DE102019131193A1

DE102019131193A1 - Bordnetzaggregat für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019131193A1
Application number: DE102019131193.4A
Authority: DE
Inventors: Christophe Lafaye; Peter SCHREIVOGEL; Roland Lichtinger; David Bock
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bordnetzaggregat (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend
- eine erste Bordnetzkomponente (2), welche zur Luftkühlung in einem luftdurchströmten Bauraum des Kraftfahrzeugs anordenbar ist,
- eine zweite Bordnetzkomponente (3), welche zum Schutz vor einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung (C1) an einem der Luftströmung (L) abgewandten ersten Bereich (B1) der ersten Bordnetzkomponente (2) angeordnet ist, und
- einen Wärmeübertrager (6), welcher eingangsseitig mit der zweiten Bordnetzkomponente (3) thermisch gekoppelt ist und ausgangsseitig an einem der Luftströmung (L) zugewandten zweiten Bereich (B2) der ersten Bordnetzkomponente (2) angeordnet ist und welcher zur indirekten Kühlung der zweiten Bordnetzkomponente (3) mittels der Luftströmung (L) dazu ausgelegt ist, eine Abwärme der zweiten Bordnetzkomponente (3) von dem der Luftströmung (L) abgewandten ersten Bereich (B1) zu dem der Luftströmung (L) zugewandten zweiten Bereich (B2) zu transportieren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bordnetzaggregat für ein Kraftfahrzeug mit einer ersten Bordnetzkomponente und einer zweiten Bordnetzkomponente. Die Erfindung betrifft außerdem ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Bordnetzaggregate für Kraftfahrzeuge, insbesondere elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, also Hybrid- oder Elektrofahrzeuge. Solche Bordnetzaggregate weisen zumindest zwei Bordnetzkomponenten auf. Beispielsweise kann das Bordnetzaggregat durch eine erste Bordnetzkomponente in Form von einer elektrischen Antriebsmaschine und eine zweite Bordnetzkomponente in Form von einer Steuereinrichtung für die Antriebsmaschine gebildet sein. Zum optimalen Betrieb der Bordnetzkomponenten sind eine Kühlung der Bordnetzkomponenten sowie ein Schutz der Bordnetzkomponenten vor einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung von besonderer Bedeutung. Aus dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, die Bordnetzkomponenten mittels eines aufwändigen Kühlsystems, welches eine Vielzahl von Schläuchen, Pumpen, Ventilen, etc. aufweist, zu kühlen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bordnetzaggregat für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, dessen Bordnetzkomponenten einfach kühlbar und gut vor einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung geschützt sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bordnetzaggregat sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
Ein erfindungsgemäßes Bordnetzaggregat für ein Kraftfahrzeug weist eine erste Bordnetzkomponente, welche zur Luftkühlung in einem luftdurchströmten Bauraum des Kraftfahrzeugs anordenbar ist, und eine zweite Bordnetzkomponente auf, welche zum Schutz vor einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung an einem der Luftströmung abgewandten ersten Bereich der ersten Bordnetzkomponente angeordnet ist. Darüber hinaus weist das Bordnetzaggregat einen Wärmeübertrager auf, welcher eingangsseitig mit der zweiten Bordnetzkomponente thermisch gekoppelt ist und ausgangsseitig an einem der Luftströmung zugewandten zweiten Bereich der ersten Bordnetzkomponente angeordnet ist und welcher zur indirekten Kühlung der zweiten Bordnetzkomponente mittels der Luftströmung dazu ausgelegt ist, eine Abwärme der zweiten Bordnetzkomponente von dem der Luftströmung abgewandten ersten Bereich zu dem der Luftströmung zugewandten zweiten Bereich zu transportieren.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Bordnetzaggregat, wobei der der Luftströmung zugewandte zweite Bereich der ersten Bordnetzkomponente einer Fahrzeugfront zugewandt ist und der der Luftströmung abgewandte erste Bereich der ersten Bordnetzkomponente einem Fahrzeugheck zugewandt ist. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Das Bordnetzaggregat ist dabei in dem luftdurchströmten Bauraum des Kraftfahrzeugs angeordnet und damit bereichsweise der Luftströmung, welche durch einen Fahrtwind während der Fahrt des Kraftfahrzeugs durch das Kraftfahrzeug hindurchtritt, ausgesetzt.
Das Bordnetzaggregat weist die zumindest zwei Bordnetzkomponenten auf. Beispielsweise ist die erste Bordnetzkomponente eine elektrische Antriebsmaschine für das Kraftfahrzeug und die zweite Bordnetzkomponente ist eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der elektrischen Antriebsmaschine. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise eine Leistungselektronik in Form von einem Inverter aufweisen. Auch kann die erste Bordnetzkomponente ein elektrischer Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug sein und die zweite Bordnetzkomponente kann ein elektrisch mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelter Stromrichter sein. Der Energiespeicher kann beispielsweise ein Hochvoltakkumulator sein. Ferner kann die erste Bordnetzkomponente ein Brennstoffzellensystem sein und die zweite Bordnetzkomponente kann ein elektrisch mit dem Brennstoffzellensystem gekoppelter Stromrichter sein.
Die erste Bordnetzkomponente weist dabei den der Luftströmung abgewandten ersten Bereich, eine sogenannte Leeseite, und den der Luftströmung zugewandten zweiten Bereich, eine sogenannte Luvseite, auf. Die erste Bordnetzkomponente ist also durch die Luftströmung kühlbar, indem die Luft auf den zweiten Bereich auftrifft und dabei Abwärme der ersten Bordnetzkomponente abtransportiert. Dieser zweite Bereich ist jedoch auch einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung bzw. Krafteinwirkung, beispielsweise bei einem Frontalcrash des Kraftfahrzeugs, ausgesetzt. Daher ist die zweite Bordnetzkomponente, welche insbesondere empfindliche elektronische Bauteile aufweist, an dem ersten Bereich der ersten Bordnetzkomponente angeordnet und wird somit durch die erste Bordnetzkomponente vor der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung geschützt. Da sich der erste Bereich der ersten Bordnetzkomponente jedoch auch abseits der Luftströmung befindet, kann die zweite Bordnetzkomponente nicht direkt mittels der Luftströmung gekühlt werden. Die zweite Bordnetzkomponente ist also sowohl im Windschatten als auch im „Crashschatten“ der ersten Bordnetzkomponente angeordnet.
Um die Abwärme der zweiten Bordnetzkomponente auch über die Luftströmung abführen zu können, weist das Bordnetzaggregat zusätzlich den Wärmeübertrager auf. Der Wärmeübertrager kann beispielsweise eine Heatpipe bzw. ein Wärmerohr aufweisen. Der Wärmeübertrager ist dazu ausgelegt, einen Wärmeübertragungspfad von seiner Eingangsseite, welche mit der zweiten Bordnetzkomponente gekoppelt ist, in Richtung des zweiten Bereichs der ersten Bordnetzkomponente auszubilden. Die Abwärme der zweiten Bordnetzkomponente wird also über den Wärmeübertrager transportiert, dessen Ausgangsseite beispielsweise anliegend an dem zweiten Bereich oder benachbart zu dem zweiten Bereich der ersten Bordnetzkomponente angeordnet ist. So können beide Bordnetzkomponenten, ohne Vorsehen eines aufwändigen Kühlsystems, mittels Luftkühlung gekühlt werden, wobei die erste Bordnetzkomponente direkt mittels der Luftkühlung gekühlt wird und die zweite Bordnetzkomponente indirekt mittels der Luftkühlung gekühlt wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist der Wärmeübertrager zumindest ein erstes Wärmeübertragungselement, welches thermisch mit der zweiten Bordnetzkomponente gekoppelt ist und sich entlang des der Luftströmung abgewandten ersten Bereichs quer zu einer Strömungsrichtung der Luftströmung erstreckt, und zumindest ein zweites Wärmeübertragungselement auf, welches thermisch mit dem ersten Wärmeübertragungselement gekoppelt ist, sich entlang der Strömungsrichtung von dem ersten Bereich in Richtung des zweiten Bereichs erstreckt und die über das zumindest eine erste Wärmeübertragungselement transportierte Abwärme der zweiten Bordnetzkomponente an die Luftströmung abgibt. Insbesondere ist das zumindest eine erste Wärmeübertragungselement eine Heatpipe und das zumindest eine zweite Wärmeübertragungselement ist eine Kühlrippenanordnung. Der Wärmeübertrager weist also eine abgewinkelte Form auf und leitet die Wärme über Eck von der sich im Windschatten der ersten Bordnetzkomponente befindlichen zweiten Bordnetzkomponente in Richtung des zweiten Bereichs der ersten Bordnetzkomponente.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Bordnetzaggregat vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt die einzige Figur 1 eine schematische Darstellung eines Bordnetzaggregats 1.
Das Bordnetzaggregat 1 kann in einem hier nicht gezeigten elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug angeordnet sein. Das Bordnetzaggregat 1 weist eine erste Bordnetzkomponente 2 und eine zweite Bordnetzkomponente 3 auf. Die erste Bordnetzkomponente 2 ist hier als eine elektrische Antriebsmaschine 4 für das Kraftfahrzeug ausgebildet und die zweite Bordnetzkomponente 3 ist hier als eine Steuereinrichtung 5 für die elektrische Antriebsmaschine 4 ausgebildet. Die Antriebsmaschine 4 ist derart angeordnet, dass eine Maschinen-Achse A senkrecht zu einer Fahrtrichtung F des Kraftfahrzeugs orientiert ist. Außerdem ist die Antriebsmaschine 4 in einer entlang der Fahrtrichtung F orientierten Luftströmung L angeordnet und so mittels der Luftströmung L kühlbar. Die erste Bordnetzkomponente 2, hier die Antriebsmaschine 4, weist dabei einen der Luftströmung L abgewandten ersten Bereich B1 und einen der Luftströmung L zugewandten zweiten Bereich B2 auf. Auf den zweiten Bereich B2 trifft die Luftströmung L zum Kühlen der Antriebsmaschine 4 auf. Der zweite Bereich B2 ist jedoch auch einer ersten unfallbedingten Kraftbeaufschlagung C1, beispielsweise infolge eines Frontalcrashs, ausgesetzt.
Der erste Bereich B1 ist der Luftströmung L nicht ausgesetzt, ist aber dadurch auch der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung C1 nicht ausgesetzt. An diesem ersten Bereich B1 ist die zweite Bordnetzkomponente 3 angeordnet und befindet sich somit im Windschatten und im „Crashschatten“ der ersten Bordnetzkomponente 2. Auch vor einer zweiten unfallbedingten Kraftbeaufschlagung C2, beispielsweise infolge eines Seitencrashs, ist die zweite Bordnetzkomponente 3 geschützt. Die zweite Bordnetzkomponente 3 produziert im Betrieb Abwärme, welche abgeführt werden soll. Da der erste Bereich B1 der ersten Bordnetzkomponente 2 nicht der Luftströmung L ausgesetzt ist, kann die zweite Bordnetzkomponente 3 nicht direkt mittels der Luftströmung L gekühlt werden. Daher weist das Bordnetzaggregat 1 zusätzliche einen Wärmeübertrager 6 auf, welcher dazu ausgelegt ist, die Abwärme der zweiten Bordnetzkomponente 3 von dem ersten Bereich B1 in Richtung des zweiten Bereichs B2 zu transportieren. Der Wärmeübertrager 6 transportiert die Abwärme der zweiten Bordnetzkomponente 2 also aus dem Windschatten hinaus zu einem Bereich, welcher der Luftströmung L zugewandt ist.
Der Wärmeübertrager 6 weist hier ein erstes Wärmeübertragungselement 6a in Form von einer Heatpipe 7 auf, welche hier außerdem einen Träger für Bauteile der zweiten Bordnetzkomponente 3 ausbildet. Durch die Heatpipe 7 wird die Abwärme von der zweiten Bordnetzkomponente 3 entlang der Maschinen-Achse A senkrecht zur Luftströmung L zu einem Seitenbereich 8 der Antriebsmaschine 4 transportiert. Dort ist die Heatpipe 7 mit einem zweiten Wärmeübertragungselement 6b in Form von einer Kühlrippenanordnung 9 bestehend aus mehreren übereinander angeordneten, und entlang der Luftströmung L orientierten Kühlrippen 10 thermisch gekoppelt. Die Kühlrippen 10 sind an dem Seitenbereich 8 angeordnet und stehen an dem zweiten Bereich B2 der ersten Bordnetzkomponente 2 über. Dort geben die Kühlrippen 10 die Abwärme an die Luftströmung L ab. Durch den Wärmeübertrager 6 kann die zweite Bordnetzkomponente 3 auf einfache Weise gekühlt werden und gleichzeitig im Crashschatten der ersten Bordnetzkomponente 2 angeordnet sein.

Claims

Bordnetzaggregat (1) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend - eine erste Bordnetzkomponente (2), welche zur Luftkühlung in einem luftdurchströmten Bauraum des Kraftfahrzeugs anordenbar ist, - eine zweite Bordnetzkomponente (3), welche zum Schutz vor einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung (C1) an einem der Luftströmung (L) abgewandten ersten Bereich (B1) der ersten Bordnetzkomponente (2) angeordnet ist, und - einen Wärmeübertrager (6), welcher eingangsseitig mit der zweiten Bordnetzkomponente (3) thermisch gekoppelt ist und ausgangsseitig an einem der Luftströmung (L) zugewandten zweiten Bereich (B2) der ersten Bordnetzkomponente (2) angeordnet ist und welcher zur indirekten Kühlung der zweiten Bordnetzkomponente (3) mittels der Luftströmung (L) dazu ausgelegt ist, eine Abwärme der zweiten Bordnetzkomponente (3) von dem der Luftströmung (L) abgewandten ersten Bereich (B1) zu dem der Luftströmung (L) zugewandten zweiten Bereich (B2) zu transportieren.
Bordnetzaggregat (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (6) zumindest eine Heatpipe (7) aufweist.
Bordnetzaggregat (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeübertrager (6) zumindest ein erstes Wärmeübertragungselement (6a), welches thermisch mit der zweiten Bordnetzkomponente (3) gekoppelt ist und sich entlang des der Luftströmung (L) abgewandten ersten Bereichs (B1) quer zur Luftströmung (L) erstreckt, und zumindest ein zweites Wärmeübertragungselement (6b) aufweist, welches thermisch mit dem ersten Wärmeübertragungselement (6a) gekoppelt ist, sich entlang der Luftströmung (L) von dem ersten Bereich (B1) zu dem zweiten Bereich (B2) erstreckt und die über das zumindest eine erste Wärmeübertragungselement (6a) transportierte Abwärme an die Luftströmung (L) abgibt.
Bordnetzaggregat (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Wärmeübertragungselement (6a) eine Heatpipe (7) und das zumindest eine zweite Wärmeübertragungselement (6b) eine Kühlrippenanordnung (9) ist.
Bordnetzaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bordnetzkomponente (2) eine elektrische Antriebsmaschine (4) für das Kraftfahrzeug ist und die zweite Bordnetzkomponente (3) eine Steuereinrichtung (5) zum Ansteuern der elektrischen Antriebsmaschine (4) ist.
Bordnetzaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bordnetzkomponente (2) ein elektrischer Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug ist und die zweite Bordnetzkomponente (3) ein elektrisch mit dem elektrischen Energiespeicher gekoppelter Stromrichter ist.
Bordnetzaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bordnetzkomponente (2) ein Brennstoffzellensystem ist und die zweite Bordnetzkomponente (3) ein elektrisch mit dem Brennstoffzellensystem gekoppelter Stromrichter ist.
Kraftfahrzeug mit zumindest einem Bordnetzaggregat (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der der Luftströmung (L) zugewandte zweite Bereich (B2) der ersten Bordnetzkomponente (2) einer Fahrzeugfront zugewandt ist und der der Luftströmung (L) abgewandte erste Bereich (B1) der ersten Bordnetzkomponente (2) einem Fahrzeugheck zugewandt ist.