst der Kurbelwellen-Starter-Generator einen Kühlkörper zur Kühlung des Kurbelwellen-Starter-Generators bzw. dessen Komponenten. Dabei ist die Leistungselektronikschaltung mit dem Kühlkörper thermisch leitend verbunden.
- Beispielsweise ist der Kühlkörper als ein Schaltungsträger der Leistungselektronikschaltung ausgebildet, auf dem Schaltungskomponenten der Leistungselektronikschaltung, wie z. B. Leiterbahnen, elektrische oder elektronische Bauelemente, angeordnet und mechanisch befestigt sind. Dabei sind die Leiterbahnen auf dem Kühlkörper kaltgasgespritzt.
- Beispielsweise sind die Leiterbahnen auf einer in der axialen Richtung gerichteten Oberfläche des Kühlkörpers kaltgasgespritzt.
- Die Antriebsanordnung bzw. die Leistungselektronikschaltung umfasst beispielsweise ferner eine elektrisch isolierende Isolationsschicht, welche zwischen dem Kühlkörper und den Leiterbahnen angeordnet ist. In diesem Fall sind die Leiterbahnen auf einer von dem Kühlkörper abgewandten Oberfläche der Isolationsschicht kaltgasgespritzt.
- Kurze Beschreibung der Zeichnung:
- Im Folgenden wird eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 in einer schematischen Darstellung eine Antriebsanordnung eines Hybridelektrofahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und -
2 in einer schematischen Querschnittdarstellung eine Leistungselektronikschaltung und einen Kühlkörper der in1 dargestellten Antriebsanordnung. - Detaillierte Beschreibung der Zeichnung:
-
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Antriebsanordnung AA eines Hybridelektrofahrzeugs. - Die Antriebsanordnung AA umfasst einen Verbrennungsmotor VM zum Antrieb des Hybridelektrofahrzeugs, einen Kurbelwellen-Starter-Generator SG zum Starten des Verbrennungsmotors VM und zum Generieren elektrischer Energie bei einem Bremsvorgang des Hybridelektrofahrzeugs. Der Kurbelwellen-Starter-Generator SG ist zur Übertragung des Drehmoments an den Verbrennungsmotor VM über eine Rotorwelle mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM mechanisch gekoppelt.
- Der Kurbelwellen-Starter-Generator SG umfasst einen Kühlkörper KK mit Kühlkanälen KN zum Kühlen der Leistungselektronik. Der Kühlkörper KK kann ferner zur Kühlung des Kurbelwellen-Starter-Generators SG bzw. eines Stator des Kurbelwellen-Starter-Generators SG eingerichtet sein.
- Die Antriebsanordnung AA umfasst ferner eine Leistungselektronikschaltung LS, beispielsweise einen Wechselrichter bzw. eine Leistungsendstufe des Wechselrichters, zum Betreiben des Kurbelwellen-Starter-Generators SG.
- Die Antriebsanordnung AA umfasst ferner ein Getriebe GT zur Übersetzung zwischen einer Antriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors VM und einer Abtriebsdrehzahl der Antriebsanordnung AA.
- Die Antriebsanordnung AA umfasst zudem eine steuerbare mechanische Kupplung KP, welche bei Bedarf von einem externen Steuersignal angesteuert das Getriebe GT mit dem Kurbelwellen-Starter-Generator SG bzw. dem Verbrennungsmotor VM zur Drehmomentübertragung mechanisch koppelt.
- Dabei sind der Verbrennungsmotor VM, der Kurbelwellen-Starter-Generator SG, der Kühlkörper KK des Kurbelwellen-Starter-Generators SG, die Leistungselektronikschaltung LS, die Kupplung KP und das Getriebe GT in axialer Richtung AR der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors VM betrachtet hintereinander angeordnet. Damit ist die Leistungselektronikschaltung LS axial in einem Bauraum zwischen dem Kurbelwellen-Starter-Generator SG und dem Getriebe GT integriert.
- Die Leistungselektronikschaltung LS weist beispielsweise eine ringförmige oder ringsegmentförmige Grundfläche auf und ist als axiale Verlängerung des Kurbelwellen-Starter-Generators SG bzw. des Kühlkörpers KK auf dem Kühlkörper KK platziert.
- Zur Kopplung mit einem in der Figur nicht dargestellten elektrischen Energiespeicher ist an der Leistungselektronikschaltung LS eine in der Figur nicht dargestellte allgemein bekannte Schnittstelle zur Übertragung eines Betriebsstromes implementiert. Die Einbindung in das Bordnetz des Hybridelektrofahrzeugs zur Steuerung des Kurbelwellen-Starter-Generators SG erfolgt über eine weitere in der Figur nicht dargestellte allgemein bekannte Schnittstelle. Auch die Kühlkanäle KN des Kühlkörpers KK weisen eine allgemein bekannte Schnittstelle zur Integration an einem Kühlsystem des Hybridelektrofahrzeugs zur Aufnahme und Abgabe von Kühlflüssigkeit zur Kühlung des Kurbelwellen-Starter-Generators SG und der Leistungselektronikschaltung LS auf.
-
2 zeigt in einer schematischen Querschnittdarstellung die Leistungselektronikschaltung LS sowie den Kühlkörper KK des Kurbelwellen-Starter-Generators SG. - Der Kühlkörper KK weist auf einer in der axialen Richtung AR gerichteten Oberfläche OF eine Isolationsschicht IS aus einem allgemein bekannten elektrisch isolierenden Material auf.
- Auf einer von dem Kühlkörper KK abgewandten Oberfläche der Isolationsschicht IS sind Leiterbahnen LB der Leistungselektronikschaltung LS ausgebildet. Dabei sind die Leiterbahnen LB auf der Isolationsschicht IS kaltgasgespritzt.
- Auf einer von der Isolationsschicht IS abgewandten Oberfläche der jeweiligen Leiterbahnen LB weist die Leistungselektronikschaltung LS elektrische bzw. elektronische Bauelemente EB auf, welche auf den jeweiligen Leiterbahnen LB verlötet sind.
- In der konkreten, beispielhaften Darstellung der
1 umfasst die Leistungselektronikschaltung LS ferner eine Moldmasse aus einem elektrisch isolierenden und thermisch leitenden Duroplast, welche auf den Leiterbahnen LB und den elektrischen bzw. elektronischen Bauelementen EB spritzgegossen sind und als Gehäuse für die Leistungselektronikschaltung LS dienen. - Der Kühlkörper KK dient somit als Schaltungsträger ST der Leistungselektronikschaltung LS und zugleich zur Kühlung sowohl des Kurbelwellen-Starter-Generators SG als auch der Leistungselektronikschaltung LS.
- Auf diesem Kühlkörper KK sind die Leiterbahnen LB entsprechend im Kaltgas-Spritzverfahren angebracht. Der Kühlkörper KK als Wärmesenke wird Zwecks Steigerung der Effizienz von Wasser durchströmt. Auf den Leiterbahnen LB werden die elektrischen bzw. elektronischen Bauteile EB platziert und durch Löten mit den Leiterbahnen LB mechanisch, thermisch sowie elektrisch kontaktiert.
- Bedingt durch den durchgängig stoffschlüssigen Aufbau von den elektrischen bzw. elektronischen Bauteilen EB bis zur thermischen Senke (Kühlflüssigkeit in Kühlkanälen KN des Kühlkörpers KK) wird ein mechanisch robuster, thermisch optimal angebundener elektrischer Aufbau für die Leistungselektronikschaltung LS realisiert.
- Ein so konstruiertes System ist in der Lage, den gesteigerten Umweltanforderung bedingt durch den gewählten Bauraum gerecht zu werden. Des Weiteren ermöglicht erst die hervorragende thermische Anbindung der elektronischen Komponenten durch einen Schaltungsaufbau im Kalt-Gas Spritzverfahren die erforderlichen hohen Packungsdichten für den gewählten Bauraum. Auf konventionell aufgebaute Leiterplatten oder kostenintensive Sonderkonstruktionen wie Schaltungsträger mit Kupfer-Inlays oder DBC-Substrats Lösungen kann ganz oder mindestens teilweise verzichtet werden. Damit können Kosten eingespart werden.
Claims (8)
- Antriebsanordnung (AA) zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs, umfassend: – einen Verbrennungsmotor (VM); – einen Kurbelwellen-Starter-Generator (SG); – ein Getriebe (GT) zur Übersetzung zwischen einer Antriebsdrehzahl des Verbrennungsmotors (VM) und einer Abtriebsdrehzahl der Antriebsanordnung (AA); – eine Leistungselektronikschaltung (LS) zum Betreiben des Kurbelwellen-Starter-Generators (SG); – wobei die Leistungselektronikschaltung (LS) zwischen dem Verbrennungsmotor (VM) oder dem Kurbelwellen-Starter-Generator (SG) einerseits und dem Getriebe (GT) andererseits angeordnet ist und an dem Kurbelwellen-Starter-Generator (SG) befestigt ist.
- Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 1, wobei die Leistungselektronikschaltung (LS) einen Schaltungsträger (ST) mit Leiterbahnen (LB) umfasst, wobei die Leiterbahnen (LB) auf dem Schaltungsträger (ST) kaltgasgespritzt sind.
- Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leistungselektronikschaltung (LS) als axiale Verlängerung des Kurbelwellen-Starter-Generators (SG) an dem Kurbelwellen-Starter-Generator (SG) implementiert ist.
- Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 3, wobei die Leistungselektronikschaltung (LS) in einer axialen Richtung (AR) der Drehachse einer Rotorwelle des Kurbelwellen-Starter-Generators (SG) betrachtet zwischen dem Kurbelwellen-Starter-Generator (SG) und dem Getriebe (GT) angeordnet ist.
- Antriebsanordnung (AA) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kurbelwellen-Starter-Generator (SG) einen Kühlkörper (KK) aufweist, wobei die Leistungselektronikschaltung (LS) mit dem Kühlkörper (KK) thermisch leitend verbunden ist.
- Antriebsanordnung (AA) nach Ansprüchen 2 und 5, wobei der Kühlkörper (KK) als der Schaltungsträger (ST) ausgebildet ist, wobei die Leiterbahnen (LB) auf dem Kühlkörper (KK) kaltgasgespritzt sind.
- Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 6, wobei die Leiterbahnen (LB) auf einer in der axialen Richtung (AR) gerichteten Oberfläche des Kühlkörpers (KK) kaltgasgespritzt sind.
- Antriebsanordnung (AA) nach Anspruch 6 oder 7, ferner umfassend eine elektrisch isolierende Isolationsschicht, welche zwischen dem Kühlkörper (KK) und den Leiterbahnen (LB) angeordnet ist.
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