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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug, mit Merkmalen des Anspruchs 1, sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs.
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Kombinationsantriebe, die einen Brennstoffzellenantrieb, insbesondere als Zweitantrieb, umfassen, sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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So offenbart bspw.
DE 103 22 296 A1 ein mit einem Verbrennungsmotor kombiniertes Brennstoffzellensystem.
DE 100 21 044 B4 offenbart ein Fahrzeug mit einem Motor und einem daran montierten Brennstoffzellsystem.
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Nachteilig dabei ist, dass ein Brennstoffzellensystem eine Vielzahl von unterschiedlichen Komponenten aufweist. Daher ist die Implementierung eines Brennstoffzellenantriebs in ein Fahrzeug recht aufwändig und komplex.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Antriebsanordnung, insbesondere für ein Fahrzeug vorgeschlagen, umfassend einen elektrischen Antrieb. Der elektrische Antrieb weist eine erste elektrische Maschine (erster Elektromotor), ein erstes Getriebe und mindestens eine erste Leistungselektronik-Baugruppe zur Steuerung (Regelung) der ersten elektrischen Maschine bzw. zur Bereitstellung elektrischer Energie für die erste elektrische Maschine auf.
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Die erste elektrische Maschine ist mit dem ersten Getriebe, insbesondere mechanisch, gekoppelt. Damit kann die erste elektrische Maschine insbesondere das erste Getriebe antreiben. Der elektrische Antrieb kann weitere Komponenten, wie bspw. mindestens eine Abtriebswelle, insbesondere zwei Abtriebswellen, ein Differential, etc. umfassen.
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Die Antriebsanordnung weist weiter einen elektrischen Luftverdichter für einen Brennstoffzellenantrieb (Brennstoffzellensystem) auf. Dabei sind der elektrische Antrieb und der elektrische Luftverdichter zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in einem (gemeinsamen) Gehäuse angeordnet.
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Dabei können einzelne Komponenten des elektrischen Antriebs und einzelne Komponenten des Brennstoffzellenantriebs in einem (gemeinsamen) Gehäuse (Systemgehäuse) zusammengefasst sein.
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Die vorgeschlagene Ausgestaltung hat u.a. den Vorteil, dass durch die Zusammenfassung von Komponenten des elektrischen Antriebs und des Brennstoffzellenantriebs, die Komplexität der Antriebsanordnung reduziert werden kann. Die mit der hohen Komplexität verbundene Störungs- und Fehleranfälligkeit sowie erhöhter Aufwand für Wartung können reduziert und damit Kosten eingespart werden.
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Die Antriebsanordnung oder der elektrische Antrieb können als elektrische Achse (E-Achse) ausgebildet sein oder Bestandteil einer E-Achse bilden.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der Luftverdichter eine zweite elektrische Maschine (zweiter Elektromotor) und mindestens eine zweite Leistungselektronik-Baugruppe zur Steuerung (Regelung) der zweiten elektrischen Maschine aufweisen. Die zweite elektrische Maschine und die zweite Leistungselektronik-Baugruppe können zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
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Die erste und/oder die zweite Leistungselektronik-Baugruppe können als Modul ausgebildet sein. Die erste Leistungselektronik-Baugruppe kann einteilig als ein Bauteil oder mehrteilig aus mehreren Komponenten ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Leistungselektronik-Baugruppe einteilig als ein Bauteil oder mehrteilig aus mehreren Komponenten ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann der Luftverdichter eine Turbine umfassen. Die Turbine kann zumindest teilweise, insbesondere vollständig, außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Die Turbine kann an das Gehäuse angeflanscht sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Turbine mit der zweiten elektrischen Maschine gekoppelt sein, so dass die zweite elektrische Maschine die Turbine antreiben kann.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die erste elektrische Maschine direkt oder über ein zwischengeschaltetes zweites Getriebe mit der Turbine gekoppelt sein, so dass die erste elektrische Maschine die Turbine antreiben kann. Die erste elektrische Maschine ist insbesondere eingerichtet, um das erste Getriebe und/oder das zweite Getriebe antreiben zu können.
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Eine solche Ausgestaltung hat den Vorteil, dass die Funktion des Elektromotors des elektrisches Antriebs und die Funktion des Elektromotors des Luftverdichters für den Brennstoffzellenantrieb in der ersten elektrischen Maschine kombiniert werden kann. Dadurch kann auf einen separaten Elektromotor für den elektrischen Antrieb oder für den Luftverdichter verzichtet werden. Das kann die Komplexität der Antriebsanordnung weiter reduzieren. Damit können Komponenten der Antriebsanordnung und die damit verbundenen Kosten eingespart werden.
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Das erste und/oder das zweite Getriebe können ein- oder mehrstufig ausgebildet sein, bspw. als ein ein- oder mehrstufiges Stirnradgetriebe.
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Gemäß einer Weiterbildung kann zwischen der ersten elektrischen Maschine und der Turbine eine ansteuerbare Abkoppeleinheit geschaltet sein, so dass die Turbine je nach Ansteuerung der Abkoppeleinheit angetrieben oder nicht angetrieben werden kann bzw. wird.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die erste Leistungselektronik-Baugruppe und die zweite Leistungselektronik-Baugruppe als eine (gemeinsame) dritte Leistungselektronik-Baugruppe zur Steuerung (bzw. Regelung) der ersten elektrischen Maschine und der zweiten elektrischen Maschine ausgebildet sein. Mit anderen Worten, die erste und die zweite Leistungselektronik-Baugruppe können als eine Baueinheit bzw. eine Leistungselektronik, nämlich der dritten Leistungselektronik-Baugruppe, zusammengefasst bzw. integriert sein (erste und zweite Leistungselektronik-Baugruppe bilden die dritte Leistungselektronik-Baugruppe). Die dritte Leistungselektronik-Baugruppe kann zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
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Die dritte Leistungselektronik-Baugruppe kann also die Funktion der ersten und der zweiten Leistungselektronik-Baugruppen übernehmen. Dadurch kann auf eine separate Leistungselektronik-Baugruppe für die erste elektrische Maschine oder für die zweite elektrische Maschine verzichtet werden. Das kann die Komplexität der Antriebsanordnung weiter reduzieren. Damit können Komponenten der Antriebsanordnung und die damit verbundenen Kosten eingespart werden.
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Die dritte Leistungselektronik-Baugruppe kann als Modul ausgebildet sein. Die dritte Leistungselektronik-Baugruppe kann einteilig als ein Bauteil oder mehrteilig aus mehreren Komponenten ausgebildet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann ein zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnetes Element innerhalb eines Zwischengehäuses angeordnet sein. Dies können insbesondere die erste elektrische Maschine, die zweite elektrische Maschine, die erste Leistungselektronik-Baugruppe, die zweite Leistungselektronik-Baugruppe oder die dritte Leistungselektronik-Baugruppe (gebildet durch die erste und zweite Leistungselektronik-Baugruppe), das erste Getriebe und/oder das zweite Getriebe sein. Das Zwischengehäuse kann zumindest teilweise und insbesondere vollständig innerhalb des Gehäuses angeordnet sein.
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Gemäß einer Weiterbildung kann die Antriebsanordnung einen Brennstoffzellenantrieb (Brennstoffzellensystem) umfassen. Mit anderen Worten, die Antriebsanordnung kann neben dem Luftverdichter auch weitere Komponenten eines Brennstoffzellenantriebs bzw. -systems aufweisen. Dies können bspw. ein Brennstoffzellensteuergerät, ein Brennstoffzellen-Stack (Brennstoffzellenstapel), verschiedene Sensoren, ein Anodenrezirkulationsgebläse und/oder ein Wasserstoffdosierventil sein.
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Germäß einer Weiterbildung kann das Getriebe eine ansteuerbare Abkoppeleinheit aufweisen, so dass das Getriebe je nach Ansteuerung der Abkoppeleinheit mit der ersten elektrischen Maschine gekoppelt oder von der ersten elektrischen Maschine abgekoppelt werden kann bzw. wird. Dadurch kann die erste elektrische Maschine bei Bedarf einfach vom Getriebe getrennt werden. Diese Abkoppeleinheit kann optional anstelle einer zwischengeschalteten Abkoppeleinheit zwischen der ersten elektrischen Maschine und der Turbine vorgesehen sein.
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Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer Antriebsanordnung gemäß obiger Ausführungen vorgeschlagen. Hinsichtlich der damit erzielbaren Vorteile wird auf die diesbezüglichen Ausführungen zur Antriebsanordnung verwiesen. Zur weiteren Ausgestaltung des Fahrzeugs können die im Zusammenhang mit der Antriebsanordnung beschriebenen und/oder die nachfolgend noch erläuterten Maßnahmen dienen.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Antriebsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 2 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
- 3 eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
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Die Antriebsanordnung trägt in 1 insgesamt das Bezugszeichen 10. Die Antriebsanordnung 10 umfasst einen elektrischen Antrieb 12. Der elektrische Antrieb 12 weist eine erste elektrische Maschine 14, ein erstes Getriebe 16 und eine erste Leistungselektronik-Baugruppe 18 auf.
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Die erste Leistungselektronik-Baugruppe 18 dient zur Steuerung (Regelung) der ersten elektrischen Maschine 14. Die erste elektrische Maschine 14 ist mit dem ersten Getriebe 16 derart gekoppelt, dass das erste Getriebe 16 mittels der elektrischen Maschine 14 angetrieben werden kann.
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Vorliegend umfasst der elektrische Antrieb 12 eine erste Abtriebswelle 17 und eine zweite Abtriebswelle 19. Das erste Getriebe 16 ist mit der ersten Abtriebswelle 17 und der zweiten Abtriebswelle 19 derart gekoppelt, dass die beiden Antriebswellen 17, 19 mittels des ersten Getriebes 16 angetrieben werden können.
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Die Antriebsanordnung 10 weist weiter einen elektrischen Luftverdichter 20 für einen Brennstoffzellenantrieb auf. Der elektrische Antrieb 12 und der elektrische Luftverdichter 20 sind vorliegend teilweise in einem gemeinsamen Gehäuse 22 angeordnet. So sind das erste Getriebe 16, die erste Leistungselektronik-Baugruppe 18 und die zweite Abtriebswelle 19 ggf. teilweise und die erste elektrische Maschine 14 vollständig innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet. Vorliegend ist die erste elektrische Maschine 14 in einem Zwischengehäuse 36 angeordnet. Das Zwischengehäuse 36 ist vollständig innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet.
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Der Luftverdichter 20 weist eine zweite elektrische Maschine 24 und eine zweite Leistungselektronik-Baugruppe 26 auf. Die zweite Leistungselektronik-Baugruppe 26 dient zur Steuerung (Regelung) der zweiten elektrischen Maschine 24.
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Die zweite elektrische Maschine 24 und die zweite Leistungselektronik-Baugruppe 26 sind teilweise innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet.
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Der Luftverdichter 20 weist zudem eine Turbine 28 auf. Vorliegend ist die Turbine 28 vollständig außerhalb des Gehäuses 22 angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Turbine 28 mit der zweiten elektrischen Maschine 24 derart gekoppelt, dass die Turbine 28 mittels der zweiten elektrischen Maschine 24 angetrieben werden kann. Die Turbine 28 kann ein, vorzugsweise integriertes, Getriebe zur Anpassung der Drehzahl der zweiten elektrischen Maschine 24 aufweisen (nicht gezeigt).
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die erste Leistungselektronik-Baugruppe 18 und die zweite Leistungselektronik-Baugruppe 26 (aus dem ersten Ausführungsbeispiel) als eine dritte Leistungselektronik-Baugruppe 34 ausgebildet bzw. zusammengefasst sind.
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Die dritte Leistungselektronik-Baugruppe 34 ist teilweise innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet.
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Die dritte Leistungselektronik-Baugruppe 34 dient der Steuerung (Regelung) der ersten elektrischen Maschine 14 und der zweiten elektrischen Maschine 24. Die dritte Leistungselektronik-Baugruppe 34 übernimmt also die Funktionen der ersten Leistungselektronik-Baugruppe 18 und der zweiten Leistungselektronik-Baugruppe 26. Damit kann auf eine Leistungselektronik-Baugruppe im zweiten Ausführungsbeispiel verzichtet bzw. diese eingespart werden. Die internen Komponenten der dritten Leitungselektronik-Baugruppe 34 können entsprechend angepasst und/oder ergänzt werden, um die Funktionen der beiden Leistungselektronik-Baugruppen 18, 26 zu ermöglichen.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Antriebsanordnung 10 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Antriebsanordnung 10 lediglich eine erste elektrische Maschine 14 und ein erstes Getriebe 16, jedoch keine zweite elektrische Maschine 24 und keine zweite Leistungselektronik-Baugruppe 26 aufweist.
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Die dargestellte Antriebsanordnung 10 umfasst ein zweites Getriebe 30. Das zweite Getriebe 30 ist zwischen der ersten elektrischen Maschine 14 und der Turbine 28 zwischengeschaltet. Die Turbine 28 ist mittes des zweiten Getriebes 30 mit der ersten elektrischen Maschine 14 derart gekoppelt, dass die Turbine 28 mittels der ersten elektrischen Maschine 14 angetrieben werden kann.
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Damit kann die erste elektrische Maschine 14 das erste Getriebe 16 des elektrischen Antriebs 12 als auch die Turbine 28 des Luftverdichters 20 antreiben. Die die erste elektrische Maschine 14 übernimmt also zusätzlich zu ihrer Funktion das erste Getriebe 16 anzutreiben, die Funktion der zweiten elektrischen Maschine 24 (aus dem ersten Ausführungsbeispiel) die Turbine 28 anzutreiben. Damit kann auf die zweite elektrische Maschine 24 im dritten Ausführungsbeispiel verzichtet bzw. diese eingespart werden.
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Die Funktion der zweiten elektrischen Maschine 24 ist daher in die erste elektrische Maschine 14 integriert. Entsprechend ist auch die Funktion der zweiten Leistungselektronik-Baugruppe 26 (aus dem ersten Ausführungsbeispiel) vorliegend in die erste Leistungselektronik-Baugruppe 18 integriert. Vorliegend ist die erste Leistungselektronik-Baugruppe 18 also eingerichtet, um die erste elektrische Maschine 14 derart anzusteuern, dass diese das erste Getriebe 16 und/oder das zweite Getriebe 28 antreiben kann.
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Im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel weist die Antriebsanordnung 10 eine ansteuerbare Abkoppeleinheit 32 auf. Die Abkoppeleinheit 32 ist zwischen der ersten elektrischen Maschine 14 und der Turbine 28 zwischengeschaltet. Die Abkoppeleinheit 32 kann in das zweite Getriebe 28 integriert sein bzw. ein Teil des zweiten Getriebes 28 darstellen.
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Die Abkoppeleinheit 32 ist vorliegend innerhalb des Gehäuses 22 angeordnet.
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Mittels der Abkoppeleinheit 32 kann die Drehmomentübertragung von der ersten elektrischen Maschine 14 über das zweite Getriebe 30 an die Turbine 28 unterbrochen bzw. wiederhergestellt werden. Mit anderen Worten, mittels der Abkoppeleinheit 32 kann die erste elektrische Maschine 14 an die Turbine 28 gekoppelt bzw. von dieser (wieder) abgekoppelt werden.
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Es ist denkbar, dass mittels der Abkoppeleinheit 32 die Turbine 28 und das zweite Getriebe 30 miteinander gekoppelt bzw. voneinander abgekoppelt werden können. Ebenso denkbar ist es, dass mittels der Abkoppeleinheit 32 das zweite Getriebe 30 und die erste elektrische Maschine 14 miteinander gekoppelt bzw. voneinander abgekoppelt werden können.
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Alternativ hierzu kann eine ansteuerbare Abkoppeleinheit innerhalb des Getriebes 16 angeordnet sein, um die erste elektrische Maschine 14 vom Getriebe 16 zu trennen (nicht gezeigt).
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10322296 A1 [0003]
- DE 10021044 B4 [0003]
