DE102021126411A1

DE102021126411A1 - Elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug, sowie Hochvoltantriebssystem für ein Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102021126411A1
Application number: DE102021126411.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Barth; Nikolaus Mayer; Andreas Süss
Original assignee: BPW Bergische Achsen KG
Current assignee: BPW Bergische Achsen KG
Priority date: 2021-10-12
Filing date: 2021-10-12
Publication date: 2023-04-13
Also published as: WO2023062034A1

Abstract

Vorgeschlagen wird ein elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug,mit jeweils links und rechts der Fahrzeugmitte angeordneten Längsträgern (21, 22),mit einem auf den Längsträgern (21, 22) abgestützten Fahrzeugaufbau, der zweiteilig aufgebaut ist aus einer Fahrerkabine und einem in Fahrzeuglängsrichtung hinter einer Rückwand der Fahrerkabine angeordneten Nutzbereich,mit elektrischen Antriebsmotoren für den Antrieb mindestens eines linken und eines rechten Fahrzeugrades, wobei die Antriebsmotoren und Fahrzeugräder über eine Fahrzeugfederung gegen die Längsträger abgestützt sind,mit einer Verteilerbox (31) mit einem Gehäuse (33) bestehend aus einem Boden (41), einem Deckel (42) und vier sich dazwischen erstreckenden Wänden, mit außen an dem Gehäuse (33) getrennt angeordneten elektrischen Anschlüssen (72, 71) für den Anschluss von Batterien und für den Anschluss einer elektrischen Spannungsversorgung der Antriebsmotoren.Gekennzeichnet ist das Nutzfahrzeug dadurch, dass das Gehäuse (33) von größerer horizontaler als vertikaler Erstreckung ist, sich in Fahrzeuglängsrichtung mit dem überwiegenden Teil seiner horizontalen Erstreckung vor der Rückwand der Fahrerkabine befindet, und vollständig in einem Bereich quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist, der sich zwischen den Innenseiten (23) der Längsträger (21, 22) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug, mit

- einem Chassis aus jeweils links und rechts der Fahrzeugmitte angeordneten Längsträgern mit jeweils einer Oberseite, einer Unterseite, einer zur Fahrzeugmitte gerichteten Innenseite und einer nach Fahrzeugaußen gerichteten Außenseite,
- einem auf dem Chassis abgestützten Fahrzeugaufbau, der zweiteilig aufgebaut ist aus einer Fahrerkabine und einem in Fahrzeuglängsrichtung hinter einer Rückwand der Fahrerkabine angeordneten Nutzbereich,
- elektrischen Antriebsmotoren für den Antrieb mindestens eines linken und eines rechten Fahrzeugrades, wobei die Antriebsmotoren und Fahrzeugräder über eine Fahrzeugfederung gegen die Längsträger abgestützt sind,
- einer Verteilerbox mit einem Gehäuse bestehend aus einem Boden, einem die Verteilerbox nach oben verschließenden Deckel und vier sich zwischen Boden und Deckel erstreckenden Wänden, mit außen an dem Gehäuse getrennt angeordneten elektrischen Anschlüssen für den Anschluss von Batterien und für den Anschluss einer elektrischen Spannungsversorgung der Antriebsmotoren.

Aus der DE 10 2019 122 726 A1 ist eine Verteilerbox bekannt, die die elektrische Schaltzentrale in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug bildet. Erste Anschlüsse dienen dem Verbinden der Verteilerbox mit dem Hochvolt-Bordnetz eines Kraftfahrzeugs. Über einen weiteren Anschluss ist die Verteilerbox mit den Batteriezellen des Fahrzeugs verbunden. Ein Minus-Pfad verbindet die Minuspole der einzelnen Schnittstellen, und ein Plus-Pfad die jeweiligen Pluspole. Eine Trenneinrichtung, die z. B. aus Schaltschützen bestehen kann, dient in Notfallsituationen dem Unterbrechen von Stromkreisen zwischen den Schnittstellen in der Verteilerbox. Dadurch sollen vor allem Schäden durch Sekundärlichtbögen reduziert werden.
Auch aus der DE 20 2014 102 609 U1 ist eine in einem rechteckigen Gehäuse zusammengefasste, elektrische Verteilerbox für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bekannt. Aus dem Gehäuse der Verteilerbox führen Hochvoltanschlüsse und Niedervoltanschlüsse heraus. Das Gehäuse besteht aus einem Unterteil, welches auch die vier Gehäuseseiten umfasst, sowie einem eigenständigen Deckel, welcher die Verteilerbox nach oben abschließt und bedeckt. Im Bereich des umlaufenden Spalts zwischen dem Gehäuseunterteil und dem Deckel ist außen um das Gehäuse herum eine elektrische Überwachungsschleife angeordnet, um so bei einem Öffnen der Verteilerbox einer Gefährdungssituation durch die hohen Stromstärken vorzubeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Nutzfahrzeug, welches mit einer elektrischen Verteilerbox als Schaltzentrale des elektrischen Fahrzeugantriebs versehen ist, die Zugänglichkeit zu den teils mit hohen Stromstärken betriebenen elektrischen Bauteilen und Komponenten innerhalb der Verteilerbox zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf die erleichterte Durchführung notwendiger Kontroll- und Servicearbeiten.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
Gekennzeichnet ist dieses Nutzfahrzeug durch eine elektrische Verteilerbox, deren Gehäuse von einer größeren horizontalen als vertikalen Erstreckung ist, sich in Fahrzeuglängsrichtung mit dem überwiegenden Teil seiner horizontalen Erstreckung vor der Rückwand der Fahrerkabine befindet, und vollständig in einem Bereich quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist, der sich zwischen den Innenseiten der Längsträger befindet.
Diese Lösung macht sich den Umstand zunutze, dass die Hauptbestandteile eines Nutzfahrzeugchassis häufig zwei zueinander parallele Längsträger sind. Zwischen den beiden Längsträgern befindet sich häufig ein ungenutzter Freiraum. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn sich der betreffende Längsabschnitt des Nutzfahrzeugs im Übergang zwischen dem rückwärtigen Teil der Fahrerkabine und dem dahinter beginnenden Nutz- bzw. Ladebereich des Fahrzeugs befindet.
Eben dieser Freiraum bietet erfindungsgemäß Platz zur Aufnahme der Verteilerbox, die gleichsam die Schaltzentrale des elektrischen Fahrzeugantriebs ist. Um den Raum zwischen den beiden Längsträgern bestmöglich auszunutzen, ist das Gehäuse der Verteilerbox von einer größeren horizontalen als vertikalen Erstreckung und außerdem vollständig in einem Bereich quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet, der sich zwischen den einander zugewandten Innenseiten der beiden Längsträger befindet.
Das Gehäuse der Verteilerbox befindet sich mit dem überwiegenden Teil seiner horizontalen Längserstreckung vor der Rückwand der Fahrerkabine. Zwar befindet sich das Gehäuse der Verteilerbox dadurch zumindest mit einem großen Teil seiner Länge direkt unter der Fahrerkabine und wird von dieser praktisch nach oben abgedeckt und verdeckt, jedoch ist dies kein Nachteil. Denn üblicherweise sind derartige Fahrzeug-Bautypen zweiteilig aufgebaut und umfassen in Anordnung hintereinander eine Fahrerkabine sowie einen in Fahrzeuglängsrichtung hinter der Rückwand dieser Fahrerkabine angeordneten Nutz- bzw. Ladebereich. Die Fahrerkabine wiederum ist bei diesem Fahrzeugtyp um eine in Fahrzeugquerrichtung angeordnete Achse schwenkbar. Sie kann daher als Ganzes in Fahrtrichtung nach vorne geschwenkt werden, wodurch dann der Bereich um die Verteilerbox von oben her frei zugänglich wird, z. B. für die Durchführung von Servicearbeiten.
Bevorzugte Ausgestaltungen des elektrisch angetriebenen Nutzfahrzeugs sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit einer Ausgestaltung wird zwecks der optimalen Raumausnutzung vorgeschlagen, dass der Deckel des Gehäuses in einer Ebene oberhalb der Oberseiten der Längsträger angeordnet ist, und dass der Boden des Gehäuses in einer Ebene tiefer als die Unterseiten der Längsträger, oder in einer Ebene zwischen den Oberseiten und Unterseiten angeordnet ist.
Mit einer weiteren Ausgestaltung wird ebenfalls zwecks der optimalen Raumausnutzung vorgeschlagen, dass die Erstreckung des Gehäuses quer zur Fahrzeuglängsrichtung geringer ist, als der kleinste Abstand zwischen den beiden Längsträgern. Von Vorteil ist insbesondere, wenn die Erstreckung des Gehäuses quer zur Fahrzeuglängsrichtung maximal 40 mm geringer ist, als der kleinste Abstand zwischen den beiden Längsträgern.
Vorzugsweise ist die Verteilerbox lösbar zwischen den Längsträgern angeordnet, wodurch sie im Fall von Service- oder Wartungsarbeiten komplett entnommen werden kann, so dass derartige Arbeiten zumindest zu einem Teil auch außerhalb des Nutzfahrzeugs erledigt werden können.
Das Gehäuse der Verteilerbox kann zum Beispiel an mindestens einer Quertraverse befestigt sein, die sich zwischen den Längsträgern erstreckt. Bevorzugt ist in diesem Fall, dass die Verteilerbox ausschließlich an der mindestens einen Quertraverse befestigt ist.
Für eine optimale Zugänglichkeit der elektrischen Kabelverbindungen auch bei vollständig montierter Verteilerbox wird vorgeschlagen, dass einige der elektrischen Anschlüsse aus der rückwärtigen Wand des Gehäuses herausführen, wobei die Achsen dieser Herausführungen oberhalb der Unterseiten der Längsträger angeordnet sind. Auf diese Weise sind die elektrischen Anschlüsse für Servicearbeiten besonders gut zugänglich.
Zur Erzielung besonders kurzer und damit verlustarmer elektrischer Kabelverbindungen innerhalb des Nutzfahrzeugs wird vorgeschlagen, dass alle elektrischen Anschlüsse zum Anschluss der Traktionsbatterien und zum Anschluss der elektrischen Spannungsversorgung der Antriebsmotoren aus der rückwärtigen Wand des Gehäuses herausführen. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn die schweren und eher voluminösen Traktionsbatterien des Nutzfahrzeugs als Batteriepakete in dem eher hinteren Teil des Fahrzeugs angeordnet sind, also vor oder hinter der elektrisch angetriebenen Hinterachse des Fahrzeugs.
Für eine optimale Zugänglichkeit der für Kontroll- und Servicearbeiten besonders wichtigen elektrischen Anschlüsse und Verbindungen selbst bei vollständig montierter Verteilerbox ist eine Ausgestaltung gekennzeichnet durch einen elektrischen Anschluss an der rückwärtigen Wand des Gehäuses zum Anschließen eines elektrischen Servicesteckers, der zur Signalübertragung zwischen der Verteilerbox und einer fahrzeugexternen Kommunikationseinheit ausgebildet ist. Solche Signale können über den Servicestecker zum Beispiel auf ein fahrzeugexternes Auslesegerät oder Diagnosegerät übertragen werden, welches signaltechnisch mit entsprechenden Komponenten in der Verteilerbox kommuniziert. Die externe Kommunikationseinheit kann auch dazu ausgebildet sein, Kontroll- oder Steuersignale oder Einstellsignale an entsprechende Komponenten innerhalb der Verteilerbox zu übertragen, oder auszutauschen.
Eine weitere Ausgestaltung der elektrischen Verteilerbox ist gekennzeichnet durch einen elektrischen Anschluss an der nach fahrzeugvorne weisenden Wand des Gehäuses zum Anschließen eines zu einer fahrzeugexternen Ladestation führenden Ladekabels. Über diese Schnittstelle ist ein Aufladen der Traktionsbatterien an der externen Ladestation möglich.
Zwecks Zugänglichkeit zu den bei Kontroll- und Servicearbeiten besonders wichtigen elektrischen Bauteilen im Inneren der Verteilerbox ist es von Vorteil, wenn der Deckel von dem Gehäuse abnehmbar oder gegenüber dem übrigen Gehäuse verschiebbar, schwenkbar oder aufstellbar ist. Auf diese Weise kann ein Fachmann schnell und ohne größere Montagearbeiten an das Innere der Verteilerbox gelangen, um dort Arbeiten an den elektrischen Bauteilen durchzuführen, oder um dort verbaute elektrische Komponenten auszutauschen.
Um ein Öffnen des Gehäuses zu verhindern, während elektrische Bauteile im Gehäuseinneren noch unter elektrischer Spannung und insbesondere Hochvoltspannung stehen, ist eine Ausgestaltung der Verteilerbox gekennzeichnet durch eine auf ein Lösen oder ein Bewegen des Deckels sensibilisierte Sicherheitsschleife. Die Sicherheitsschleife ist dazu ausgebildet, noch aktive elektrische Stromkreise und insbesondere mit hohen Stromstärken arbeitende Stromkreise zu unterbrechen, herunterzufahren oder anderweitig neutral zu schalten. Als Alternative oder als zusätzliche Schutzmaßnahme kann eine unter dem Deckel angeordnete, das Innere der Verteilerbox vollständig nach oben abdeckende Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material vorhanden sein.
Die Fahrerkabine des erfindungsgemäßen Nutzfahrzeugs ist vorzugsweise schwenkbar um eine in Fahrzeugquerrichtung angeordnete Achse ausgebildet. Wird die gesamte Fahrerkabine um diese Achse herum nach vorne geschwenkt, so wird der Bereich des Nutzfahrzeugs rund um die Verteilerbox insbesondere von oben freigelegt, wodurch sich Service- und Wartungsarbeiten an der Verteilerbox und/oder den daran angebrachten Hochvolt- und Niedervoltanschlüssen besonders leicht durchführen lassen.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Nutzfahrzeugs, bei der an mindestens zwei und vorzugsweise an drei der Hochvoltanschlüsse jeweils eine Traktionsbatterie mit einer Batteriespannung von mindestens 300 V und einer Stromstärke von 200 A (Ampere) oder mehr angeschlossen ist.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Nutzfahrzeugs, bei der eine in der Verteilerbox angeordnete Platine vorhanden ist, auf der als elektrische Bauteile Widerstände, Schütze, Relais und Sicherungen verbaut sind.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Nutzfahrzeugs, bei der die Platine in Schichtung übereinander angeordnete Leiterplatten umfasst, wobei die Leiterbahnen der Leiterplatten zumindest teilweise parallelgeschaltet sind.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Nutzfahrzeugs, bei der auf der Platine mindestens eine Niedervoltplatine verbaut ist, auf der ihrerseits Komponenten eines CAN-Bus verbaut sind, wie z. B. ein CAN-Controller und/oder ein Microcontroller.
Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird ferner ein Hochvoltantriebssystem für ein Nutzfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 19 vorgeschlagen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert und beschrieben, wobei auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird. Darin zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht von schräg hinten auf ein allein mittels Elektromotoren angetriebenes Nutzfahrzeug, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Teile des Nutzfahrzeugs wiedergegeben sind.
2 eine Draufsicht auf eine elektrische Verteilerbox, welche in dem Nutzfahrzeug angeordnet ist, und mit verschiedenen elektrischen Anschlüssen außen an der Vorderseite und an der Rückseite der Verteilerbox;
3 einen quer zur Fahrzeuglängsrichtung gelegten Schnitt durch zwei Längsträger des Fahrzeug Chassis, einschließlich einer Ansicht der der Fahrtrichtung abgewandten Rückseite der Verteilerbox mit verschiedenen dort angeordneten elektrischen Anschlüssen;
4 eine im Vergleich zu 3 abgewandelte Ausführungsform, wiederum in einem quer zur Fahrzeuglängsrichtung gelegten Schnitt durch die zwei Längsträger des Fahrzeugchassis und einschließlich der Ansicht der Rückseite der Verteilerbox.

Die 1 zeigt in einer Gesamtdarstellung das elektrisch angetriebene Nutzfahrzeug. Das Nutzfahrzeug umfasst in Fahrzeuglängsrichtung vorne eine Fahrerkabine 13 sowie, hinter der Rückwand 13A der Fahrerkabine 13 angeordnet, einen Nutzbereich. Der Nutzfahrzeugaufbau kann ein geschlossener, kastenförmiger Aufbau sein, oder eine offene Ladepritsche, oder ein auf einem Fahrzeugchassis 10 des Nutzfahrzeugs angeordnetes Arbeitsgerät. Auf dem Fahrzeugchassis 10 sind die Fahrerkabine 13 und der Nutzfahrzeugaufbau angeordnet. Dabei wird das Fahrzeugchassis 10 in erster Linie durch zwei sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende und zueinander parallele Längsträger 21, 22 gebildet.
Von unten gegen die Längsträger 21, 22 abgestützt sind die Fahrwerksteile des Nutzfahrzeugs. Die Fahrwerksteile sind insbesondere Längs- und/oder Querlenker, welche die Fahrzeugachsen stützen und führen, sowie ferner Fahrzeugfederungen 19 und gegebenenfalls Dämpferelemente.
Die unter der Fahrerkabine 13 angeordnete Vorderachse 11 des Nutzfahrzeugs ist eine übliche, lenkbare Achse. Die unter dem Nutzbereich des Fahrzeugs angeordnete Hinterachse 12 ist eine Starrachskonstruktion. Bestandteile der Starrachskonstruktion sind zwei elektrische Antriebsmotoren 15, die in einem gemeinsamen Motorgehäuse oder in zwar unterschiedlichen, jedoch starr miteinander verbundenen Motorgehäusen angeordnet sind. Die Rotationsachsen der Antriebsmotoren 15 sind zueinander fluchtend. Von dem einen Antriebsmotor 15 führt ein Antriebsstrang zu dem Fahrzeugrad 16 auf der linken Fahrzeugseite, und von dem anderen Antriebsmotor 15 führt ein Antriebsstrang zu dem Fahrzeugrat 16 auf der rechten Fahrzeugseite.
Von jedem der beiden Antriebsmotoren 15 führt, eventuell auch über ein zwischengeschaltetes Getriebe, eine in einem starren Achsrohr der Hinterachse drehgelagerte Antriebswelle zu der jeweiligen Radnabe 17. Die Radnabe 17 ist drehbar an dem jeweiligen äußeren Ende des Achsrohrs der Hinterachse gelagert. An der Radnabe 17 befestigt sind das Fahrzeugrad 16 sowie eine Bremstrommel einer Trommelbremse oder die Bremsscheibe einer Scheibenbremse. Die Hinterachse 12 in ihrer Bauart als Starrachse mit integrierten Elektromotoren ist entweder über Blattfedern oder über Luftfedern gegen die Längsträger 21, 22 abgestützt.
Die Längsträger 21, 22 sind in 3 im Querschnitt, also in einem Schnitt quer zur Fahrzeuglängsrichtung, wiedergegeben. Jeder Längsträger 21, 22 weist eine zur Fahrzeugmitte gerichtete, flächige Innenseite 23, eine nach fahrzeugaußen gerichtete Außenseite 24, eine nach oben gerichtete Oberseite 25 und eine nach unten gerichtete Unterseite 26 auf.
Bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel sind die Längsträger 21, 22 jeweils als C-Profile aus zwei horizontalen Profilabschnitten und einem diese verbindenden, vertikalen Profilabschnitt gestaltet. An dem vertikalen Profilabschnitt befindet sich die zur Fahrzeugmitte gerichtete Innenseite 23 und die nach fahrzeugaußen gerichtete Außenseite 24 des Trägerprofils. Die Profilöffnungen sind einander zugewandt.
Jedoch können die Längsträger 21, 22 auch von einem anderen Profilquerschnitt sein. Zum Beispiel können sie als geschlossene Rechteckprofile, als T-Profile, als Doppel-T-Profile oder als L-Profile gestaltet sein.
Einen zentralen Bestandteil der Leistungssteuerung der elektrischen Antriebsmotoren 15 bildet eine Verteilerbox 31. Die Verteilerbox 31 ist die Schaltzentrale des elektrischen Fahrzeugantriebs. In ihr erfolgt unter anderem das Schalten, das Sichern und das Überwachen der mit 300 Volt Betriebsspannung arbeitenden Hochvoltversorgung des elektrischen Fahrantriebs.
In der Verteilerbox 31 sind, innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 33, die für den Fahrzeugantrieb notwendigen Hochvoltfunktionen mit Stromstärken von mindestens 150 A und bis zu 400 A, sowie einzelne Niedervoltfunktionen zusammengefasst. Die Niedervoltfunktionen betreffen z. B. die Kontrolle und Steuerung des Nutzfahrzeugs, insbesondere zählt zu den Niedervoltfunktionen eine CAN-Steuerung.
Über eine Vielzahl von vorzugsweise schraub- oder steckbaren elektrischen Anschlüssen 72, 71 außen an dem Gehäuse 33 sind die in der Verteilerbox 31 zusammengefassten elektrischen Bauteile und Komponenten mit den elektrischen Komponenten, Steuereinrichtungen und Kontrolleinrichtungen des Nutzfahrzeugs verbunden.
Die Anschlüsse 72, 71 sind als elektrische Stecker ausgebildet, die an der jeweiligen Gehäusewand des Gehäuses 33 verankert sind. Die Anschlüsse sind überwiegend für eine Betriebsspannung von z. B. 400 V ausgelegte Hochvoltanschlüsse, an die entsprechende Hochvoltkabel angeschlossen sind.
Die Dimensionierung der einzelnen Kabel und Anschlüsse richtet sich nach den jeweiligen Stromstärken an diesen Anschlüssen, wobei diese Stromstärken bis zu 400 A betragen können. Die elektrischen Spannungen an einzelnen Niedervoltanschlüssen betragen vorzugsweise 12 Volt oder 24 Volt, und die Spannungen an den von den Niedervoltanschlüssen getrennten Hochvoltanschlüssen vorzugsweise 400 Volt.
Das Gehäuse 33 der Verteilerbox 31 ist kastenförmig gestaltet und setzt sich zusammen aus einem Boden 41, einem Deckel 42, zwei sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Wänden 43, 44 und zwei sich quer zur Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Wänden 46, 47.
Der Boden 41 bildet gemeinsam mit den am Boden 41 befestigten vertikalen Wänden 43, 44, 46, 47 eine Schale, die durch den beweglich angebrachten und dadurch von der Schale lösbaren Deckel 42 verschließbar ist. Hierzu ist z. B. der Deckel 42 von der Schale komplett abnehmbar, oder der Deckel 42 ist z. B. über ein Scharnier mit einer der vier Wände 43, 44, 46, 47 verbunden und lässt sich um das Scharnier aufschwenken, um so ebenfalls an das Innere der Verteilerbox 31 gelangen zu können.
Sämtliche elektrischen Anschlüsse 72, 71 befinden sich ausschließlich entweder an der vorderen Querwand 46 oder an der hinteren Querwand 47 der Verteilerbox 31. An den beiden anderen, also den in Fahrzeuglängsrichtung sich erstreckenden Wänden 43, 44 sind keine elektrischen Anschlüsse angeordnet. Vorzugsweise sind diese Wände vollständig geschlossen.
Eine Masseverbindung 80 dient dem Potenzialausgleich, wozu die Masseverbindung 80 das aus Metall bestehende Gehäuse 33 mit dem ebenfalls aus Metall bestehenden Deckel 42 verbindet. Das Gehäuse 33 selbst steht in direktem metallischen und elektrischen Kontakt mit den Längsträgern 21, 22 des Fahrzeugchassis.
Für hohe Stromstärken von mehr als 150 A (Ampere) ausgelegte Anschlüsse, im Folgenden „Hochlastanschlüsse“, befinden sich vor allem an der Rückwand des Gehäuses 33, also an der Wand 47. Die an den Hochlastanschlüssen 72.1 - 72.4 angeschlossenen Kabel führen in den dahinter angeordneten Teil des Nutzfahrzeugs. Die Hochlastanschlüsse 72.1 - 72.4 umfassen jeweils ein fest in der Gehäusewand 47 verankertes, gehäuseseitiges Steckerteil, an dem sich der jeweilige kabelseitige Stecker kontaktieren lässt. Diese Hochlastanschlüsse sind im Einzelnen:

ein für eine Stromstärke von 350 A bis 400 A ausgelegter Anschluss 72.4 für die 300 V Hochvoltverbindung zu einem Antriebsinverter 90 der elektrischen Antriebsmotoren 15;
ein Anschluss 72.1 für die Verbindung zu einer ersten Energiequelle, hier einer ersten Traktionsbatterie 30;
ein Anschluss 72.2 für die Verbindung zu einer zweiten Energiequelle, hier einer zweiten Traktionsbatterie 30;
ein Anschluss 72.3 für die Verbindung zu einer dritten Energiequelle, hier einer dritten Traktionsbatterie 30.

Beim Ausführungsbeispiel nutzt das Nutzfahrzeug insgesamt drei Batterien 30 als Traktionsbatterien. Diese liefern, bei einer Batteriespannung von 300 V, eine Stromstärke von vorzugsweise jeweils 200 A. Die Anzahl der Batterien 30 kann jedoch auch größer oder kleiner sein. Gemäß 1 befinden sich die Batterien 30 zwischen der Vorderachse 11 und der Hinterachse 12 unter den Längsträgern 21, 22 des Fahrzeugchassis 10.
Ebenfalls an der Rückwand 47 des Gehäuses 33 befindet sich ein Niedervoltanschluss 71.3, an den zu Wartungszwecken ein Service- und Wartungsstecker angeschlossen werden kann, um z. B. in einer Werkstatt zu Diagnosezwecken Daten auszulesen. Insbesondere ist der Servicestecker zur Signalübertragung zwischen der Verteilerbox und einer fahrzeugexternen Kommunikationseinheit ausgebildet. Solche Signale können über den Servicestecker zum Beispiel auf ein fahrzeugexternes Auslesegerät oder Diagnosegerät übertragen werden, welches signaltechnisch mit entsprechenden Komponenten in der Verteilerbox 31 kommuniziert. Die externe Kommunikationseinheit kann auch dazu ausgebildet sein, Kontroll- oder Steuersignale oder Einstellsignale an entsprechende Komponenten innerhalb der Verteilerbox 31 zu übertragen, oder auszutauschen.
An der Vorderwand des Gehäuses 33, also an der Wand 46, befinden sich verschiedene weitere Anschlüsse 71.1, 71.2. Diese Anschlüsse sind für Stromstärken von deutlich weniger als 150 A ausgelegt. Die daran angeschlossenen Kabel führen vor allem in den vorderen Teil des Nutzfahrzeugs. Auch die gehäuseseitigen Steckerteile dieser Anschlüsse 71.1, 71.2 sind in der Wand 46 fest verankert.
An der vorderen Wand 46 des Gehäuses 33 befindet sich außerdem ein für eine Stromstärke von mehr als 150 A und vorzugsweise von 250 A ausgelegter Hochlastanschluss 72.5, an den ein externes Ladestromkabel oder ein zu einem bordeigenen Generator des Nutzfahrzeugs führendes Ladestromkabel angeschlossen werden kann.
Das Gehäuse 33 der Verteilerbox 31 ist quaderförmig gestaltet und ist in dem Raum zwischen den beiden Längsträgern 21, 22 des Chassis 10 angeordnet.
Das Gehäuse 33 der Verteilerbox ist von einer größeren horizontalen als vertikalen Erstreckung. Seine vertikale Erstreckung ist nicht größer oder zumindest nicht wesentlich größer, als die vertikale Höhe der Längsträger 21, 22. Aufgrund dieser Gestaltung und Dimension der Verteilerbox 31 ist diese zumindest überwiegend in dem zwischen den beiden Längsträgern 21, 22 vorhandenen Bauraum des Nutzfahrzeugs untergebracht. Dieser Bauraum wird in der Regel nicht anderweitig benötigt.
Das Gehäuse 33 ist derart in Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet, dass sich das Gehäuse 33 mit dem überwiegenden Teil seiner horizontalen Erstreckung vor jener vertikalen Ebene befindet, in der sich die Rückwand 13A der Fahrerkabine 13 erstreckt. Das Gehäuse 33 kann mit einem kleineren Teil seiner Gesamtlängserstreckung hinter der Ebene der Rückwand 13A angeordnet sein, wenn zumindest der größere Teil der Gesamtlängserstreckung vor der Ebene der Rückwand 13A angeordnet ist. Dies schließt ein, dass sich das Gehäuse 33 insgesamt, also mit seiner gesamten Länge, vor der Ebene der Rückwand 13A der Fahrerkabine 13 befinden kann.
Für die Nutzung des zwischen den beiden Längsträgern 21, 22 zur Verfügung stehenden Raums ist von Vorteil dass, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist, das Gehäuse 33 vollständig in einem Bereich quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist, der sich zwischen den einander zugewandten Innenseiten 23 der zwei Längsträger 21, 22 befindet. In Fahrzeugquerrichtung gibt es daher kein Gehäusevolumen, welches über die Ebene der Innenseiten 23 der Längsträger 21, 22 hinaus nach fahrzeugaußen ragen würde.
Vorteilhaft ist, wenn die Erstreckung des Gehäuses 33 in Fahrzeugquerrichtung weniger beträgt als der kleinste Abstand zwischen den beiden Längsträgern 21, 22. Bevorzugt ist, dass die Erstreckung des Gehäuses 33 in Fahrzeugquerrichtung maximal 40 mm geringer ist als der kleinste Abstand zwischen den beiden Längsträgern 21, 22.
Gemäß 3 ist zur fahrzeugfesten Fixierung der Verteilerbox 31 an jeder Ecke des Gehäuses 33 am Boden 41 eine Lasche 48 befestigt. Bei der Variante 3 ist die Verteilerbox 31 mittels der entsprechenden Laschen 48 an einer unter der hinteren Wand 47 angeordneten, hinteren Quertraverse 49 sowie an einer unter der vorderen Wand 46 angeordneten, vorderen Quertraverse 49 befestigt. Diese Befestigung der Verteilerbox 31 erfolgt mittels Schrauben und ist dadurch relativ einfach lösbar. Weitere Befestigungen der Verteilerbox 31 sind nicht vorhanden.
Bei 3 sind die Enden der Quertraversen 49 an den Innenseiten 23 der Längsträger 21, 22 befestigt, z. B. über eine Schweißverbindung.
Indem die Quertraversen 49 tiefer als das Gehäuse 33 angeordnet sind, behindern sie die Erreichbarkeit der Anschlüsse 72, 71 nicht. Durch eine horizontale Bewegung in Fahrzeuglängsrichtung lassen sich die kabelseitigen elektrischen Stecker an den jeweils zugeordneten, gehäuseseitigen Anschlüssen 72, 71 befestigen, oder wieder von diesen abziehen.
Die 4 zeigt eine andere Art der Befestigung des Gehäuses 33 am Fahrzeugchassis, die ohne die Quertraverse der Ausführungsform nach 3 auskommt. Dargestellt ist nur die Befestigung an dem linken Längsträger 21, jedoch erfolgt die Befestigung an dem anderen, rechten Längsträger 22 ebenso und spiegelbildlich.
An dem Längsträger 21 ist ein Tragwinkel 95 befestigt, auf dessen Oberseite, über ein Vibrationen dämpfendes Elastomerlager 96, eine Konsole 97 abgestützt ist. Die Konsole 97 wiederum ist starr an einem Trägerprofil 98 befestigt, das sich in Fahrzeuglängsrichtung parallel zu dem Längsträger 21 erstreckt. Auf dem Trägerprofil 98, das mindestens die Länge des Gehäuses 33 aufweist, stützt sich das Gehäuse 33 mit der vorderen und mit der hinteren Lasche 48 ab.
Die Verbindung der einzelnen Bauteile 21, 95, 96, 97, 98, 48 erfolgt durch Verschraubung, kann teilweise aber auch geschweißt sein. Da zudem diese Bauteile tiefer als das Gehäuse 33 angeordnet sind, behindern sie die Erreichbarkeit der Anschlüsse 72, 71 nicht. Die kabelseitigen elektrischen Stecker lassen sich durch eine in Fahrzeuglängsrichtung ausgeführte, horizontale Bewegung an den jeweils zugeordneten, gehäuseseitigen Anschlüssen 72, 71 befestigen, oder wieder von diesen abziehen.
Um zum Zwecke von Servicearbeiten, Wartungsarbeiten oder Reparaturen an das Innere der Verteilerbox 31 zu gelangen, ist der Deckel 42 entweder von dem Gehäuse 33 abnehmbar, oder er ist gegenüber dem übrigen Gehäuse verschiebbar, schwenkbar oder um ein Scharnier aufstellbar. Um hierbei einen direkten Zugriff in das Innere der Verteilerbox 31 zumindest zu erschweren, ist unter dem Deckel 42 eine das Innere der Verteilerbox 31 vollständig nach Oben abdeckende Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet.
Ebenfalls dem Schutz gegen ein Eingreifen in die Hochvoltelemente der Verteilerbox 31 dient eine elektrische Sicherheitsschleife. Die Sicherheitsschleife ist auf ein Lösen oder ein Bewegen des Deckels 42 sensibilisiert. Wird die elektrische Schleife unterbrochen oder getrennt, erfolgt eine sofortige Deaktivierung des Hochvoltkreises, so dass ein gefährlicher händischer Kontakt zu den Hochlastanschlüssen und den Hochvoltkomponenten ausgeschlossen ist.
Im Inneren der Verteilerbox 31 befindet sich unter anderem eine Platine, auf der als elektrische Bauteile und Komponenten Widerstände, Schütze, Relais und Sicherungen verbaut sind. Die Platine umfasst Leiterplatten, die in einer Schichtung übereinander angeordnet sind. Die Leiterbahnen der Leiterplatten sind zumindest teilweise parallelgeschaltet. Auf der Platine ist eine oder sind mehrere Niedervoltplatinen verbaut, auf der ihrerseits Komponenten eines CAN-Bus verbaut sind, wie zum Beispiel ein CAN-Controller und/oder ein Mikrocontroller.
Bezugszeichenliste

10: Fahrzeugchassis
11: Vorderachse
12: Hinterachse
13: Fahrerkabine
13A: Rückwand Fahrerkabine
15: Antriebsmotor
16: Fahrzeugrad
17: Radnabe
19: Fahrzeugfederung
21: Längsträger
22: Längsträger
23: Innenseite
24: Außenseite
25: Oberseite
26: Unterseite
30: Batterie, Traktionsbatterie
31: Verteilerbox
33: Gehäuse
41: Boden
42: Deckel
43: Wand
44: Wand
46: Wand
47: Wand
48: Lasche
49: Quertraverse
71: elektrischer Anschluss
72: elektrischer Anschluss
80: Masseverbindung
90: Antriebsinverter
95: Tragwinkel
96: Elastomerlager
97: Konsole
98: Trägerprofil
A: Achse, Schwenkachse

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

DE 102019122726 A1 [0002]
DE 202014102609 U1 [0003]

Claims

Elektrisch angetriebenes Nutzfahrzeug, mit einem Chassis (10) aus jeweils links und rechts der Fahrzeugmitte angeordneten Längsträgern (21, 22) mit jeweils einer Oberseite (25), einer Unterseite (26), einer zur Fahrzeugmitte gerichteten Innenseite (23) und einer nach fahrzeugaußen gerichteten Außenseite (24), einem auf dem Chassis (10) abgestützten Fahrzeugaufbau, der zweiteilig aufgebaut ist aus einer Fahrerkabine (13) und einem in Fahrzeuglängsrichtung hinter einer Rückwand (13A) der Fahrerkabine (13) angeordneten Nutzbereich, elektrischen Antriebsmotoren (15) für den Antrieb mindestens eines linken und eines rechten Fahrzeugrades (16), wobei die Antriebsmotoren (15) und Fahrzeugräder (16) über eine Fahrzeugfederung gegen die Längsträger (21, 22) abgestützt sind, einer Verteilerbox (31) mit einem Gehäuse (33) bestehend aus einem Boden (41), einem die Verteilerbox (31) nach oben verschließenden Deckel (42) und vier sich zwischen Boden und Deckel erstreckenden Wänden (43, 44, 46, 47), mit außen an dem Gehäuse (33) getrennt angeordneten elektrischen Anschlüssen (72.1 - 72.3; 72.4) für den Anschluss von Batterien (30) und für den Anschluss einer elektrischen Spannungsversorgung der Antriebsmotoren (15), dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (33) von einer größeren horizontalen als vertikalen Erstreckung ist, sich in Fahrzeuglängsrichtung mit dem überwiegenden Teil seiner horizontalen Erstreckung vor der Rückwand (13A) der Fahrerkabine (13) befindet, und vollständig in einem Bereich quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet ist, der sich zwischen den Innenseiten (23) der Längsträger (21, 22) befindet.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (42) des Gehäuses (33) in einer Ebene oberhalb der Oberseiten (25) der Längsträger (21, 22) angeordnet ist, und dass der Boden (41) des Gehäuses (33) in einer Ebene tiefer als die Unterseiten (26) der Längsträger (21, 22), oder in einer Ebene zwischen den Oberseiten (25) und Unterseiten (26) angeordnet ist.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung des Gehäuses (33) quer zur Fahrzeuglängsrichtung geringer ist, als der kleinste Abstand zwischen den beiden Längsträgern (21, 22).
Nutzfahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstreckung des Gehäuses (33) quer zur Fahrzeuglängsrichtung maximal 40 mm geringer ist, als der kleinste Abstand zwischen den beiden Längsträgern (21, 22).
Nutzfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerbox (31) lösbar zwischen den Längsträgern (21, 22) angeordnet ist.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerbox (31) an mindestens einer sich zwischen den Längsträgern (21, 22) erstreckenden Quertraverse (49) befestigt ist, vorzugsweise ausschließlich an der Quertraverse (49) befestigt ist.
Nutzfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der elektrischen Anschlüsse aus der rückwärtigen Wand (47) des Gehäuses (33) herausführt, und dass die Achsen dieser Herausführungen oberhalb der Unterseiten (26) der Längsträger (21, 22) angeordnet sind.
Nutzfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle elektrischen Anschlüsse (72.1 - 72.4) zum Anschluss der Batterien (30) und zum Anschluss der elektrischen Spannungsversorgung der Antriebsmotoren (15) aus der rückwärtigen Wand (47) des Gehäuses (33) herausführen.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen elektrischen Anschluss (71.3) an der rückwärtigen Wand (47) des Gehäuses (33) zum Anschließen eines elektrischen Servicesteckers, der zur Signalübertragung zwischen der Verteilerbox (31) und einer fahrzeugexternen Kommunikationseinheit ausgebildet ist.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch einen elektrischen Anschluss (72.5) an der nach fahrzeugvorne weisenden Wand (46) des Gehäuses (33) zum Anschließen eines zu einer fahrzeugexternen Ladestation führenden Ladekabels.
Nutzfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckel (42) von dem Gehäuse (33) abnehmbar oder gegenüber dem übrigen Gehäuse verschiebbar, schwenkbar oder aufstellbar ist.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine auf ein Lösen oder ein Bewegen des Deckels (42) sensibilisierte Sicherheitsschleife.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine unter dem Deckel (42) angeordnete, das Innere der Verteilerbox (31) vollständig nach oben abdeckende Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material.
Nutzfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrerkabine (13) schwenkbar um eine in Fahrzeugquerrichtung angeordnete Achse (A) ausgebildet ist.
Nutzfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens zwei und vorzugsweise drei der Hochvoltanschlüsse (72.1 - 72.3) jeweils eine Batterie (30) angeschlossen ist.
Nutzfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in der Verteilerbox (31) angeordnete Platine, auf der als elektrische Bauteile Widerstände, Schütze, Relais und Sicherungen verbaut sind.
Nutzfahrzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine in Schichtung übereinander angeordnete Leiterplatten umfasst, und dass die Leiterbahnen der Leiterplatten zumindest teilweise parallelgeschaltet sind.
Nutzfahrzeug nach einem der Ansprüche 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Platine mindestens eine Niedervoltplatine verbaut ist, auf der ihrerseits Komponenten eines CAN-Bus verbaut sind, wie z. B. ein CAN-Controller und/oder ein Microcontroller.
Hochvoltantriebssystem für ein Nutzfahrzeug, mit elektrischen Antriebsmotoren (15), mit einer Verteilerbox (31) mit einem Gehäuse (33) bestehend aus einem Boden (41), einem die Verteilerbox (31) nach oben verschließenden Deckel (42) und vier sich zwischen Boden und Deckel erstreckenden Wänden (43, 44, 46, 47), mit außen an dem Gehäuse (33) getrennt angeordneten elektrischen Anschlüssen (72.1 - 72.3; 72.4) für den Anschluss von Batterien (30) und für den Anschluss einer elektrischen Spannungsversorgung der Antriebsmotoren (15), mit mindestens einer über einen der Anschlüsse angeschlossenen Batterie (30), und mit einem im Strompfad zwischen einem (72.4) der elektrischen Anschlüsse und den elektrischen Antriebsmotoren (15) angeordneten Antriebsinverter (90).