EP4587290A1

EP4587290A1 - Zentrale elektrische einrichtung zum betreiben einer elektrischen antriebs- und/oder rekuperationsachse eines anhängers oder aufliegers eines nutzfahrzeuges

Info

Publication number: EP4587290A1
Application number: EP23758554.2A
Authority: EP
Inventors: Nils Pfullmann; Steffen Gerlach; Alexander Rodenberg; Fabian ICKEROTT; Michael Schomburg
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2022-09-15
Filing date: 2023-08-16
Publication date: 2025-07-23
Also published as: CN119731043A; WO2024056303A1; US20250206171A1; DE102022123622A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine zentrale elektrische Einrichtung (1) zum Betreiben einer elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) eines Anhängers oder Aufliegers (2) eines Nutzfahrzeuges (5), umfassend mindestens zwei elektrische und/oder elektronische Komponenten (9, 10, 11, 12, 13, 22, 38), welche in einem gemeinsamen Gehäuse (6) angeordnet sind und innerhalb des Gehäuses (6) derart verschaltet sind, dass die Komponenten (9, 10, 11, 12, 13, 22, 38), die auf dem gleichen Spannungsniveau arbeiten, auf eine am Gehäuse ausgebildete gemeinsame Schnittstelle (14, 15) zur Verbindung mit der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) des Anhängers oder Aufliegers (2) des Nutzfahrzeuges (5) geführt sind.

Description

Zentrale elektrische Einrichtung zum Betreiben einer elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse eines Anhängers oder Aufliegers eines Nutzfahrzeuges

Die Erfindung betrifft eine zentrale elektrische Einrichtung zum Betreiben einer elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse eines Anhängers oder Aufliegers eines Nutzfahrzeuges. Vorzugsweise ist die elektrische Antriebs- und/oder Rekuperationsachse als e-Drive-Achse ausgebildet. Der Anhänger oder Auflieger kann als Kipper, Zentralachsanhänger oder Sattelauflieger ausgebildet sein.

Es ist bekannt, dass e-Drive-Achsen in Anhängern oder Aufliegern von Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommen und sich dadurch auszeichnen, dass eine elektrische Antriebsmaschine in die Achse integriert ist. Ein solcher Anhänger oder Auflieger kann an jeden Lastwagen oder jede Zugmaschine angehängt werden und macht aus diesen ein Hybridfahrzeug. Durch den zusätzlichen Selbstantrieb des Anhängers oder Aufliegers wird die Traktion und die Beschleunigung des Gesamtfahrzeuges beeinflusst.

Alle bekannten elektrischen Anhängersysteme verwenden diverse Komponentenanordnungen, welche die zur Spannungsversorgung und zum Antrieb notwendigen elektrischen und/oder elektronischen Komponenten beinhalten. Diese Komponentenanordnungen sind über den gesamten Anhänger bzw. Auflieger verteilt und erschweren eine Installation an nur einem Fabrikationsstandort des Anhängers oder Aufliegers bzw. auf einer regulären Produktionslinie.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, insbesondere eine zentrale elektrische Einrichtung anzugeben, die an nur einem Standort bzw. auf einer regulären Produktionslinie montiert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch eine zentrale elektrische Einrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Danach umfasst die zentrale elektrische Einrichtung zum Betreiben einer elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse eines Anhängers oder Aufliegers eines Nutzfahrzeuges mit mindestens zwei elektrischen und/oder elektronischen Komponenten, welche in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind und innerhalb des Gehäuses derart verschaltet sind, dass die Komponenten, die auf dem gleichen Spannungsniveau arbeiten, auf eine am Gehäuse ausgebildete gemeinsame Schnittstelle zur Verbindung mit der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperations- achse des Anhängers oder Aufliegers des Nutzfahrzeuges geführt sind. Eine solche zentrale elektrische Einrichtung weist eine reduzierte Anzahl von Schnittstellen auf, die die zentrale elektrische Einrichtung mit dem Anhänger bzw. Auflieger verbinden, und kann vormontiert zum Hersteller des Anhängers oder Aufliegers geliefert werden. Beim Hersteller des Anhängers bzw. Aufliegers kann zur Montage auf eine nachträgliche handwerkliche Fertigstellung verzichtet werden, da nur die wenigen Schnittstellen mit dem Anhänger oder Auflieger verbunden werden müssen. Dadurch werden die Montagezeit verkürzt und Montageschritte eingespart. Es kann auch auf den Einsatz von geschultem Fertigungspersonal und hochspezialisierten Mitarbeitern, welche beispielsweise Wissen über Hochvolt-Komponenten und -Schaltungen aufweisen, weitgehend verzichtet werden. Konstruktionsänderungen am Anhänger oder Auflieger sind nicht notwendig. Die zentrale elektrische Einrichtung ist in großen Stückzahlen produzierbar.

Der Hersteller des Anhängers bzw. des Aufliegers muss nur eine konventionelle Achse gegen eine e-Drive-Achse austauschen. Bei der e-Drive-Achse handelt es sich um eine elektromotorisch angetriebene Achse, wobei der Elektromotor an der Achse positioniert ist. Somit lässt sich eine elektrische Trailerfunktionalität herstellen, die die Rückgewinnung kinetischer Energie aus mechanischer Energie, was als Re- kuperation bezeichnet wird, sowie die Bereitstellung einer Antriebskraft aus elektrischer Energie zur Unterstützung der Zugmaschine beim Überwinden von Fahrwiderständen, was als Traktion bezeichnet wird, beinhaltet.

In der einfachsten Variante erfolgt die gehäuseinterne Verschaltung der auf dem gleichen Spannungsniveau arbeitenden Komponenten über eine dem Spannungsniveau entsprechenden Verteilungseinheit, wobei die Verteilungseinheit insbesondere eine Absicherungseinheit aufweisen kann. Eine solche mit einer Spannungsquelle verbundene Verteilungseinheit versorgt die einzelnen elektrischen Komponenten mit den entsprechenden Spannungen. Ist die Verteilungseinheit um eine Absicherungseinheit ergänzt, die Sicherungen und/oder Relais umfasst, werden die Leitungen zu den elektrischen und/oder elektronischen Komponenten getrennt voneinander abgesichert, wenn eine Überlastung der Leitung auftritt. Dadurch wird eine Funktionsunfähigkeit der zentralen elektrischen Einrichtung weitgehend unterbunden.

Die auf einem Hochvoltspannungsniveau arbeitenden elektrischen Komponenten sind über eine Hochvoltverteilungseinheit oder über eine Hochvoltverteilungs- und -absicherungseinheit an eine im Gehäuse positionierte Hochvolt-Spannungsquelle angebunden und auf eine gemeinsame Hochvolt-Schnittstelle zum Betreiben einer Antriebskomponente der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse geführt. Über die Hochvoltverteilungs- und -absicherungseinheit werden alle elektrischen Komponenten innerhalb der zentralen elektrischen Einrichtung von nur einer Hochvoltspannungsquelle mit Energie versorgt. Gleichzeitig versorgt die Hochvoltspannungsquelle über eine einzige Hochvolt-Schnittstelle die elektrische Antriebs- und Rekuperationsachse mit Energie.

In einer Ausführung sind die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten über ein Niedervoltmodul, welches vorzugsweise eine Niedervoltverteilungs- und/oder -absicherungseinheit aufweist, auf eine gemeinsame Niedervoltschnittstelle zur Spannungsversorgung und/oder Ansteuerung von in der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse positionierten mindestens einen Niedervoltkomponente geführt. Auch in diesem Fall erfolgt eine Verschaltung der Niederspannungsleitungen innerhalb der zentralen elektrischen Einrichtung und eine Zusammenführung der Niedervoltleitungen in dem Niedervoltmodul, welches ebenfalls Sicherungen und Relais zum Schutz der einzelnen Niederspannungsleitungen aufweist. Das Niedervoltmodul führt auf nur eine Niedervoltschnittstelle, die dazu ausgebildet ist, die auf den Niedervoltleitungen übertragenen Daten und/oder Spannungen an ein Steuergerät der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse weiterzuleiten, welches an der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse positioniert sein kann. Die Niedervoltschnittstelle ist vorteilhafterweise als Kabelbaum ausgebildet.

Das Niedervoltmodul kann mit einer Niedervolt-Spannungsquelle direkt verbunden sein, die innerhalb des Gehäuses der zentralen elektrischen Einrichtung angeordnet ist. Somit erfolgt eine Energieversorgung auf einem Niederspannungsniveau sowohl der innerhalb des Gehäuses angeordneten Niederspannungskomponenten als auch des extern an der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse platzierten Steuergerätes.

In einer besonders einfachen Ausführung ist die mit der Hochvoltspannungsquelle über einen Inverter verbundene Hochvoltschnittstelle als Wechselstromschnittstelle zur direkten Spannungsversorgung eines die Antriebs- und/oder Rekuperationsachse antreibenden Elektromotors ausgebildet. Dazu wird nur eine Hochvoltschnittstelle am Gehäuse benötigt, die vorzugsweise als Stecker mit einem großen Querschnitt ausgebildet ist. Über diese Hochvoltschnittstelle wird aber nicht nur elektrische Energie auf die Antriebs- und/oder Rekuperationsachse zum Antrieb des Elektromotors übertragen. In der entgegengesetzten Richtung kann während des Rekuperationsbetrie- bes der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse, bei welchem der Elektromotor als Generator arbeitet und durch die mechanische Energie der Räder angetrieben wird, aus der mechanischen Energie elektrische Energie erzeugt werden, die über dieselbe Hochvoltschnittstelle der zentralen elektrischen Einrichtung zurückgeführt wird, um die Hochvoltbatterie aufzuladen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist die Hochvoltspannungsquelle der als Gleichstromschnittstelle ausgebildeten Hochvoltschnittstelle zur Spannungsversorgung eines an der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse positionierten Inverters und die Niedervoltschnittstelle zur Versorgung und Ansteuerung eines an der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse gelagerten Steuergerätes des Elektromotors ausgebildet. Dies stellt somit die einfachste Variante der zentralen elektrischen Einrichtung dar, die nur eine Hochvoltschnittstelle und eine Niedervoltschnittstelle zur Ankopplung an den Anhänger bzw. den Auflieger benötigt.

In einer bevorzugten Ausführung ist in dem Gehäuse ein Kühlsystem für die elektrische Antriebs- und/oder Rekuperationsachse angeordnet, wobei das Kühlsystem über eine gehäuseinterne Kühlleitung an eine am Gehäuse ausgebildete Kühlmittelschnittstelle zur Kühlung der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse geführt ist. Die Kühlmittelschnittstelle ist vorzugsweise als Kupplung ausgebildet, welche die gehäuseinterne Kühlleitung mit einer Kühlleitung der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse verbindet. Die Kupplung lässt sich mit nur wenigen Handgriffen installieren. Dadurch wird der Ankuppelvorgang zwischen zentraler elektrischer Einrichtung und der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse wesentlich vereinfacht. Gehäuseintern können neben der Hochvoltbatterie auch noch andere elektrische Komponenten gekühlt werden, indem die entsprechenden Kühlleitungen von dem Kühlsystem an diese weiteren Komponenten angeschlossen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist ein gehäuseexternes Steuergerät des Anhängers oder Aufliegers, welches über ein elektronisches Gateway mit einer Daten- und/oder Energieleitung des Nutzfahrzeuges verbunden ist, von außen über eine Steuergeräteschnittstelle des Gehäuses an das Niedervoltmodul geführt und gibt über die Niedervoltschnittstelle des Gehäuses Ansteuersignale an das Steuergerät der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse aus. Bei dieser komfortablen Ausgestaltung sind an die zentrale elektrische Einrichtung somit auch externe nutzfahrzeugeigene Steuergeräte anschließbar. Dies hat den Vorteil, dass die Antriebsbedingungen von Zugmaschine und Anhänger bzw. Auflieger aufeinander abgestimmt werden können.

In einer weiteren Ausgestaltung ist das gehäuseexterne Steuergerät als Bremssteuergerät des Anhängers oder Aufliegers ausgebildet. So ist es möglich, dass dem Bremssteuergerät über die standardisierte Schnittstelle beispielsweise eine Verzöge- rungs- bzw. Beschleunigungsanforderung der Zugmaschine und deren Neigung übermittelt werden. Daraus kann das Bremssteuergerät Rückschlüsse auf die Fahrdynamik ziehen und Daten bereitstellen, die über die Niedervoltschnittstelle an das Steuergerät der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse gesendet werden, wodurch der Elektromotor so angesteuert wird, dass sich die Fahrdynamik des gesamten Nutzfahrzeuges verbessert.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das Steuergerät mit einer Telematik- Einheit des Nutzfahrzeuges zur Verbesserung der Fahrdynamik und/oder der Effizienz und/oder der Fahrzeugüberwachung des Nutzfahrzeuges verbunden. Alternativ kann die Telematik-Einheit auch direkt an die Niedervoltschnittstelle angebunden sein. Dazu wird eine zusätzliche Datenleitung an die Verbindung zwischen Niedervoltschnittstelle und Steuergerät angebunden. Mittels der Telematik-Einheit werden Entfernungsdaten des Nutzfahrzeuges zum Ziel ermittelt. Daraus können Rückschlüsse gezogen werden, ob der Ladezustand der Hochvoltbatterie ausreichend ist, um das Ziel zu erreichen. Aus den Oberflächenprofilen der Umgebung der zu fahrenden Strecke kann ermittelt werden, wann es von Vorteil ist, die Antriebs- und/oder Rekuperationsachse in den Rekuperationsbetrieb zu versetzen, um die Hochvoltbatterie während der Fahrt des Nutzfahrzeuges aufzuladen und somit die Energiebilanz auszugleichen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist in dem Gehäuse ein elektrisches Leistungsinterface angeordnet, welches über eine weitere elektrische Leistungsschnittstelle des Gehäuses zu einem Nebenaggregat des Anhängers oder Aufliegers führbar ist. Dieses elektrische Leistungsinterface ist vielfältig einsetzbar. So kann es zum Betreiben eines Kühlkompressors zur Ladegutkühlung im Anhänger oder Auflieger genauso genutzt werden. Auch ist es vorstellbar, dass ein an dem Anhänger oder Auflieger befestigter Gabelstapler über dieses Leistungsinterface mit Energie versorgt wird. Da das Leistungsinterface auch als separates Inselnetzwerk ausgebildet sein kann, entfällt eine separate Hochvoltbatterie zur Versorgung der Nebenaggregate des Anhängers oder Aufliegers.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist das Nebenaggregat des Anhängers oder Aufliegers als Kühlaggregat ausgebildet. Durch den Wegfall eines Dieselkompressors im Kühlaggregat wird die Geräuschbelastung des Anhängers oder Aufliegers verbessert. Gleichzeitig wird Platz im Anhänger bzw. Auflieger eingespart. Die für die Versorgung des Kühlaggregats notwendige Energie kann auch durch den Rekuperationsbetrieb der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse ausgeglichen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist in dem Gehäuse ein Batterieladegerät angeordnet, welches mit einer weiteren Hochvoltschnittstelle des Gehäuses zum externen Energietransport in die und/oder aus der Hochvoltbatterie verbunden ist. Falls der Energieverbrauch in der zentralen elektrischen Einrichtung zu hoch oder der Ladestatus der Hochvoltbatterie zu gering ist, kann die Hochvoltbatterie jederzeit von außen aufgeladen werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist an dem Gehäuse eine mechanische Schnittstelle zur Befestigung an einem Chassis des Anhängers bzw. des Aufliegers des Nutzfahrzeuges ausgebildet. Die so vorgefertigte zentrale elektrische Einrichtung lässt sich über diese mechanische Schnittstelle vom Hersteller des Anhängers bzw. Aufliegers einfach am Anhänger bzw. Aufleger montieren. Je nach Typ des Anhängers bzw. Aufliegers kann die zentrale elektrische Einrichtung an einer Seitenfläche oder einem Boden oder auf oder an einer Dachfläche des Anhängers bzw. Aufliegers befestigt werden. Bei Sattelaufliegern bietet es sich an, die zentrale elektrische Einrichtung in dem Bereich der für Paletten vorgesehenen Palettenbox zu positionieren. Bei Kippfahrzeugen empfiehlt sich eine Anordnung der zentralen elektrischen Vorrichtung an dessen Leiterrahmen.

Weitere Merkmale, Vorteile und Eigenschaften der Erfindung werden anhand der Beschreibung bevorzugter Ausführungen unter Verweis auf die Figuren erklärt, die zeigen:

Fig. 1 : eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen zentralen elektrischen Einrichtung an einem Auflieger eines Nutzfahrzeuges,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Verschaltung der erfindungsgemäßen zentralen elektrischen Einrichtung der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperations- achse,

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Verschaltung der erfindungsgemäßen zentralen elektrischen Einrichtung der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperations- achse.

Ein Ausführungsbeispiel der Anordnung der erfindungsgemäßen zentralen elektrischen Einrichtung an einem Auflieger ist in Fig. 1 a dargestellt. Die als Box ausgebildete zentrale elektrische Einrichtung 1 ist an einer Schmalseite eines Aufliegers 2 über eine mechanische Schnittstelle 3 befestigt (Fig. 1 b). Vom Hersteller des Aufliegers 2 wird dieser nach der Anbringung der zentralen elektrischen Einrichtung 1 zum Hersteller des Zugmaschine 4 verbracht, auf welche der Auflieger 2 aufgesetzt wird und so zusammen mit der Zugmaschine 4 das Nutzfahrzeug 5 bildet.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer elektrischen Verschaltung der erfindungsgemäßen zentralen elektrischen Einrichtung 1 mit der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse 16. Die zentrale elektrische Einrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 6, in welchem ein Hochvolt-Netz 7 und ein Niedervolt-Netz 8 ausgebildet sind. Von einer Hochvoltbatterie 9, welche eine Spannung zwischen 650 bis 800 Volt bereitstellt, werden über eine Hochvoltverteilungsund -absicherungseinheit 10 verschiedene im Gehäuse 6 angeordnete Hochspannungskomponenten mit Spannung versorgt. Zu diesen Komponenten gehören ein Inverter 19, ein elektrisches Leistungsinterface 1 1 zur Versorgung von Nebenaggregaten des Aufliegers 2 und ein Batterieladegerät 12, die zur Datenübertragung gleichzeitig über das Niedervolt-Netz 8 an ein Niedervoltmodul 38 angeschlossen sind. In diesem Niedervoltmodul 38 ist eine Niedervoltverteilungs- und -absicherungseinheit 39 integriert. Über die Hochvoltverteilungs- und -absicherungseinheit 10 ist die Hochvoltbatterie 9 auf einen DC/DC-Konverter 13 geführt, welcher die von der Hochvoltbatterie 9 bereitgestellte Gleichspannung zur Spannungsversorgung des Niedervoltmoduls 38 in eine Niedervolt-Gleichspannung umwandelt. Dadurch wird die Hochvoltbatterie 9 an das Niedervolt-Stromnetz angeschlossen und Niedervoltspannungen für das Niedervoltmodul 38 und ein mit dem Niedervoltmodul 38 verbundenes Batteriemanagementsystem 42 bereitgestellt.

Der von der Hochvoltbatterie 9 versorgte Inverter 19 erzeugt aus Hochvoltgleichspannung Hochvoltwechselspannung, die über eine Hochvoltleitung 45 direkt auf die einzige, an dem Gehäuse 6 als Wechselstromschnittstelle ausgebildete, Hochvoltschnittstelle 14 geführt ist, während das Niedervoltmodul 38 auf eine Niedervoltschnittstelle 15 geführt ist, die ebenfalls am Gehäuse 6 ausgebildet ist. Die Hochvoltschnittstelle 14 ist durch einen Stecker mit einem großen Querschnitt gebildet, während die Niedervoltschnittstelle 15 als Kabelbaum ausgebildet ist.

Die Hochvoltschnittstelle 14 und die Niedervoltschnittstelle 15 bilden jeweils ein Interface zu der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse 16 (e-Drive-Achse) des Aufliegers 2, um diese mit Spannung zu versorgen und Daten oder Steuersignale mit dieser auszutauschen. Zum Antrieb der mechanischen Achse 17 ist an dieser ein mit Wechselspannung versorgter Elektromotor 18 positioniert, der von einem ebenfalls an der Achse 17 befestigten Steuergerät 20, anhand der von dem Niedervoltmodul 38 bereitgestellten Signale, angesteuert wird. Die elektrische Antriebs- und/oder Rekuperationsachse 16 arbeitet im Traktionsbetrieb als Antriebsachse zum Antreiben der an der mechanischen Achse 17 befestigten Räder 21 des Aufliegers 2. Die elektrische Antriebs- und/oder Rekuperationsachse 16 kann aber auch in einem Rekuperationsbetrieb betrieben werden, bei welchem aus der von den Rädern aufgebrachten mechanischen Energie durch den als Generator arbeitenden Elektromotor 18 elektrische Energie gewonnen wird, welche über die Hochvoltschnittstelle 14 in das Hochvolt-Netz 7 eingespeist wird und dort zum Wiederaufladen der Hochvoltbatterie 9 oder der Versorgung des elektrischen Leistungsinterfaces 1 1 mit Energie verwendet werden kann. Ein Rekuperationsbetrieb wird eingestellt, wenn das Nutzfahrzeug 5 bergab fährt.

Neben den beschriebenen elektrischen Komponenten enthält das Gehäuse 6 ein Kühlsystem 22 für die elektrische Antriebs- und/oder Rekuperationsachse 16. Dieses Kühlsystem 22 ist mit einer gehäuseinternen Kühlleitung 23 verbunden, die an eine am Gehäuse 6 ausgebildete Kühlschnittstelle 24, beispielsweise in Form einer Kupplung, führt. Das Kühlsystem 22 ist über eine zweite gehäuseinterne Kühlleitung 25 mit der Hochvoltbatterie 9 und weiterer interner Komponenten zu deren Kühlung verbunden. Darüber hinaus wird das Kühlsystem 22 von der Niedervoltmodul 38 gesteuert, welches das Kühlsystem 22 in Abhängigkeit von Signalen des an der mechanischen Achse 17 befestigten Steuergerätes 20 ansteuert.

In die Hochvoltschnittstelle 14, die Niedervoltschnittstelle 15 und die Kühlschnittstelle 24 greifen entsprechende Gegenstücke 26, 27, 28 ein, die am Chassis des Aufliegers 2 ausgebildet sind, wenn die zentrale elektrische Einrichtung 1 mechanisch an dem Auflieger 2 angekoppelt wird. Vom Chassis verlaufen entsprechende Verbindungen 29, 30, 31 zur elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse 16, was der Übersichtlichkeit halber vereinfacht in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Leitungen 29, 30, 31 lassen sich vorteilhaft im Rahmen des Aufliegers 2 verlegen. Das als elektrisches Kühlerinterface ausgebildete Leistungsinterface 11 und das Batterieladegerät 12 sowie das Kühlsystem 22 können optionale Komponenten darstellen, die nicht notwendigerweise zur Grundausstattung der zentralen elektrischen Einrichtung 1 gehören müssen. Über eine zusätzliche Schnittstelle 32 ist das Kühlerinterface 11 mit einem Kühlaggregat 33 des Aufliegers 2 verbunden. Das Batterieladegerät 12 kann über eine weitere Schnittstelle 34 an ein externes lokales Netz 35 zum Aufladen der Hochvoltbatterie 9 angeschlossen werden.

Der Auflieger 2 verfügt über ein eigenes Bremssteuergerät 36, welches über eine Leitung 41 mit einem standardisierten Stecker 40, beispielsweise ISO 7638, mit dem ABS- und ESP-System der Zugmaschine 4 verbunden ist. Darüber erhält das Bremssteuergerät 36 des Aufliegers 2 alle Information über das Fahr- und Bremsverhalten der Zugmaschine 4. Durch die externe Ankopplung des Bremssteuergerätes 36 an das Niedervoltmodul 38, die über eine Steuergeräteschnittstelle 43 des Gehäuses 6 erfolgt, ist ein Daten- bzw. Energieaustausch in beide Richtungen über die Leitung 44 zwischen Bremssteuergerät 36 und Steuergerät 20 der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse 16 über die vorhandene Niedervoltschnittstelle 15 möglich. Da das Bremssteuergerät 36 neben den oben genannten Informationen auch die Absichten des Fahrers der Zugmaschine 4 erkennt, wird die Fahrdynamik und Effizienz des gesamten Nutzfahrzeuges 5 verbessert. Gleichzeitig wird ein Reku- perationsbetrieb der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse 16 und dessen Auswirkungen auf die Fahrdynamik des gesamten Nutzfahrzeuges 5 berücksichtigt.

Um die Fahrdynamik noch weiter zu verbessern, ist an das Bremssteuergerät 36 eine Telematik-Einheit 37 des Nutzfahrzeuges 5 angeschlossen, die ebenfalls über die Niedervoltschnittstelle 15 mit dem Steuergerät 20 der Antriebs- und Rekuperationsachse 16 kommuniziert. Dies gewährleistet eine vorausschauende Berücksichtigung von Routenoptimierungen und Geländebeschaffenheiten, wie kurvenreiche Straßen, starke Höhenunterschiede sowie auch größere Umwege zu der ursprünglich festgelegten Wegstrecke, bei der Abstimmung der Fahrdynamik zwischen Zugmaschine 4 und Auflieger 2. Damit wird sichergestellt, dass die elektrische Antriebs- und Rekuperationsachse 16 immer einen solchen Betriebsmodus einnimmt, dass die Zugmaschine im Fährbetrieb immer von dem Auflieger 2 unterstützt wird. Dies ist insbesondere für einen autonomen Fährbetrieb des Nutzfahrzeugs 5 von besonderer Bedeutung.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer elektrischen Verschaltung der erfindungsgemäßen zentralen elektrischen Einrichtung der elektrischen Antriebs- und/oder Reku- perationsachse ist in Fig. 3 dargestellt. Im Unterschied zu Fig. 2 ist die Hochvoltbatterie 10 direkt mit einer Hochvoltgleichstromschnittstelle 46 des Gehäuses 6 verbunden, welche über die Leitung 29 an den Inverter 19 führt, welcher in der Antriebsund Rekuperationsachse 16 angeordnet ist und den Elektromotor 18 mit Wechselspannung versorgt. Das Steuergerät 20 der Antriebs- und Rekuperationsachse 16 ist mit dem Inverter 19 gekoppelt. Die Telematik-Einheit 37 ist vom Bremssteuergerät 36 entkoppelt und führt direkt über eine Telematikschnittstelle 47 des Gehäuses 6 an das Niedervoltmodul 38, um Signale mit dem Steuergerät 20 der Antriebs- und Rekuperationsachse 16 auszutauschen.

Die beschriebene Lösung ist an alle Lastwagen bzw. Zugmaschinen anwendbar, egal ob mit konventionellem Antrieb, mit elektrischem Antrieb oder mit Brennstoffzellenantrieb.

Bezuqszeichen (Teil der Beschreibung)

1 zentrale elektrische Einheit

2 Auflieger

3 mechanische Schnittstelle

4 Zugmaschine

5 Nutzfahrzeug

6 Gehäuse

7 Hochvolt-Netz

8 Niedervolt-Netz

9 Hochvolt-Batterie

10 Hochvolt-Verteilungs- und -absicherungseinheit

11 elektrisches Kühlinterface

12 Batterieladegerät

13 DC/DC-Konverter

14 Hochvoltschnittstelle für Wechselstrom

15 Niedervoltschnittstelle

16 elektrisch angetriebene Achse

17 mechanische Achse

18 Elektromotor

19 Inverter

20 Steuergerät der elektrisch angetriebenen Achse

21 Rad

22 Kühlsystem

23 gehäuseinterne Kühlleitung

24 elektrische Schnittstelle

25 gehäuseinterne Kühlleitung

26 Gegenstück der Hochvoltschnittstelle

27 Gegenstück der Niedervoltschnittstelle

28 Gegenstück der Kühlschnittstelle

29 Hochvoltverbindung

30 Niedervoltverbindung

31 Kühlleitung

32 Leistungsschnittstelle Kühlaggregat des Aufliegers

Schnittstelle des Batterieladegerätes lokales Spannungsnetz

Bremssteuergerät

Telematik-Einheit

Niedervoltmodul

Niedervoltverteilungs- und -absicherungseinheit standardisierte Schnittstelle zwischen Zugmaschine und Auflieger

Daten- und/oder Energieleitung

Batteriemanagementsystem

Steuergeräteschnittstelle

Daten - und Energieleitung

Hochvoltleitung für Wechselstrom

Hochvoltschnittstelle für Gleichstrom

T elematikschnittstelle

Claims

Patentansprüche

1. Zentrale elektrische Einrichtung (1 ) zum Betreiben einer elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) eines Anhängers oder Aufliegers (2) eines Nutzfahrzeuges (5), umfassend mindestens zwei elektrische und/oder elektronische Komponenten (9, 10, 1 1 , 12, 13, 22, 38), welche in einem gemeinsamen Gehäuse (6) angeordnet sind und innerhalb des Gehäuses (6) derart verschaltet sind, dass die Komponenten (9, 10, 1 1 , 12, 13, 22, 38), die auf dem gleichen Spannungsniveau arbeiten, auf eine am Gehäuse ausgebildete gemeinsame Schnittstelle (14, 15, 46) zur Verbindung mit der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) des Anhängers oder Aufliegers (2) des Nutzfahrzeuges (5) geführt sind.

2. Zentrale elektrische Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die gehäuseinterne Verschaltung der auf dem gleichen Spannungsniveau arbeitenden Komponenten (9, 10, 1 1 , 12, 13, 22, 38), über eine dem Spannungsniveau entsprechende Verteilungseinheit (10, 38) erfolgt, wobei die Verteilungseinheit (10, 38) vorzugsweise eine Absicherungseinheit (39) aufweist.

3. Zentrale elektrische Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die auf einem Hochvoltspannungsniveau arbeitenden elektrischen Komponenten (9, 10, 1 1 , 12) über eine Hochvoltverteilungs- und -absicherungseinheit (10) an eine im Gehäuse (6) positionierte Hochvolt-Spannungsquelle (9) angebunden sind und auf eine gemeinsame Hochvolt-Schnittstelle (14, 46) zum Betreiben einer Antriebskomponente (18) der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) geführt sind.

4. Zentrale elektrische Einrichtung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten über ein Niedervoltmodul (38), welches vorzugsweise eine Niedervoltverteilungs- und -absicherungseinheit (39) aufweist, auf eine gemeinsame Niedervolt-Schnittstelle (15) zur Ansteuerung von an der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) positionierten mindestens einen Niedervoltkomponente (20) geführt sind.

5. Zentrale elektrische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Niedervoltmodul (38) mit einer Niedervolt-Spannungsquelle (13) direkt verbunden ist.

6. Zentrale elektrische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Hochvoltspannungsquelle (9) über einen Inverter (19) verbundene Hochvolt-Schnittstelle (14) als Wechselstromschnittstelle zur direkten Spannungsversorgung eines die Antriebs- und Rekuperationsachse (16) antreibenden Elektromotors (18) ausgebildet ist.

7. Zentrale elektrische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochvoltspannungsquelle (9) über die als Gleichstromschnittstelle ausgebildete Hochvoltschnittstelle (46) zur Spannungsversorgung eines an der Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) positionierten Inverters (19) und die Niedervoltschnittstelle (15) zur Versorgung und Ansteuerung eines an der Antriebs- und Rekuperationsachse (16) gelagerten Steuergerätes (20) des Elektromotors (18) ausgebildet ist.

8. Zentrale elektrische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (6) ein Kühlsystem (22) für die elektrische Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) angeordnet ist, wobei das Kühlsystem (22) über eine gehäuseinterne Kühlleitung (23) an eine am Gehäuse (6) ausgebildete Kühlmittelschnittstelle (24) zur Kühlung der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) geführt ist.

9. Zentrale elektrische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein gehäuseexternes Steuergerät (36) des Anhängers oder Aufliegers (2), welches über eine standardisierte Schnittstelle (40) zwischen Zugmaschine (4) und Auflieger (2) mit einer Daten- und Energieleitung (41 ) des Nutzfahrzeuges (5) verbunden ist, von außen über eine Steuergeräteschnittstelle (43) des Gehäuses (6) an das Niedervoltmodul (38) geführt ist und über die Niedervoltschnittstelle (15) des Gehäuses (6) Ansteuersignale an das Steuergerät (20) der elektrischen Antriebs- und/oder Rekuperationsachse (16) ausgibt.

10. Zentrale elektrische Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das gehäuseexterne Steuergerät als Bremssteuergerät (36) ausgebildet ist.

11 . Zentrale elektrische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (36) mit einer Telematik-Einheit (37) des Nutzfahrzeuges (5) zur Verbesserung der Fahrdynamik und/oder der Effizienz und/oder der Fahrzeugüberwachung des Nutzfahrzeuges (5) verbunden ist.

12. Zentrale elektrische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (6) ein elektrisches Leistungsinterface (11 ) angeordnet ist, welches über mindestens eine Leistungsschnittstelle (32) des Gehäuses (6) an ein Nebenaggregat (33) des Anhängers oder Aufliegers (2) für dessen Betrieb führbar ist.

13. Zentrale elektrische Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenaggregat des Anhängers oder Aufliegers als Kühlaggregat (33) ausgebildet ist.

14. Zentrale elektrische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (6) ein Batterieladegerät (12) angeordnet ist, welches mit einer weiteren Hochvoltschnittstelle (34) des Gehäuses (6) zum externen Energietransport in und/oder aus der Hochvoltbatterie (9) in mindestens eine Richtung verbunden ist.

15. Zentrale elektrische Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das an dem Gehäuse (6) eine mechanische Schnittstelle (3) zur Befestigung an einem Chassis des Anhängers bzw. des Aufliegers (2) des Nutzfahrzeuges (5) ausgebildet ist.