DE102021005381A1 - Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit zumindest einer in einem Vorbau angeordneten elektrischen Antriebseinheit und einen zum Betrieb der Antriebseinheit an einem Fahrzeugboden angeordneten elektrischen Energiespeicher. Erfindungsgemäß ist das Fahrzeug gekennzeichnet durch- ein im Vorbau angeordnetes und als Powerbox (2) ausgeführtes Modul, in welchem Ladekomponenten und Spannungswandler (10) angeordnet sind,- ein in einem Mitteltunnel angeordnetes und als Kontaktbox (1) ausgeführtes weiteres Modul, in welchem eine Steuereinheit des elektrischen Energiespeichers sowie elektrische Leitungen zumindest zur Verbindung der Ladekomponenten mit dem elektrischen Energiespeicher angeordnet sind, wobei die Kontaktbox (1) im Anschlussbereich an die Powerbox (2) zumindest eine Sollbruchstelle aufweist und die Kontaktbox (1) ein Verbindungselement der Powerbox (2) mit dem elektrischen Energiespeicher bildet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit zumindest einer in einem Motorraum angeordneten elektrischen Antriebseinheit und einen zum Betrieb der Antriebseinheit an einem Fahrzeugboden angeordneten elektrischen Energiespeicher.
  • Aus der US 2021/0221239 A1 ist eine Elektrofahrzeugstruktur bekannt. Die Elektrofahrzeugstruktur umfasst ein Bodenblech; einen Mitteltunnel, der sich entlang einer Fahrzeugfront-Heck-Richtung in einer Mitte des Bodenbleches erstreckt und von dem Bodenblech nach oben vorsteht; ein Paar Schweller, wobei die Schweller jeweils an beiden Enden des Bodenbleches in Fahrzeugbreitenrichtung angeordnet sind; einen Querträger, der sich von einem Schweller zu dem anderen Schweller auf dem Bodenblech und dem Mitteltunnel erstreckt; einen Batteriesatz, der unter dem Bodenblech und dem Mitteltunnel angeordnet ist; und ein im Mitteltunnel angeordneter elektrischer Kabelsatz.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit und einem an einem Fahrzeugboden angeordneten elektrischen Energiespeicher anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Fahrzeug weist zumindest eine in einem Vorbau angeordnete elektrische Antriebseinheit und einen zum Betrieb der Antriebseinheit an einem Fahrzeugboden angeordneten elektrischen Energiespeicher auf. Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug zudem ein im Vorbau angeordnetes und als Powerbox ausgeführtes Modul, in welchem Ladekomponenten und Spannungswandler angeordnet sind, und ein in einem Mitteltunnel angeordnetes und als Kontaktbox ausgeführtes weiteres Modul auf, in welchem eine Steuereinheit des elektrischen Energiespeichers sowie elektrische Leitungen, zumindest zur Verbindung der Ladekomponenten mit dem elektrischen Energiespeicher, angeordnet sind. Dabei weist die Kontaktbox im Anschlussbereich an die Powerbox zumindest eine Sollbruchstelle auf und die Kontaktbox bildet ein Verbindungselement der Powerbox mit dem elektrischen Energiespeicher.
  • Eine derartige Anordnung von Kontaktbox und Powerbox ermöglicht eine batterienahe Unterbringung dieser Komponenten, ohne dass eine Sitzposition im Fondbereich des Fahrzeuges beeinträchtigt wird. Zudem kann durch diese Anordnung ein Absenken einer Dachlinie des Fahrzeuges, beispielsweise zur aerodynamischen Optimierung und/oder aus Designgründen ermöglicht werden.
  • Weiterhin ist mittels einer solchen Anordnung eine Kühlung der Kontaktbox und der Powerbox möglich, so dass die Kühlung optimiert werden kann, wobei ein Kühlkreislauf vereinfacht werden kann.
  • Mittels dieser Anordnung können Kosten des Fahrzeuges verringert werden und durch einen Aufbau der Kontaktbox und der Powerbox kann eine Variantenvielfalt, insbesondere in Bezug auf verschiedene Fahrzeugtypen verringert werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • 1 schematisch eine perspektivische teiltransparente Explosionsdarstellung einer Kontaktbox und
    • 2 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Powerbox bei einem Aufsetzen einer Abdeckhaube.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine perspektivische teiltransparente Explosionsdarstellung einer Kontaktbox 1 als ein Modul eines nicht näher dargestellten Fahrzeuges und in 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Powerbox 2 als weiteres Modul des Fahrzeuges bei einem Aufsetzen einer Abdeckhaube 3 gezeigt. Ein nicht näher gezeigter elektrischer Energiespeicher zum Betrieb der elektrischen Antriebseinheit ist üblicherweise im Bereich B eines Fahrzeugbodens, insbesondere eines sogenannten Hauptbodens, angeordnet.
  • Im Allgemeinen ist bekannt, dass bei einem Fahrzeug mit zumindest einer elektrischen Antriebseinheit, insbesondere ein Elektrofahrzeug, sogenannte Hochvolt-Elektrik-/ Elektronikkomponenten vereinzelt im Fahrzeug angeordnet sind. Daraus resultiert ein vergleichsweise hoher Aufwand bei einer Verkabelung und einer Kühlung. Zudem wird durch ein nicht näher dargestelltes separates Gehäuse einer jeweiligen Komponente zusätzliches Gewicht ins Fahrzeug eingebracht, welches sich auf ein Fahrzeuggewicht und somit auf einen Verbrauch elektrischer Energie und gegebenenfalls auf einen Verbrauch von Kraftstoff, z.B. bei einem Hybridfahrzeug, auswirkt.
  • Im Folgenden wird eine kompakte Einheit beschrieben, welche ermöglicht, Kosten und Gewicht des Fahrzeuges zu optimieren, insbesondere zu verringern.
  • Die kompakte Einheit wird von der Kontaktbox 1 und der Powerbox 2 gebildet, wobei die Kontaktbox 1 ein Verbindungselement der Powerbox 2 mit dem elektrischen Energiespeicher bildet. Über die Kontaktbox 1 erfolgt also eine elektrische Kontaktierung mit dem elektrischen Energiespeicher. Dabei ist die Kontaktbox 1 in einem Mitteltunnel des Fahrzeuges angeordnet und über eine Tunnelabdeckung zugänglich.
  • In der Kontaktbox 1 sind weitestgehend alle direkten Hochvolt-Abgänge, sogenannte Stromschienen 4, angeordnet geführt, wobei in der Kontaktbox 1 ebenfalls eine Steuerung des elektrischen Energiespeichers untergebracht ist.
  • Die Kontaktbox 1 weist ein mittels Strich-Punkt-Linie dargestelltes Gehäuse 5 auf, in dem Schütze 6, also elektrische und/oder elektromagnetische Schalter und zumindest ein Kühlelement 7 in Form einer Kühlplatte angeordnet sind, wobei das Gehäuse 5 mittels einer weiteren Abdeckhaube 8 verschließbar ist. Dabei ist in einem vorgegebenen Bereich B des Gehäuses 5 eine Sollbruchstelle eingebracht, so dass eine elektrische Verbindung zwischen der Kontaktbox 1 und der Powerbox 2, insbesondere im Kollisionsfall des Fahrzeuges getrennt werden kann.
  • Das Gehäuse 5 weist eine Anzahl von Aussparungen A auf, die jeweils mittels einer Serviceklappe 9 verschließbar sind. Auch die weitere Abdeckhaube 8 weist eine solche mittels einer Serviceklappe 9 verschließbare Aussparung A auf. Die jeweilige Serviceklappe 9 ist z. B. insbesondere mittels einer Anzahl von nicht näher gezeigten Schrauben an dem Gehäuse 5 sowie der weiteren Abdeckhaube 8 verschraubbar. Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige Serviceklappe 9 auch über eine andere geeignete, insbesondere zerstörungsfrei, lösbare Verbindung an dem Gehäuse 5 und der weiteren Abdeckhaube 8 befestigt sein. Über die Serviceklappen 9 kann eine vergleichsweise schnelle Trennung der elektrischen Verbindung zwischen der Kontaktbox 1 und dem elektrischen Energiespeicher erfolgen. Eine Zugänglichkeit über eine Tunnelabdeckung erfolgt insbesondere über einen Innenraum des Fahrzeuges.
  • Eine derart ausgebildete Kontaktbox 1 ist im Wesentlichen baureihenübergreifend ausgebildet, so dass konstruktionsbedingte Änderungen weitestgehend ausgeschlossen werden können.
  • Die in 2 gezeigte Powerbox 2 enthält alle Ladekomponenten, insbesondere eine Ladeelektronik, zum Laden und Entladen des elektrischen Energiespeichers. Zudem sind Spannungswandler 10, z.B. für Komponenten eines autonomen Fahrbetriebes, in der Powerbox 2 angeordnet, wobei ein Umrichter für die elektrische Antriebseinheit nicht in der Powerbox 2 angeordnet ist.
  • Insbesondere sind in der Powerbox 2 ein weiteres Kühlelement 11, ebenfalls in Form einer Kühlplatte, und eine Anzahl verschiedener Anschlusselemente 12, insbesondere zur Kühlung und zur elektrischen Verbindung, vorhanden. Auch hier weist die Abdeckhaube 3 eine Aussparung A auf, welche mittels einer Serviceklappe 9 verschließbar ist.
  • Denkbar ist beispielsweise, dass eine Ladeleistung eines sogenannten Onboard-Laders 13 angepasst wird, indem verschiedene Varianten einer solchen Powerbox 2 verbaut werden, wobei Grundabmessungen der Powerbox 2 im Wesentlichen dieselben sind.
  • Ein solches Tunnelkonzept umfasst die beiden kompakten Module in Form der Kontaktbox 1 und der Powerbox 2 für alle Hochvolt-Elektrik-/Elektronikkomponenten. Dabei ist die Kontaktbox 1 derart gestaltet, dass diese in jedem Fahrzeug, insbesondere in einem Tunnelbauraum, welcher nicht verbrennerabhängig ist, angeordnet werden kann.
  • Somit können Kosten und eine Variantenvielfalt verringert werden. Dabei beinhalten die Elektrik-/Elektronikkomponenten alle wichtigen Komponenten, insbesondere eine Steuerung, Sicherungen und eine Strombereitstellung, für den elektrischen Energiespeicher.
  • Die Powerbox 2 ist im Vorbau des Fahrzeuges angeordnet, welcher fahrzeugspezifisch ausgebildet ist. Dadurch ist es erforderlich, die Powerbox 2 bauraumspezifisch an das jeweilige Fahrzeug anzupassen. Elektrik-/Elektronik-Umfänge, insbesondere die Ladekomponenten und Spannungswandler 10, sind dabei eher auf das jeweilige Fahrzeug und seine Hochvolt-Verbraucher zugeschnitten. So kann die Powerbox 2 auch „maßgeschneidert“ ausgeführt sein. Ist z. B. eine geringe Ladeleistung vorgesehen, kann der Onboard-Lader 13 geringere Abmessungen aufweisen. Die Spannungswandler 10 können beispielsweise entfallen, wenn kein automatisierter, insbesondere autonomer Fahrbetrieb des Fahrzeuges vorgesehen ist. Die Powerbox 2 als weiteres Modul kann also modellspezifisch und/oder kundenspezifisch angepasst werden.
  • Insbesondere kann die Powerbox 2 bei einem als SUV ausgeführten Fahrzeug höher und schmaler ausgebildet sein, wohingegen die Powerbox 2 bei einem als Limousine oder Kombinationskraftwagen ausgeführtem Fahrzeug flacher und breiter ausgebildet sein kann.
  • Die beiden Module stellen also zwei kompakte Boxen dar, die alle Elektrik-/Elektronik-Umfänge enthalten, um eine Leitungsanzahl zu verringern und die Kühlung zu optimieren. Eine Kostenreduktion kann insbesondere aufgrund eines geringeren Kontaktierungsaufwandes erzielt werden, wobei ein Kühlungsbedarf durch ein kompaktes Zusammenfassen in die jeweilige Box verringert werden kann. Mittels der Kontaktbox 1 und der Powerbox 2 kann also eine Komplexität des Fahrzeuges verringert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2021/0221239 A1 [0002]

Claims (2)

  1. Fahrzeug mit zumindest einer in einem Vorbau angeordneten elektrischen Antriebseinheit und einen zum Betrieb der Antriebseinheit an einem Fahrzeugboden angeordneten elektrischen Energiespeicher, gekennzeichnet durch - ein im Vorbau angeordnetes und als Powerbox (2) ausgeführtes Modul, in welchem Ladekomponenten und Spannungswandler (10) angeordnet sind, - ein in einem Mitteltunnel angeordnetes und als Kontaktbox (1) ausgeführtes weiteres Modul, in welchem eine Steuereinheit des elektrischen Energiespeichers sowie elektrische Leitungen zumindest zur Verbindung der Ladekomponenten mit dem elektrischen Energiespeicher angeordnet sind, wobei die Kontaktbox (1) im Anschlussbereich an die Powerbox (2) zumindest eine Sollbruchstelle aufweist und die Kontaktbox (1) ein Verbindungselement der Powerbox (2) mit dem elektrischen Energiespeicher bildet.
  2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Kontaktbox (1) eine Anzahl von Serviceklappen (9) zur elektrischen Trennung der Kontaktbox (1) von dem elektrischen Energiespeicher aufweist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20210221239A1 (en) 2020-01-17 2021-07-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Electric vehicle structure

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