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Einführung
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Das Aufnehmen eines elektrifizierten Antriebssystems in ein Fahrzeug kann die Masse erhöhen und die Komplexität des Systems steigern.
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Beschreibung der Erfindung
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Bei den hier beschriebenen Konzepten handelt es sich um Systeme und Vorrichtungen, die sich auf ein integriertes elektrifiziertes Fahrzeugantriebssystem (IEPS) beziehen, das auf eine Weise in ein Fahrzeugchassis integriert werden kann, die die Masse reduzieren, die Systemkomplexität verringern, die Zuverlässigkeit erhöhen und die Akzeptanz des EV-Systems verbessern kann.
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Ein Aspekt der Offenbarung kann ein integriertes elektrifiziertes Antriebssystem für ein Fahrzeug umfassen, das eine einzige elektrischen Maschine, ein mechanisches Getriebe, eine wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung, ein integriertes Kühlsystem und ein Leistungselektroniksystem enthält. Die einzige elektrischen Maschine, das mechanische Getriebe, das integrierte Kühlsystem, die wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung und das Leistungselektroniksystem sind in einem einzigen Gehäuse angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung ist die einzige elektrischen Maschine drehbar mit dem mechanischen Getriebe gekoppelt ist, um dazwischen mechanische Leistung zu übertragen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung ist das mechanische Getriebe eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, die über eine Vielzahl von Wellenelementen mit einer Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen gekoppelt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet die Vielzahl von Wellenelemente ein erstes Wellenelement und ein zweites Wellenelement, wobei das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement senkrecht zu einer Längsachse des einzigen Gehäuses angeordnet sind, wobei eine erste der Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen auf einer ersten Seite des einzigen Gehäuses angeordnet ist und drehbar mit dem ersten Wellenelement gekoppelt ist, und wobei eine zweite der Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen auf einer zweiten Seite des einzigen Gehäuses angeordnet ist, die der ersten Seite senkrecht zur Längsachse gegenüberliegt, und drehbar mit dem zweiten Wellenelement gekoppelt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet die Vielzahl von Wellenelementen ein erstes Wellenelement und ein zweites Wellenelement, wobei das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement parallel zu einer Längsachse des einzigen Gehäuses angeordnet sind, wobei eine erste der Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen an einem ersten Ende des einzigen Gehäuses angeordnet ist und drehbar mit dem ersten Wellenelement gekoppelt ist, und wobei eine zweite der Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen an einem zweiten Ende des einzigen Gehäuses angeordnet ist, das dem ersten Ende entlang der Längsachse gegenüberliegt, und drehbar mit dem zweiten Wellenelement gekoppelt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung sind das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement kollinear sind und kollinear mit einer Mittellinie des einzigen Gehäuses sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung sind das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement kollinear und seitlich von einer Mittellinie des einzigen Gehäuses versetzt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung umfasst die Vielzahl von Wellenelementen ein drittes Wellenelement, das senkrecht zur Längsachse angeordnet ist, wobei eine dritte der Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen auf einer ersten Seite des einzigen Gehäuses angeordnet ist und wobei die dritte der Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen drehbar mit dem dritten Wellenelement verbunden ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung sind das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement kollinear und sind kollinear mit einer Mittellinie des einzigen Gehäuses.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung sind das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement kollinear und sind seitlich von einer Mittellinie des einzigen Gehäuses versetzt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung ist die einzige elektrischen Maschine ein mehrphasiger rotierender Elektromotor/Generator.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung umfasst das Leistungselektroniksystem einen elektrischen Wechselrichter, ein Hilfsstrommodul, einen elektrischen Hilfsmotor, einen elektrischen Lademanager und ein Leistungselektroniksteuergerät.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung ist das Leistungselektroniksteuergerät mit dem Wechselrichter verbunden, und der Wechselrichter ist konfiguriert, elektrische Energie zwischen der einzelnen elektrischen Maschine und der wiederaufladbaren Energiespeichervorrichtung zu übertragen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung ist der elektrische Hilfsmotor mit einem Klimakompressor (AC-Kompressor) gekoppelt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung kann ein Hochspannungs-Leistungsbus umfasst sein, wobei der Hochspannungs-Leistungsbus konfiguriert ist, elektrische Energie zwischen der wiederaufladbaren Energiespeichervorrichtung und dem Leistungselektroniksystem zu übertragen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung ist die wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung in einem separaten Batteriegehäuse untergebracht, das innerhalb des einzigen Gehäuses angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung umfasst das integrierte Kühlsystem einen Fluidkreislauf, der über eine Vielzahl von Fluid-Wärmeaustauschvorrichtungen mit mindestens einem aus der einzelnen elektrischen Maschine, dem mechanischen Getriebe, der wiederaufladbaren Energiespeichervorrichtung und dem Leistungselektroniksystem thermisch gekoppelt ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Offenbarung wird ein elektrifiziertes Fahrzeug bereitgestellt, das ein Fahrgestell, einen Kühler, einen mit einem Antriebselement gekoppelten Antriebsstrang, einen Ladeanschluss und ein integriertes elektrifiziertes Antriebsmodul umfassen kann, wobei das integrierte elektrifizierte Antriebssystem in das Fahrgestell eingebaut ist. Das integrierte elektrische Antriebssystem kann eine einzige elektrischen Maschine, ein mechanisches Getriebe, eine wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung, ein integriertes Kühlsystem und ein Leistungselektroniksystem umfassen, wobei die einzige elektrischen Maschine, das mechanische Getriebe, das integrierte Kühlsystem, die wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung und das Leistungselektroniksystem in einem einzigen Gehäuse angeordnet sind. Die einzige elektrischen Maschine ist drehbar mit dem mechanischen Getriebe gekoppelt, um mechanische Leistung dazwischen zu übertragen. Das mechanische Getriebe umfasst eine Drehmomentübertragungsvorrichtung, die über eine Vielzahl von Wellenelementen mit einer Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen verbunden ist. Der Antriebsstrang ist über mehrere Leistungsabnahmekupplungen mechanisch mit dem mechanischen Getriebe verbunden. Der Kühler ist mit dem integrierten Kühlsystem verbunden, und der Antriebsstrang und das Antriebselement sind auf dem Fahrgestell montiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung ist der Antriebsstrang in einer Frontantriebskonfiguration, einer Heckantriebskonfiguration, einer Allradantriebskonfiguration, einer Vierradantriebskonfiguration, einer Allradantriebskonfiguration mit einer Leistungsabnahmeanordnung, einer Raupenkonfiguration oder einer Propellerkonfiguration angeordnet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung weisen die Vielzahl von Wellenelementen ein erstes Wellenelement und ein zweites Wellenelement auf; wobei das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement parallel zu einer Längsachse des einzigen Gehäuses angeordnet sind, wobei eine erste der Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen an einem ersten Ende des einzigen Gehäuses angeordnet ist und drehbar mit dem ersten Wellenelement gekoppelt ist, und wobei eine zweite der Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen an einem zweiten Ende des einzigen Gehäuses angeordnet ist, das dem ersten Ende entlang der Längsachse gegenüberliegt, und drehbar mit dem zweiten Wellenelement gekoppelt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung sind das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement kollinear und kollinear mit einer Mittellinie des einzigen Gehäuses.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung ist das Leistungselektroniksystem ein elektrischer Wechselrichter, ein Hilfsstrommodul, ein elektrischer Hilfsmotor, ein elektrischer Lademanager und ein Leistungselektroniksteuergerät.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung ist die Leistungselektroniksteuerung mit dem Wechselrichter verbunden, wobei der Wechselrichter konfiguriert ist, elektrische Leistung zwischen der einzelnen elektrischen Maschine und der wiederaufladbaren Energiespeichervorrichtung zu übertragen.
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Die obige Zusammenfassung soll nicht jede mögliche Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellen. Vielmehr soll die vorstehende Zusammenfassung einige der hierin offenbarten neuen Aspekte und Merkmale veranschaulichen. Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den Ansprüchen ohne weiteres ersichtlich werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- 1 bildlich eine Ausführungsform eines Fahrzeugs mit einem integrierten elektrifizierten Fahrzeugantriebssystem (IEPS) zeigt, das auf einem Fahrzeugchassis angeordnet ist, gemäß der Offenbarung.
- 2 schematisch eine Ausführungsform eines integrierten elektrifizierten Fahrzeugantriebssystems (IEPS) zeigt, das in ein Fahrzeugchassis integriert sein kann, gemäß der Offenbarung.
- 3 schematisch eine weitere Ausführungsform eines integrierten elektrifizierten Fahrzeugantriebssystems (IEPS) zeigt, das in ein Fahrzeugchassis integriert sein kann, gemäß der Offenbarung.
- 4 schematisch eine weitere Ausführungsform eines integrierten elektrifizierten Fahrzeugantriebssystems (IEPS) zeigt, das in ein Fahrzeugchassis integriert sein kann, gemäß der Offenbarung.
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Die beigefügten Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und stellen eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der vorliegenden Offenbarung dar, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich z. B. bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen. Details, die mit solchen Merkmalen verbunden sind, werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
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Detaillierte Beschreibung
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Die Komponenten der hierin beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen können in einer Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und gestaltet werden. Daher soll die folgende detaillierte Beschreibung den Umfang der beanspruchten Offenbarung nicht einschränken, sondern ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Darüber hinaus werden in der folgenden Beschreibung zwar zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis der hierin offenbarten Ausführungsformen zu ermöglichen, doch können einige Ausführungsformen auch ohne einige dieser Details ausgeführt werden. Im Interesse der Klarheit wurde außerdem auf eine detaillierte Beschreibung bestimmter technischer Einzelheiten verzichtet, die im Stand der Technik bekannt sind, um die Offenbarung nicht unnötig zu verkomplizieren. Darüber hinaus kann die Offenbarung, wie sie hierin dargestellt und beschrieben ist, auch ohne ein Element, das hierin nicht ausdrücklich offenbart ist, durchgeführt werden.
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Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, durch eine ausdrückliche oder implizierte Theorie gebunden zu sein, die in der vorangehenden Einleitung und Beschreibung der Erfindung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargelegt ist. In den Zeichnungen bezeichnen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale.
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Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „System“ auf einen oder eine Kombination von mechanischen und elektrischen Aktoren, Sensoren, Steuerungen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), kombinatorischen Logikschaltungen, Software, Firmware und/oder anderen Komponenten, die so angeordnet sind, dass sie die beschriebene Funktionalität bieten.
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Der Begriff „integriertes Antriebssystem“, wie hierin verwendet, und verwandte Begriffe beziehen sich auf eine modulare Anordnung, die als ein einziges Bauteil mit einer oder mehreren mechanischen, elektrischen, kommunikationstechnischen und fluidischen Verbindungen behandelt sein kann. Das integrierte Antriebssystem kann ohne weiteres mit minimalen oder gar keinen Änderungen in eine Vielzahl von Chassis eingebaut werden.
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Die Verwendung von Ordnungsbegriffen wie „erster“, „zweiter“ und „dritter“ impliziert nicht notwendigerweise eine Rangordnung, sondern kann vielmehr zwischen mehreren Instanzen einer Handlung oder Struktur unterscheiden.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt 1 in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen schematisch ein Fahrzeug 10, in das eine Ausführungsform eines integrierten elektrifizierten Antriebssystems (IEPS) 100 eingebaut ist. Einzelheiten zu einer Ausführungsform des IEPS 100 werden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Andere Ausführungsformen des IEPS 200, 300 werden unter Bezugnahme auf die 3 bzw. 4 beschrieben und erläutert. Das Fahrzeug 10 kann eine mobile Plattform in Form eines Nutzfahrzeugs, eines Industriefahrzeugs, eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, eines Personenkraftwagens, eines Flugzeugs, eines Wasserfahrzeugs, eines Zugs, eines Geländewagens, eines Personenbeförderungsgeräts, eines Roboters, eines anderen Radfahrzeugs oder eines anderen Raupenfahrzeugs umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt, um die Zwecke dieser Offenbarung zu erfüllen.
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Wiederum mit Bezug auf 1 umfasst eine nicht einschränkende Ausführungsform des Fahrzeugs 10 eine Karosserie 20, die auf ein Fahrgestell 30 montiert ist, wobei eine Ausführungsform des IEPS 100 in das Fahrgestell 30 eingebaut ist. Das Fahrzeug 10 definiert eine Längsachse 11 und eine Querachse 12. Vorteilhafterweise ist das IEPS 100 in das Fahrgestell 30 zwischen der Vorder- und der Hinterachse eingebaut und ermöglicht es, dass eine einzige elektrische Maschine 115 den vorderen und/oder hinteren Antriebsstrang mit Zugkraft versorgt, um verschiedene Antriebsarten zu erreichen.
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Das Fahrgestell 30 bietet Befestigungs- und Aufhängungskomponenten zur Abstützung der Karosserie 20 auf einer Vielzahl von Antriebselementen oder Rädern in einer Ausführungsform, einschließlich eines rechten Vorderrads (RF) 31, eines linken Vorderrads (LF) 32, eines linken Hinterrads (LR) 33 und eines rechten Hinterrads (RR) 34 in einer Ausführungsform. Das Fahrgestell 30 umfasst eine Vielzahl von Antriebsstrangkomponenten 35 zur Übertragung der mechanischen Leistung zwischen einer Ausführungsform des IEPS 100 und der Vielzahl von Rädern, z. B. RF-Rad 31, LF-Rad 32, LR-Rad 33 und RR-Rad 34 in einer Ausführungsform.
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Die Karosserie 20 umfasst eine Vielzahl von Ecken, darunter die RF-Ecke 21, die LF-Ecke 22, die LR-Ecke 23 und die RR-Ecke 24, die so gestaltet sind, dass sie ein entsprechendes Rad aus der Vielzahl der Räder aufnehmen können, z. B. das RF-Rad 31, das LF-Rad 32, das LR-Rad 33 und das RR-Rad 34. Die Karosserie 20 umfasst auch einen Fahrgastraum 25. An einer Oberfläche der Karosserie 20 befindet sich eine Ladungszugangsöffnung 15, die über elektrische Hochspannungskabel mit dem IEPS 100 verbunden ist. Dies wird anhand der 2, 3 und 4 veranschaulicht.
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Wie wiederum in 1 dargestellt ist, umfassen die Antriebsstrangkomponenten 35, ohne darauf beschränkt zu sein, Antriebswellen, Halbwellen, Radaufhängungen, Radspindeln, Bremsen, Differentiale, Gleichlaufgelenke, Antriebselemente usw. Die Antriebsstrangkomponenten 35 sind so angeordnet, dass die Zugkraft an die Antriebselemente oder Räder in einer Frontantriebskonfiguration, einer Heckantriebskonfiguration, einer Allradantriebskonfiguration, einer Vierradantriebskonfiguration oder einer Vierradantriebskonfiguration mit einer Leistungsabnahmeanordnung übertragen wird. In einer Ausführungsform sind die Antriebselemente als eine durchgehende Spur angeordnet, wobei das Antriebselement ein Stirnradgetriebe ist. In einer Ausführungsform ist das Antriebselement als Propeller angeordnet, wenn das Fahrzeug ein Motorboot oder ein Flugzeug ist.
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Das Wärmemanagementsystem 40 ist am Fahrzeug 10 angeordnet und umfasst einen Fluidikkreislauf mit einem Fluid/Luft-Wärmetauscher (Kühler) 42 und zugehörigen Fluid-Leitungselementen, die über einen Anschluss 44 mit dem IEPS 100 verbunden sind. Dies ist in den 2, 3 und 4 dargestellt.
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Eine Vielzahl von elektrische Niederspannungs-Zubehörteilen 60 sind im Fahrzeug angeordnet, darunter z. B. Beleuchtung, Fenster, Sitze, Klimatisierungsventilatoren, Navigation, Infotainment usw. Sie werden elektrisch mit Strom versorgt, der von einer wiederaufladbaren Energiespeichervorrichtung (RESS) 110 über das Hilfsstrommodul 124 über einen Niederspannungs-Leistungsbus-Anschluss 160 abgeleitet wird, wie in 2 dargestellt.
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Ein Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystem (HVAC) 50 ist so angeordnet, dass es die Umgebung der Kabine 25 regelt, wobei die AC-Versorgung über einen Zubehörmotor 126 über den Anschluss 170 erfolgt, wie mit Bezug auf 2 dargestellt.
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Ein Fahrzeugsteuergerät 62 ist so angeordnet, dass es den Betrieb verschiedener Systeme des Fahrzeugs 10 als Reaktion auf Befehle des Fahrers und andere Parameter steuert, und steht mit dem IEPS 100 über den Kommunikationsbus 65, den Kommunikationsbus 165 und den Verbinder 166 in Verbindung, wie in 2 dargestellt.
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Ein Telematiksystem 67 ist angeordnet, um eine Kommunikation zwischen dem Fahrzeug 10 und anderen Systemen bereitzustellen.
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Diese Anordnung erleichtert das sofortigen Aufnehmen einer Ausführungsform des IEPS 100 in ein Fahrgestell und eine Fahrzeugkarosserie mit minimalen Anschlüssen für HVAC, Kühlung usw.
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Diese Anordnung erleichtert die einfache Anpassung einer Ausführungsform des IEPS 100 an eine von mehreren Karosserie-, Fahrgestell- und Antriebsstrangkonfigurationen mit einer minimalen Anzahl von Verbindungen.
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Diese Anordnung erleichtert die flexible Anordnung einer Ausführungsform des IEPS 100 in mehreren Karosserie-, Fahrgestell- und Antriebsstrangkonfigurationen mit einer minimalen Anzahl von Verbindungsstellen.
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2 zeigt schematisch eine Ausführungsform des integrierten elektrifizierten Antriebssystems (IEPS) 100, das eine einzige elektrischen Maschine 115, ein mechanisches Getriebe 140, eine wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung (RESS) 110, ein integriertes Kühlsystem 170 und ein Leistungselektroniksystem 120 umfasst, wobei die einzige elektrischen Maschine 115, das mechanische Getriebe 140, das integrierte Kühlsystem 170, das RESS 110 und das Leistungselektroniksystem 120 in einem Gehäuse 180 untergebracht und angeordnet sind.
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Diese Anordnung ermöglicht ein zentralisiertes, konsolidiertes Layout der Komponenten, ist leicht an verschiedene Fahrzeugplattformen ohne oder mit minimalen Änderungen anpassbar und kann die Masse, die Anzahl der Teile, die Komplexität des Kabelbaums, die Fahrzeugmontagezeit und die Wartungsfreundlichkeit reduzieren.
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Das Gehäuse 180 besteht aus einer zusammengesetzten prismenförmigen Vorrichtung, die ein erstes Ende 181, das zu einem vorderen Abschnitt hin angeordnet ist, ein zweites Ende 182, das zu einem hinteren Abschnitt hin angeordnet ist, eine erste Seite 183 und eine zweite Seite 184, einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt umfasst. Das erste und zweite Ende 181, 182 sind parallel zur Längsachse 11 angeordnet, und die erste und zweite Seite 183, 184 sind parallel zur Querachse 12 angeordnet. Eine Mittellinie 185 ist entlang der Längsachse seitlich in der Mitte zwischen der ersten und zweiten Seite 183, 184 definiert.
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Bei der einzelnen elektrischen Maschine 115 handelt es sich um einen mehrphasigen Hochspannungs-Elektromotor/-Generator mit einer Ausgangswelle, die drehbar mit dem mechanischen Getriebe 140 verbunden ist und die gesamte Zugkraft für den Fahrzeugantrieb bereitstellen kann. Die einzige elektrische Maschine 115 ist so konfiguriert, dass sie gespeicherte elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt und mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, die an die RESS 110 übertragen und dort gespeichert werden kann.
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Die RESS 110 ist eine Hochspannungs-Energiespeichervorrichtung, z. B. ein mehrzelliges Lithium-Ionen-Gerät, das aus einer Vielzahl miteinander verbundener Batteriezellen 111 besteht. In dieser Ausführungsform ist die Vielzahl von Batteriezellen 111 in einem einzigen Behälter 112 untergebracht und auf einer Seite des Gehäuses 180 angeordnet.
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Das RESS 110 kann über den Ladeanschluss 15 eine elektrische Verbindung zu einer entfernten, außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Stromquelle herstellen, um eine elektrische Aufladung durchzuführen, während das Fahrzeug 10 steht. Das RESS 110 ist über den Hochspannungsstrombus 114 elektrisch mit einem Wechselrichter 122 verbunden, um als Reaktion auf Steuersignale, die von der leistungselektronischen Steuerung 132 ausgehen, Hochspannungs-Gleichstrom über Dreiphasenleiter an die einzige elektrischen Maschine 115 zu übertragen.
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Das mechanische Getriebe 140 umfasst einen Zahnradsatz 141, der über eine Vielzahl von Wellenelementen mit einer Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen verbunden ist. In einer Ausführungsform umfasst der Zahnradsatz 141 eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 142 in Form einer mehrstufigen festen Getriebevorrichtung. Alternativ kann der Zahnradsatz 141 auch ein oder mehrere Planetengetriebe, ein oder mehrere Differentialgetriebe oder eine andere Anordnung umfassen. Das Getriebe 140 umfasst auch andere Getriebesätze, Wellen, Kupplungen, Lager, Koppler und andere Vorrichtungen zur Übertragung mechanischer Leistung. Die Vielzahl der Leistungsabnahmekupplungen umfasst eine vordere Leistungsabnahmekupplung 146, eine hintere Leistungsabnahmekupplung 148, die der vorderen Leistungsabnahmekupplung 146 gegenüberliegt, und in einer Ausführungsform eine seitliche Leistungsabnahmekupplung 149. Die Vielzahl von Wellenelementen umfassen in einer Ausführungsform und wie dargestellt eine erste Welle 143, die parallel zur Längsachse 11 verläuft und mit der vorderen Leistungsabnahmekupplung 146 verbunden ist, eine zweite Welle 144, die parallel zur Längsachse 11 verläuft und mit der hinteren Leistungsabnahmekupplung 148 verbunden ist, und eine dritte Welle 145, die parallel zur Querachse 12 verläuft und mit der seitlichen Leistungsabnahmekupplung 149 verbunden ist. In dieser Ausführungsform sind die erste und die zweite Welle 143, 144 kollinear und seitlich von der Mittellinie 185 versetzt.
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Die Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen sind so konfiguriert, dass sie mit den entsprechenden Antriebsstrangkomponenten 35 gekoppelt werden können, um mechanische Leistung zwischen dem IEPS 100 und einem oder mehreren der Vielzahl von Rädern, z. B. dem RF-Rad 31, dem LF-Rad 32, dem LR-Rad 33 und dem RR-Rad 34, zu übertragen, um das Fahrzeug je nach Anordnung des Antriebsstrangs und des Fahrgestells in einer oder mehreren der folgenden Konfigurationen zu betreiben: Frontantriebskonfiguration, Heckantriebskonfiguration, Allradantriebskonfiguration, Vierradantriebskonfiguration, Vierradantriebskonfiguration einschließlich Leistungsabnahmeanordnung, Raupenkonfiguration oder Propellerkonfiguration.
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Mit erneuter Bezugnahme auf 2 ist das integrierte Kühlsystem 170 ein Wärmemanagementkreislauf, der einen im Gehäuse 180 angeordneten Fluidikkreislauf 172 mit Rohren, Kupplungen und einer Vielzahl von Wärmeaustauschelementen umfasst, die mit verschiedenen Elementen verbunden sind, um Wärme abzuführen oder anderweitig zu verwalten. Der Fluidikkreislauf 172 umfasst einen Fluidikkoppler 174, der so konfiguriert ist, dass er über einen einzigen Fluideingang und einen einzigen Fluidausgang mit dem Anschluss 44 des Wärmemanagementsystems 40 fluidisch verbunden ist. In einer Ausführungsform ist der Fluidkreis 172 so angeordnet, dass er Kühlmittel zum RESS 110, zum Leistungselektroniksystem 120 usw. zirkulieren lässt, um Wärme daraus zu entfernen.
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Das Leistungselektroniksystem 120 umfasst den elektrischen Wechselrichter 122, ein Hilfsstrommodul (APM) 124, einen Hilfselektromotor 126, einen elektrischen Lademanager 128, einen Batterielademanager 130 und eine Leistungselektroniksteuerung 132, die über einen Kommunikationsbus 165 miteinander kommunizieren. Der Kommunikationsbus 165 umfasst einen Busverbinder 166, über den der Kommunikationsbus 165 mit dem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden ist und mit diesem kommuniziert.
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Die Leistungselektroniksteuerung 132 enthält ausführbare Software, Algorithmen, Kalibrierungen usw. um den Betrieb des elektrischen Wechselrichters 122, des Hilfstrommoduls 124, des elektrischen Hilfsmotors 126, des elektrischen Lademanagers 128 und des Batterielademanagers 130 zu überwachen, zu kontrollieren, zu steuern und anderweitig zu verwalten. Die Leistungselektroniksteuerung 132 kommuniziert mit der in 1 beschriebenen Fahrzeugsteuergerät 62 über den Kommunikationsbus 65 und den Kommunikationsbus 165, um Steuerbefehle für das IEPS 100 zu empfangen und Betriebsparameter des IEPS 100 an das Fahrzeugsteuergerät 62 zu übermitteln.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2 umfasst der Wechselrichter 122 Leistungstransistoren, die komplementär gepaart und elektrisch in Reihe über die positiven und negativen Zweige des Hochspannungsstrombusses 114 geschaltet sind (siehe 2). Die Leistungstransistoren transformieren Hochspannungs-Gleichstrom in Hochspannungs-Wechselstrom und transformieren Hochspannungs-Wechselstrom in Hochspannungs-Gleichstrom. Der Wechselrichter 122 steuert die Leistungstransistoren mittels Pulsweitenmodulation (PWM), um gespeicherte Gleichstromenergie aus dem RESS 110 in Wechselstromenergie umzuwandeln und die einzige elektrischen Maschine 115 zur Erzeugung eines Drehmoments anzutreiben. In ähnlicher Weise wandelt der Wechselrichter 122 die an die einzige elektrischen Maschine 115 übertragene mechanische Leistung in Gleichstrom um, um elektrische Energie zu erzeugen, die im RESS 110 speicherbar ist, auch als Teil einer regenerativen Bremssteuerungsstrategie. Der elektrische Wechselrichter 122 empfängt Motorsteuerungsbefehle vom fahrzeugseitigen Steuergerät 62 über den Kommunikationsbus 65 und steuert Wechselrichterzustände, um die Motorantriebs- und regenerative Bremsfunktionalität vom fahrzeugseitigen Steuergerät 62 bereitzustellen, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wird.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist das APM 124 ein Abwärtswechselrichter, der die vom RESS 110 über den Hochspannungsstrombus 114 gelieferte Hochspannungsgleichstromenergie in Niederspannungsstrom umwandelt, der über den Niederspannungsanschluss 160 an einen Niederspannungsstrombus 125 ausgegeben wird (siehe 2). Der Niederspannungsstrombus 125 kann Niederspannungsstrom an bordeigene Systeme wie ein Infotainmentsystem, ein Navigationssystem, die Fahrzeugbeleuchtung, Zubehör, das bordeigene Steuergerät 62, andere Steuergeräte, Aktuatoren und Sensoren usw. liefern.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist der Zubehörelektromotor 126 ein ein- oder mehrphasiger Elektromotor, der mechanische Energie erzeugt, die an ein Fahrzeuggerät übertragen werden kann. In einer Ausführungsform ist der Hilfselektromotor 126 Teil eines elektrisch betriebenen Klimakompressors des HVAC-Systems 50, der über den Anschluss 150 mit dem Fahrgestell 30 verbunden ist.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist der elektrische Lademanager 128 ein Steuergerät, das zur Überwachung und Steuerung des Lade- und Entladevorgangs des RESS 110 eingerichtet ist.
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Der Batterielademanager 130 ist eine Steuerung, die den Stromfluss von einer externen Stromquelle außerhalb des Fahrzeugs, die mit dem Ladeanschluss 15 verbunden ist, überwacht und steuert. Der Batterielademanager 130 verwaltet den Stromfluss von einer externen Stromquelle außerhalb des Fahrzeugs, um die elektrische Aufladung des RESS 110 zu bewirken, z. B. wenn das Fahrzeug stillsteht.
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3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des integrierten elektrifizierten Antriebssystems (IEPS) 200, das die einzige elektrischen Maschine 215, das mechanische Getriebe 240, die wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung (RESS) 210, das integrierte Kühlsystem 270 und das Leistungselektroniksystem 220 umfasst, wobei die einzige elektrischen Maschine 215, das mechanische Getriebe 240, das integrierte Kühlsystem 270, das RESS 210 und das Leistungselektroniksystem 220 in einem Gehäuse 280 untergebracht und angeordnet sind.
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Viele Elemente dieser Anordnung sind analog zu der unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Ausführungsform.
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Das Gehäuse 280 ist aus einer zusammengesetzten prismenförmigen Vorrichtung aufgebaut, die ein erstes Ende 281, das zu einem vorderen Abschnitt hin angeordnet ist, ein zweites Ende 282, das zu einem hinteren Abschnitt hin angeordnet ist, eine erste Seite 283 und eine zweite Seite 284, einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt umfasst. Das erste und zweite Ende 281, 282 sind parallel zur Längsachse 11 angeordnet, und die erste und zweite Seite 283, 284 sind parallel zur Querachse 12 angeordnet. Eine Mittellinie 285 ist entlang der Längsachse seitlich in der Mitte zwischen der ersten und zweiten Seite 283, 284 definiert.
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Bei der einzelnen elektrischen Maschine 215 handelt es sich um einen mehrphasigen rotierenden elektrischen Hochspannungsmotor/-generator mit einer Ausgangswelle, die drehbar mit dem mechanischen Getriebe 240 verbunden ist und die gesamte Zugkraft für den Fahrzeugantrieb bereitstellen kann. Die einzige elektrischen Maschine 215 ist so konfiguriert, dass sie gespeicherte elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt und mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, die an den RESS 210 übertragen und dort gespeichert werden kann.
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Die RESS 210 ist ein Hochspannungs-Energiespeicher, z. B. ein mehrzelliges Lithium-Ionen-Gerät, das aus einer Vielzahl von Batteriezellen 211 besteht. In dieser Ausführungsform ist die Vielzahl der Batteriezellen 211 in einem ersten Behälter 212-1 und einem zweiten Behälter 212-2 untergebracht, die auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 180 angeordnet sind.
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Die RESS 210 kann über den Ladeanschluss 15 elektrisch mit einer entfernten, außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Stromquelle verbunden werden, um das Fahrzeug 10 bei Stillstand aufzuladen. Die RESS 210 ist über den Hochspannungsstrombus 214 elektrisch mit einem Wechselrichter 222 verbunden, um Hochspannungs-Gleichstrom über Dreiphasenleiter an die einzige elektrischen Maschine 215 zu übertragen, und zwar als Reaktion auf Steuersignale, die von der Leistungselektroniksteuerung 232 ausgehen.
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Das mechanische Getriebe 240 umfasst einen Zahnradsatz 241, der über eine Vielzahl von Wellenelementen mit einer Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen verbunden ist. In einer Ausführungsform umfasst der Zahnradsatz 241 eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 242 in Form eines mehrstufigen festen Zahnradgetriebes. Alternativ kann der Zahnradsatz 241 auch ein oder mehrere Planetengetriebe, ein oder mehrere Differentialgetriebe oder eine andere Anordnung umfassen. Das Getriebe 240 umfasst auch andere Zahnradsätze, Wellen, Kupplungen, Lager, Koppler und andere Vorrichtungen zur Übertragung mechanischer Leistung. Die Vielzahl der Leistungsabnahmekupplungen umfasst eine vordere Leistungsabnahmekupplung 246, eine hintere Leistungsabnahmekupplung 248, die der vorderen Leistungsabnahmekupplung 246 gegenüberliegt, und in einer Ausführungsform eine seitliche Leistungsabnahmekupplung 249. Die Vielzahl von Wellenelementen umfassen in einer Ausführungsform und wie dargestellt eine erste Welle 243, die parallel zur Längsachse 11 verläuft und mit der vorderen Leistungsabnahmekupplung 246 verbunden ist, eine zweite Welle 244, die parallel zur Längsachse 11 verläuft und mit der hinteren Leistungsabnahmekupplung 248 verbunden ist, und eine dritte Welle 245, die parallel zur Querachse 12 verläuft und mit der seitlichen Leistungsabnahmekupplung 249 verbunden ist. In dieser Ausführungsform sind die erste und die zweite Welle 243, 244 kollinear und liegen kollinear mit der Mittellinie 285.
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Die Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen sind so konfiguriert, dass sie mit den entsprechenden Antriebsstrangkomponenten 35 gekoppelt werden können, um mechanische Leistung zwischen dem IEPS 200 und einem oder mehreren der mehreren Räder, z. B. dem RF-Rad 31, dem LF-Rad 32, dem LR-Rad 33 und dem RR-Rad 34, zu übertragen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 3 ist das integrierte Kühlsystem 270 ein Wärmemanagementkreislauf, der einen im Gehäuse 280 angeordneten Fluidkreislauf 272 mit Rohren, Kupplungen und einer Vielzahl von Wärmeaustauschelementen umfasst, die mit verschiedenen Elementen verbunden sind, um Wärme abzuführen oder anderweitig die Wärmeübertragung zu steuern. Der Fluidkreis 272 umfasst einen Fluidkoppler 274, der so konfiguriert ist, dass er mit dem Anschluss 44 des Wärmemanagementsystems 40 fluidisch verbunden werden kann. In einer Ausführungsform ist der Fluidkreis 272 so angeordnet, dass er Kühlmittel zum RESS 210, zum Leistungselektroniksystem 220 usw. zirkulieren lässt, um Wärme daraus zu entfernen.
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Das Leistungselektroniksystem 220 umfasst den elektrischen Wechselrichter 222, ein Hilfsstrommodul 224, einen Hilfselektromotor 226, einen elektrischen Lademanager 228, einen Batterielademanager 230 und eine Leistungselektroniksteuerung 232, die über einen Kommunikationsbus 265 miteinander kommunizieren. Der Kommunikationsbus 265 umfasst einen Busanschluss 266, über den der Kommunikationsbus 265 mit dem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden ist und mit diesem kommuniziert. In dieser Ausführungsform sind die Elemente des Leistungselektroniksystems 220 parallel zur Querachse 12 und zur Vorderseite des Containers 200 hin angeordnet, um eine einfache Verbindung mit den Batteriezellengehäusen in den Containern 212-1 und 212-2 herzustellen.
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Die Anordnung und die Funktionen des Wechselrichters 222, des APM 224, des Hilfselektromotors 226, des elektrischen Lademanagers 228, des Batterielademanagers 230 und der Leistungselektroniksteuerung 232 sind analog zu den entsprechenden Geräten, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben sind.
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Die Leistungselektroniksteuergerung 232 kommuniziert über einen Kommunikationsbus 265. Der Kommunikationsbus 265 umfasst einen Busanschluss 266, über den der Kommunikationsbus 265 mit dem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden ist und mit diesem kommuniziert.
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Die Leistungselektroniksteuerung 232 enthält ausführbare Software, Algorithmen, Kalibrierungen usw., um den Betrieb des elektrischen Wechselrichters 222, des Hilfsstrommoduls 224, des Hilfselektromotors 226, des elektrischen Lademanagers 228 und des Batterielademanagers 230 zu überwachen, zu beaufsichtigen, zu steuern und anderweitig zu verwalten. Das Leistungselektroniksteuerung 232 kommuniziert mit dem in 1 beschriebenen Fahrzeugsteuergerät 62 über den Kommunikationsbus 65 und den Kommunikationsbus 265, um Steuerbefehle für das IEPS 200 zu empfangen und Betriebsparameter des IEPS 200 an das Fahrzeugsteuergerät 62 zu übermitteln.
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4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform des integrierten elektrifizierten Antriebssystems (IEPS) 300, das die einzige elektrischen Maschine 315, das mechanische Getriebe 340, die wiederaufladbare Energiespeichervorrichtung (RESS) 310, das integrierte Kühlsystem 370 und das Leistungselektroniksystem 320 umfasst, wobei die einzige elektrischen Maschine 315, der mechanische Antriebsstrang 340, das integrierte Kühlsystem 370, die RESS 310 und das Leistungselektroniksystem 320 in einem Gehäuse 380 untergebracht und angeordnet sind.
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Viele Elemente dieser Anordnung sind analog zu der unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Ausführungsform.
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Das Gehäuse 380 ist aus einer zusammengesetzten prismenförmigen Vorrichtung aufgebaut, die ein erstes Ende 381, das zu einem vorderen Abschnitt hin angeordnet ist, ein zweites Ende 382, das zu einem hinteren Abschnitt hin angeordnet ist, eine erste Seite 383 und eine zweite Seite 384, einen oberen Abschnitt und einen unteren Abschnitt umfasst. Das erste und zweite Ende 381, 382 sind parallel zur Längsachse 11 angeordnet, und die erste und zweite Seite 383, 384 sind parallel zur Querachse 12 angeordnet. Eine Mittellinie 385 ist entlang der Längsachse seitlich in der Mitte zwischen der ersten und zweiten Seite 383, 384 definiert.
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Bei der einzigen elektrischen Maschine 315 handelt es sich um einen mehrphasigen rotierenden elektrischen Hochspannungsmotor/-generator mit einer Ausgangswelle, die drehbar mit dem mechanischen Getriebe 340 verbunden ist und die gesamte Zugkraft für den Fahrzeugantrieb bereitstellen kann. Die einzige elektrischen Maschine 315 ist so konfiguriert, dass sie gespeicherte elektrische Energie in mechanische Energie umwandelt und mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt, die an den RESS 310 übertragen und dort gespeichert werden kann.
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Die RESS 310 ist ein Hochspannungs-Energiespeichervorrichtung, z. B. ein mehrzelliges Lithium-Ionen-Gerät, das aus einer Vielzahl von Batteriezellen 311 besteht. In dieser Ausführungsform ist die Vielzahl der Batteriezellen 311 in einem ersten Behälter 312-1 und einem zweiten Behälter 312-2 untergebracht, die auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 380 angeordnet sind.
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Die RESS 310 kann über den Ladeanschluss 15 eine elektrische Verbindung zu einer entfernten, außerhalb des Fahrzeugs befindlichen Stromquelle herstellen, um das Fahrzeug 10 bei Stillstand elektrisch aufzuladen. Die RESS 310 ist über den Hochspannungsstrombus 314 elektrisch mit einem Wechselrichter 322 verbunden, um Hochspannungs-Gleichstrom über Dreiphasenleiter an die einzige elektrischen Maschine 315 zu übertragen, und zwar als Reaktion auf Steuersignale, die von der Leistungselektroniksteuerung 332 ausgehen.
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Das Leistungselektroniksteuerung 332 kommuniziert über einen Kommunikationsbus 365. Der Kommunikationsbus 365 umfasst einen Busanschluss 366, über den der Kommunikationsbus 365 mit dem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden ist und mit diesem kommuniziert.
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Die Leistungselektroniksteuerung 332 enthält ausführbare Software, Algorithmen, Kalibrierungen usw., um den Betrieb des Wechselrichters 322, des Hilfsenergiemoduls 324, des Hilfselektromotors 326, des elektrischen Lademanagers 328 und des Batterielademanagers 330 zu überwachen, zu kontrollieren, zu steuern und anderweitig zu verwalten. Die Leistungselektroniksteuerung 332 kommuniziert mit dem in 1 beschriebenen Fahrzeugsteuergerät 62 über den Kommunikationsbus 65 und den Kommunikationsbus 365, um Steuerbefehle für das IEPS 300 zu empfangen und Betriebsparameter des IEPS 300 an das Fahrzeugsteuergerät 62 zu übermitteln.
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Das mechanische Getriebe 340 umfasst einen Zahnradsatz 341, der über eine Vielzahl von Wellenelementen mit einer Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen verbunden ist. In einer Ausführungsform umfasst der Zahnradsatz 341 eine Drehmomentübertragungsvorrichtung 342 in Form einer mehrstufigen festen Getriebevorrichtung. Alternativ kann der Zahnradsatz 341 auch eines oder mehrere Planetengetriebe, ein oder mehrere Differentialgetriebe oder eine andere Anordnung umfassen. Das Getriebe 340 umfasst auch andere Zahnradsätze, Wellen, Kupplungen, Lager, Koppler und andere Vorrichtungen zur Übertragung mechanischer Leistung. Die Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen umfassen eine linke vordere Leistungsabnahmekupplung 346, eine rechte vordere Leistungsabnahmekupplung 348, die der vorderen Leistungsabnahmekupplung 346 gegenüberliegt, und in einer Ausführungsform eine hintere Leistungsabnahmekupplung 349. Die Vielzahl von Wellenelemente umfassen in einer Ausführungsform und wie dargestellt eine erste Welle 343, die parallel zur Längsachse 11 verläuft und mit der hinteren Leistungsabnahmekupplung 349 verbunden ist, eine zweite Welle 344, die parallel zur Querachse 12 verläuft und mit der linken vorderen Leistungsabnahmekupplung 346 verbunden ist, und eine dritte Welle 345, die parallel zur Querachse 12 verläuft und mit der rechten vorderen Leistungsabnahmekupplung 348 verbunden ist. In dieser Ausführungsform sind die erste und die zweite Welle 343, 344 kollinear, stehen orthogonal zur Mittellinie 385 und bilden die Vorderachse. Die dritte Welle 345 ist kollinear mit der Mittellinie 385, wobei sich die hintere Leistungsabnahmekupplung 349 im hinteren Teil des Geräts befindet.
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Die Vielzahl von Leistungsabnahmekupplungen sind so konfiguriert, dass sie mit den entsprechenden Antriebsstrangkomponenten 35 gekoppelt werden können, um mechanische Leistung zwischen dem IEPS 300 und einem oder mehreren der mehreren Räder, z. B. dem RF-Rad 31, dem LF-Rad 32, dem LR-Rad 33 und dem RR-Rad 34, zu übertragen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 3 ist das integrierte Kühlsystem 370 ein Wärmemanagementkreislauf, der einen im Gehäuse 380 angeordneten Fluidkreislauf 372 mit Rohren, Kupplungen und einer Vielzahl von Wärmeaustauschelementen umfasst, die mit verschiedenen Elementen verbunden sind, um Wärme abzuführen oder anderweitig die Wärmeübertragung zu steuern. Der Fluidkreis 374 umfasst einen Fluidkoppler 374, der so konfiguriert ist, dass er eine Fluidverbindung mit dem Anschluss 44 des Wärmemanagementsystems 40 herstellt. In einer Ausführungsform ist der Fluidkreis 372 so angeordnet, dass er Kühlmittel zum RESS 310, zum Leistungselektroniksystem 320 usw. zirkulieren lässt, um Wärme von dort abzuführen.
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Das Leistungselektroniksystem 320 umfasst den Wechselrichter 322, ein Hilfsstrommodul 324, einen Hilfselektromotor 326, einen elektrischen Lademanager 328, einen Batterielademanager 330 und eine Leistungselektroniksteuerung 332, die über einen Kommunikationsbus 365 kommunizieren. Der Kommunikationsbus 365 umfasst einen Busanschluss 366, über den der Kommunikationsbus 365 mit dem Fahrzeugkommunikationsbus 65 verbunden ist und mit diesem kommuniziert. In dieser Ausführungsform sind die Elemente des Leistungselektroniksystems 320 parallel zur Querachse 12 und zur Vorderseite des Behälters 300 hin angeordnet, um eine einfache Verbindung mit den Batteriezellengehäusen in den Behältern 312-1 und 312-2 zu ermöglichen.
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Die Anordnung und die Funktionen des Wechselrichters 322, des APM 324, des Hilfselektromotors 326, des elektrischen Lademanagers 328, des Batterielademanagers 330 und der Leistungselektroniksteuerung 332 sind analog zu den entsprechenden Geräten, die unter Bezugnahme auf 2 beschrieben sind.
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Der Begriff „Steuergerät“ und verwandte Begriffe wie Mikrocontroller, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor usw. beziehen sich auf eine oder verschiedene Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA), elektronischen Schaltungen, Zentraleinheiten, z. B. Mikroprozessoren und zugehörigen nicht-flüchtige Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Nur-Lese-, programmierbare Nur-Lese-, Direktzugriffs-, Festplattengeräte usw.). Die nicht-flüchtigen Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen, Signalaufbereitung, Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die ein oder mehrere Prozessoren zugreifen und sie ausführen können, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen gehören Analog-Digital-Wandler und verwandte Vorrichtungen, die Eingänge von Sensoren überwachen, wobei solche Eingänge mit einer voreingestellten Abtastfrequenz oder als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis überwacht werden. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen von Steuergeräten ausführbare Befehlssätze einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jedes Steuergerät führt Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Routinen können in regelmäßigen Abständen ausgeführt werden, z. B. alle 100 Mikrosekunden während des laufenden Betriebs. Alternativ dazu können die Routinen als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen Controllern, Aktuatoren und/oder Sensoren kann über eine direkte verdrahtete Punkt-zu-Punkt-Verbindung, eine vernetzte Kommunikationsbusverbindung, z. B. die Kommunikationsbusse 65 und 165, eine drahtlose Verbindung (z. B. WiFi, LiFi usw.) oder eine andere Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Kommunikation umfasst den Austausch von Datensignalen, z. B. elektrische Signale über ein leitendes Medium, elektromagnetische Signale über Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter usw. Zu den Datensignalen können diskrete, analoge und/oder digitalisierte Analogsignale gehören, die Eingaben von Sensoren, Stellantriebsbefehle und die Kommunikation zwischen Steuergeräten darstellen.
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Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf einen physikalisch wahrnehmbaren Indikator, der Informationen übermittelt, und kann eine geeignete Wellenform sein (z. B. elektrisch, optisch, magnetisch, mechanisch oder elektromagnetisch), wie Gleichstrom, Wechselstrom, Sinuswelle, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die sich durch ein Medium ausbreiten kann.
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Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die vorliegende Lehre, aber der Umfang der vorliegenden Lehre wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Modi und andere Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Lehre im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Lehre in den Ansprüchen definiert.
