WO2019096791A1 - Elektrische antriebseinheit und verfahren zum betreiben einer elektrischen antriebseinheit - Google Patents

Elektrische antriebseinheit und verfahren zum betreiben einer elektrischen antriebseinheit Download PDF

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WO2019096791A1
WO2019096791A1 PCT/EP2018/081087 EP2018081087W WO2019096791A1 WO 2019096791 A1 WO2019096791 A1 WO 2019096791A1 EP 2018081087 W EP2018081087 W EP 2018081087W WO 2019096791 A1 WO2019096791 A1 WO 2019096791A1
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WO
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housing
drive unit
cooling
electric drive
cooling circuit
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PCT/EP2018/081087
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Inventor
Bernd Spielmann
Gerhard Fehl
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/116—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with gears

Definitions

  • Electric drive unit and method for operating an electric drive unit are Electric drive unit and method for operating an electric drive unit
  • the invention relates to an electric drive unit for a motor vehicle.
  • the invention further relates to a method for operating an electric drive unit.
  • An integration depth of components of electric drives for motor vehicles is continuously increasing.
  • an electric machine is integrated with a transmission, power electronics being installed separately in the motor vehicle.
  • Drive units are complex structures in the components, several housing parts, multiple interfaces in the cooling circuit and a radiation of heat from the transmission in the power electronics. At high load, therefore, the output power must be reduced due to overheating of the power electronics.
  • DE 10 2015 225 843 A1 discloses an electric drive unit with a housing which has a first housing part and a second housing part and the first and / or second housing part accommodates an electronics unit.
  • the present invention provides an electric drive unit for a
  • a motor vehicle comprising a first housing, in which an electric machine and a transmission coupled to the electric machine are arranged, a second housing attached to the first housing, in which a power electronics electrically connected to the electric machine is arranged, and a cooling circuit, which is adapted to fluidly cool the electric machine and the power electronics, wherein the cooling circuit is integrated into the first housing.
  • the present invention further provides a method of operating an electric drive unit.
  • the method includes providing a first housing in which an electric machine and a transmission coupled to the electric machine are arranged;
  • the method further comprises providing a second housing attached to the first housing, in which a power electronics electrically connected to the electrical machine is arranged.
  • the method further comprises simultaneous fluidic cooling of the electric machine and the power electronics by means of a cooling circuit integrated in the first housing.
  • One idea of the present invention is to bring the entire refrigeration cycle into the system housing transmission, i. to integrate into the first housing. As a result, an interface between power electronics and system housing can be moved into the cooling system in an advantageous manner.
  • the cooling circuit has a first cooling section, which is designed to cool the power electronics arranged in the second housing, and wherein the cooling circuit has a second cooling section, which is designed to be arranged in the first housing cooling the first machine, and wherein the first cooling section and the second cooling section of the cooling circuit within the first housing are fluidly connected to each other.
  • the first cooling section of the cooling circuit is formed in a mounting state of the electric drive unit in the motor vehicle by a substantially trough-shaped recess on an upper side of the first housing, which is at least partially filled with a cooling fluid.
  • Recess of the first housing can be used.
  • a heat sink to be arranged on an outer surface of the second housing, wherein a heat sink base of the heat sink forms surface contact with the outer surface of the second housing, and wherein the heat sink has a plurality of cooling fins arranged on the heat sink base.
  • the housing instead of on the inner surface on the outer surface of the second housing, i. the housing, in which the power electronics is arranged, are arranged, whereby the housing of the power electronics can be simplified and a coolant flow can be guided along the outer surface of the second housing.
  • the second housing on the first housing by a plurality of
  • Fastening means preferably threaded screws, is fixed, wherein the arranged on the outer surface of the second housing heat sink is immersed in the at the top of the first housing, substantially trough-shaped, filled with the cooling fluid recess.
  • Housing be made in the recess of the first housing while cooling the second housing.
  • the second housing is arranged adjacent to the first housing
  • Supporting surface which covers at least the substantially trough-shaped recess of the first housing, preferably substantially an entire top of the first housing.
  • the second housing is in advantageously able to close the recess formed at the top of the first housing.
  • a sealing element is arranged around the substantially trough-shaped recess of the first housing, wherein the bearing surface of the second housing arranged adjacent to the first housing presses the sealing element with respect to the first housing.
  • the first cooling section of the cooling circuit between the power electronics arranged in the second housing and that in the first housing
  • the first cooling portion of the cooling circuit is adapted to thermally decouple the power electronics of the transmission.
  • the thermal decoupling takes place essentially by the arrangement of the first cooling section of the cooling circuit between the power electronics and the transmission, whereby the heat radiation of the transmission is effectively absorbed by the first cooling section of the cooling circuit and has no influence on the power electronics.
  • a surface of the first cooling section of the cooling circuit at least 50% of a surface of the top of the first housing, preferably at least 70% of the area of the top of the first housing, in particular preferably at least 80% of the surface of the top of the first Housing has.
  • the first cooling section of the cooling circuit in the vertical direction, longitudinal direction and
  • Transverse direction of the first housing is formed continuously, wherein a geometric shape of the substantially trough-shaped recess of first cooling section of the cooling circuit has the shape of a cuboid or an irregular geometric shape.
  • Cooling circuit can be ensured in an advantageous manner that an effective thermal decoupling of the power electronics takes place from the transmission.
  • the first housing has a first coolant connection, which as
  • Coolant inflow is formed, and wherein the first housing has a second coolant connection, which is designed as a coolant outflow.
  • the entire coolant circuit including the connection for the coolant inlet and the connection for the coolant outflow, is integrated in the first housing.
  • a wiring for supplying power to the electric machine is guided through an opening of the first housing, which is formed adjacent to the recess, which is substantially trough-shaped at the top of the first housing, and through an opening formed in the second housing.
  • the wiring for powering the electric machine can be advantageously separated spatially from the cooling circuit.
  • Embodiments of the invention mediate. They illustrate
  • Fig. 1 is a longitudinal sectional view of an electric drive unit for a
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a motor vehicle with the electric drive unit according to the preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for operating the electric drive unit according to the preferred embodiment of the invention.
  • Fig. 1 shows a longitudinal sectional view of an electric drive unit for a motor vehicle according to a preferred embodiment of the invention.
  • the electric drive unit 1 for a motor vehicle 50 has a first housing 10 in which an electric machine 12 and a transmission 14 coupled to the electric machine 12 are arranged.
  • the electric drive unit 1 also has an on the first
  • Housing 10 attached second housing 16. In the second housing 16 is arranged with the electric machine 12 electrically connected power electronics 18.
  • the electric drive unit 1 has a cooling circuit 20.
  • the cooling circuit 20 is designed to fluidly cool the electric machine 12 and the power electronics 18.
  • the cooling circuit 20 is in this case integrated into the first housing 10.
  • the cooling circuit 20 also has a first cooling section 20a and a second cooling section 20b.
  • the first cooling section 20a is designed to cool the power electronics 18 arranged in the second housing.
  • the second cooling section 20 b of the cooling circuit 20 is configured to cool the electric machine 12 arranged in the first housing 10.
  • the first cooling section 20 a and the second cooling section 20 b of the cooling circuit 20 are fluidly connected with each other within the first housing 10.
  • the first cooling section 20a of the cooling circuit 20 is formed in a mounting state of the electric drive unit 1 in the motor vehicle by a substantially trough-shaped recess on an upper side 10a of the first housing 10.
  • the trough-shaped recess 22 is filled at least in sections with a cooling fluid F.
  • the transmission 14 Adjacent to the electric machine 12, the transmission 14 is arranged in the first housing 10, which is connected to a pinion (not shown in FIG. 1) arranged on an output shaft of the electric machine by the gear pinion 14a.
  • the second cooling section 20 b is designed such that it completely surrounds the electrical machine 12.
  • the first cooling section 20 a and the second cooling section 20 b are fluidly connected to each other via an opening formed in the first housing 10.
  • a heat sink 24 is arranged on an outer surface 16a of the second housing 16.
  • the heat sink 24 has a heat sink base 24 a and a A plurality of arranged on the heat sink base 24 a cooling fins 24 b.
  • the heat sink base 24 a of the heat sink 24 has surface contact with the outer surface 16 a of the second housing 16.
  • first housing 10 and the second housing 16 are shown separated from each other to ensure a better clarity.
  • first housing is fully seated against the second housing, i. a support surface 16b formed on the outer surface 16a of the second housing 16 abuts completely against the upper surface 10a of the housing 10.
  • the second housing 16 can be fastened to the first housing 10 by a plurality of fastening means 26a, 26b, which are formed by threaded screws.
  • the attachment means 26a, 26b may be formed by other releasable attachment means. examples for this are
  • the second housing 16 has the support surface 16b arranged adjacently to the first housing 10, which abuts against the first housing 10 in the assembled state of the second housing 16. Furthermore, the support surface 16b of the second housing 16 covers the substantially trough-shaped recess 22 of the first housing 10 and furthermore the entire upper side 10a of the first housing 10.
  • the sealing element 28 is designed to be in the mounted state of the second housing 16 on the first
  • Housing 10 to seal the cooling circuit 20, wherein the support surface 16 b of the second housing 16, the sealing element 28 against the top 10 a of the housing 10 presses.
  • the first cooling section 20 a of the cooling circuit 20 is arranged between the power electronics 18 arranged in the second housing 16 and the transmission 14 arranged in the first housing 10.
  • Cooling section 20a of the cooling circuit 20 is further adapted to the
  • Power electronics 18 thermally decouple from the transmission 14.
  • An area 20al of the first cooling section 20a of the cooling circuit 20 has at least 50% of an area 10al of the upper side 10a of the first housing 10.
  • Cooling circuit 20 for example, at least 70% of the area lOal the top 10a of the first housing 10 or further alternatively, in particular at least 80% of the area lOal the top 10a of the first housing 10 have.
  • the first cooling section 20 a of the cooling circuit 20 is formed continuously in the vertical direction H, longitudinal direction L and transverse direction Q of the first housing 10.
  • a geometric shape of the substantially trough-shaped recess 22 of the first cooling section 20a of the cooling circuit 20 has the shape of a cuboid.
  • the first housing 10 preferably has a first coolant connection 30a and a second coolant connection 30b.
  • the first coolant connection 30a is designed as a coolant inflow and the second coolant connection 30b is designed as a coolant outflow.
  • a wiring 32 for supplying power to the electric machine 12 is formed by an opening of the first housing 10 and the second housing 16 from the first housing 10 to the second housing 16 adjacent to the recess 10 of the first housing 10 that is substantially trough-shaped guided.
  • Power electronics 18 arranged on a corresponding board 36.
  • the power parts 38 of the power electronics 18 are on an inner surface of the second housing 16 opposite to that on the outer surface 16 a of arranged second housing 16 arranged heat sink 24 so that they are effectively cooled by the heat sink 24.
  • the terminal 34 is a
  • Control electronical connection and the connection 35 is a connection to the
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a motor vehicle with the electric drive unit according to the preferred embodiments of the invention.
  • the motor vehicle 50 in the present representation is a purely electrically driven vehicle.
  • the electric drive unit 1 is arranged in the present embodiment on a front axle of the motor vehicle 50, so that the motor vehicle 50 is driven in the region of the front axle by the electric drive unit.
  • the high-voltage battery 40 is in the region of a bottom portion of the
  • Motor vehicle 50 is arranged, wherein the high-voltage battery 40 is connected by means of a wiring 41 with the electric drive unit 1.
  • a rear axle of the motor vehicle 50 is not shown in the present representation.
  • the rear axle of the motor vehicle 50 can also be driven, for example, by an identical electric drive unit 1.
  • an identical electric drive unit 1 it is possible to use the present electric drive unit in a hybrid vehicle, wherein, for example, a first axis by an internal combustion engine and a second axis by the electric
  • Drive unit 1 can be driven.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method for operating the electric drive unit according to the preferred embodiment of the invention.
  • the method comprises providing (S1) a first housing in which an electric machine and a transmission coupled to the electric machine are arranged;
  • the method further comprises providing (S2) a second housing attached to the first housing, in which a power electronics electrically connected to the electrical machine is arranged.
  • the method further comprises a simultaneous fluidic cooling (S3) of the electric machine and the power electronics by means of a cooling circuit integrated in the first housing.
  • S3 simultaneous fluidic cooling
  • a shape, size and / or nature of the components of the electric drive unit 1 for the motor vehicle 50 can be modified.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug (50), mit einem ersten Gehäuse (10), in welchem eine elektrische Maschine (12) undein mit der elektrischen Maschine (12) gekoppeltes Getriebe (14)angeordnet sind, einem an dem ersten Gehäuse (10) befestigten zweiten Gehäuse (16), in welchem eine mit der elektrischen Maschine (12) elektrisch verbundene Leistungselektronik (18)angeordnet ist,und einem Kühlkreislauf (20), welcher dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine (12) und die Leistungselektronik (18) fluidisch zu kühlen, wobeider Kühlkreislauf (20) in das erste Gehäuse (10) integriert ist.Die Erfindung betrifftdes Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (1) für ein Kraftfahrzeug (50).

Description

Beschreibung
Titel
Elektrische Antriebseinheit und Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit
Die Erfindung betrifft eine elektrische Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit.
Stand der Technik
Eine Integrationstiefe von Komponenten elektrischer Antriebe für Kraftfahrzeuge nimmt kontinuierlich zu. So wird beispielsweise eine elektrische Maschine an ein Getriebe integriert, wobei eine Leistungselektronik separat im Kraftfahrzeug eingebaut wird.
Aktuell werden Leistungselektronik und elektrische Maschinen an die Integration angepasst an das Getriebe teilintegriert. Stand der Technik ist, dass die
Leistungselektronik und die elektrische Maschine einen gemeinsamen
Kühlkreislauf verwenden.
In der Regel sind in beiden Komponenten separate Kühlkanäle integriert, welche durch externe Verschlauchungen miteinander verbunden sind. Das bedingt komplexe Alugussteile für die Komponenten. Die Kühlflüssigkeit umfließt zuerst die Leistungselektronik, um dort eine niedrigere Betriebstemperatur zur
Leistungserhöhung zu erreichen und nachfolgend die elektrische Maschine. In einer integrierten Achse steht nun eine wirkungsgradoptimierte Öltemperatur im Getriebe gegenüber, welche oberhalb der optimalen Betriebstemperatur der Leistungselektronik liegt. Nachteilhaft an der gegenwärtigen Ausgestaltung von elektrischen
Antriebseinheiten sind komplexe Strukturen in den Komponenten, mehrere Gehäuseteile, mehrere Schnittstellen im Kühlkreislauf sowie eine Abstrahlung von Wärme des Getriebes in die Leistungselektronik. Bei hoher Belastung muss somit die abgegebene Leistung aufgrund Überhitzung der Leistungselektronik reduziert werden.
DE 10 2015 225 843 Al offenbart eine elektrische Antriebseinheit mit einem Gehäuse, das ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil aufweist und das erste und/oder zweite Gehäuseteil eine Elektronikeinheit aufnimmt.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft eine elektrische Antriebseinheit für ein
Kraftfahrzeug, mit einem ersten Gehäuse, in welchem eine elektrische Maschine und ein mit der elektrischen Maschine gekoppeltes Getriebe angeordnet sind, einem an dem ersten Gehäuse befestigten zweiten Gehäuse, in welchem eine mit der elektrischen Maschine elektrisch verbundene Leistungselektronik angeordnet ist, und einem Kühlkreislauf, welcher dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine und die Leistungselektronik fluidisch zu kühlen, wobei der Kühlkreislauf in das erste Gehäuse integriert ist.
Die vorliegende Erfindung schafft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit.
Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines ersten Gehäuses, in welchem eine elektrische Maschine und ein mit der elektrischen Maschine gekoppeltes Getriebe angeordnet sind;
Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Bereitstellen eines an dem ersten Gehäuse befestigten zweiten Gehäuse, in welchem eine mit der elektrischen Maschine elektrisch verbundene Leistungselektronik angeordnet ist. Das Verfahren umfasst überdies ein gleichzeitiges fluidisches Kühlen der elektrische Maschine und der Leistungselektronik mittels einem in das erste Gehäuse integrierten Kühlkreislauf.
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, den gesamten Kühlkreislauf in das Systemgehäuse Getriebe, d.h. in das erste Gehäuse zu integrieren. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Schnittstelle zwischen Leistungselektronik und Systemgehäuse in das Kühlsystem verschoben werden.
Weitere Vorteile liegen in einer wesentlich reduzierten Komplexität des
Gehäuses der Leistungselektronik. Überdies muss keine hohle Geometrie an der Kühlschnittstelle vorgesehen werden, es kann ein einfacher Deckel an der Oberseite der Leistungselektronik zum Einsatz kommen und es sind keine weiteren Abdeckungen zum Schutz der elektronischen Bauteile notwendig.
Darüber hinaus bestehen keine hohen Sauberkeitsanforderungen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Kühlkreislauf einen ersten Kühlabschnitt aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, die in dem zweiten Gehäuse angeordnete Leistungselektronik zu kühlen, und wobei der Kühlkreislauf einen zweiten Kühlabschnitt aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, die in dem ersten Gehäuse angeordnete erste Maschine zu kühlen, und wobei der erste Kühlabschnitt und der zweite Kühlabschnitt des Kühlkreislaufs innerhalb des ersten Gehäuses miteinander fluidisch verbunden sind.
Aufgrund der Anordnung des ersten Kühlabschnitts und des zweiten
Kühlabschnitts innerhalb des ersten Gehäuses kann eine drastische konstruktive Vereinfachung des zweiten Gehäuses, in welchem die mit der elektrischen Maschine elektrisch verbundene Leistungselektronik angeordnet ist,
vorgenommen werden, da nunmehr kein Kühlmittelfluss durch das zweite Gehäuse mehr nötig ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Kühlabschnitt des Kühlkreislaufs in einem Montagezustand der elektrischen Antriebseinheit im Kraftfahrzeug durch eine an einer Oberseite des ersten Gehäuses, im Wesentlichen wannenförmige Aussparung ausgebildet ist, welche zumindest abschnittsweise mit einem Kühlfluid gefüllt ist. Durch Ausbildung des ersten Kühlabschnitts in Form der wannenförmigen Aussparung an der Oberseite des ersten Gehäuses kann das zweite Gehäuse somit in einfacher Art und Weise in die im Wesentlichen wannenförmige
Aussparung des ersten Gehäuses eingesetzt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass an einer Außenoberfläche des zweiten Gehäuses ein Kühlkörper angeordnet ist, wobei eine Kühlkörperbasis des Kühlkörpers mit der Außenoberfläche des zweiten Gehäuses Flächenkontakt bildet und wobei der Kühlkörper eine Mehrzahl von an der Kühlkörperbasis angeordneten Kühlrippen aufweist.
Im Gegensatz zu bekannten Lösungen kann somit der Kühlkörper anstatt an der Innenoberfläche an der Außenoberfläche des zweiten Gehäuses, d.h. des Gehäuses, in welchem die Leistungselektronik angeordnet ist, angeordnet werden, wodurch das Gehäuse der Leistungselektronik vereinfacht werden kann und ein Kühlmittelfluss an der Außenoberfläche des zweiten Gehäuses entlanggeführt werden kann.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite Gehäuse an dem ersten Gehäuse durch eine Mehrzahl von
Befestigungsmitteln, vorzugweise Gewindeschrauben, befestigt ist, wobei der an der Außenoberfläche des zweiten Gehäuses angeordnete Kühlkörper in die an der Oberseite des ersten Gehäuses, im Wesentlichen wannenförmige, mit dem Kühlfluid befüllte Aussparung eingetaucht ist.
Somit kann in vorteilhafter Weise eine einfache Integration des zweiten
Gehäuses in die Aussparung des ersten Gehäuses bei gleichzeitiger Kühlung des zweiten Gehäuses vorgenommen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das zweite Gehäuse eine zum ersten Gehäuse benachbart angeordnete
Auflagefläche aufweist, die zumindest die im Wesentlichen wannenförmige Aussparung des ersten Gehäuses, vorzugsweise im Wesentlichen eine gesamte Oberseite des ersten Gehäuses, abdeckt. Dadurch ist das zweite Gehäuse in vorteilhafter Weise in der Lage, die an der Oberseite des ersten Gehäuses ausgebildete Aussparung zu schließen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass um die im Wesentlichen wannenförmige Aussparung des ersten Gehäuses herum ein Dichtelement angeordnet ist, wobei die zum ersten Gehäuse benachbart angeordnete Auflagefläche des zweiten Gehäuses das Dichtelement gegenüber dem ersten Gehäuse andrückt. Somit kann in vorteilhafter Weise eine effektive Abdichtung zwischen dem ersten Gehäuse und dem zweiten Gehäuse bereitgestellt werden, sodass der Kühlkreislauf nach außen hin abgedichtet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Kühlabschnitt des Kühlkreislaufs zwischen der in dem zweiten Gehäuse angeordneten Leistungselektronik und dem in dem ersten Gehäuse
angeordneten Getriebe angeordnet ist, wobei der erste Kühlabschnitt des Kühlkreislaufs dazu ausgebildet ist, die Leistungselektronik von dem Getriebe thermisch zu entkoppeln. Die thermische Entkopplung erfolgt im Wesentlichen durch die Anordnung des ersten Kühlabschnitts des Kühlkreislaufs zwischen der Leistungselektronik und dem Getriebe, wodurch die Wärmeabstrahlung des Getriebes effektiv von dem ersten Kühlabschnitt des Kühlkreislaufs absorbiert wird und keinen Einfluss auf die Leistungselektronik hat.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Fläche des ersten Kühlabschnitts des Kühlkreislaufs zumindest 50 % einer Fläche der Oberseite des ersten Gehäuses, vorzugsweise zumindest 70 % der Fläche der Oberseite des ersten Gehäuses, insbesondere vorzugsweise zumindest 80 % der Fläche der Oberseite des ersten Gehäuses aufweist. Somit kann gewährleistet werden, dass der erste Kühlabschnitt die Leistungselektronik effektiv von der Wärmeabstrahlung des Getriebes entkoppelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Kühlabschnitt des Kühlkreislaufs in Hochrichtung, Längsrichtung und
Querrichtung des ersten Gehäuses durchgehend ausgebildet ist, wobei eine geometrische Form der im Wesentlichen wannenförmigen Aussparung des ersten Kühlabschnitts des Kühlkreislaufs die Form eines Quaders oder eine unregelmäßige geometrische Form aufweist.
Aufgrund der durchgehenden Ausbildung des ersten Kühlabschnitts des
Kühlkreislaufs kann in vorteilhafter Weise gewährleistet werden, dass eine effektive thermische Entkopplung der Leistungselektronik von dem Getriebe stattfindet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Gehäuse einen ersten Kühlmittelanschluss aufweist, welcher als
Kühlmittelzufluss ausgebildet ist, und wobei das erste Gehäuse einen zweiten Kühlmittelanschluss aufweist, welcher als Kühlmittelabfluss ausgebildet ist. Somit ist in vorteilhafter Weise der gesamte Kühlmittelkreislauf einschließlich dem Anschluss für den Kühlmittelzufluss und dem Anschluss für den Kühlmittelabfluss in dem ersten Gehäuse integriert.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass eine Verkabelung zur Leistungsversorgung der elektrischen Maschine durch eine, benachbart zu der an der Oberseite des ersten Gehäuses im Wesentlichen wannenförmigen Aussparung ausgebildete Öffnung des ersten Gehäuses und durch eine in dem zweiten Gehäuse ausgebildete Öffnung geführt ist. Somit kann die Verkabelung zur Leistungsversorgung der elektrischen Maschine in vorteilhafter Weise räumlich von dem Kühlkreislauf getrennt werden.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich beliebig miteinander kombinieren.
Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der
Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen
Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht einer elektrischen Antriebseinheit für ein
Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit der elektrischen Antriebseinheit gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der elektrischen Antriebseinheit gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In den Figuren der Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile oder Komponenten, soweit nichts
Gegenteiliges angegeben ist.
Fig. 1 zeigt eine Längsschnittansicht einer elektrischen Antriebseinheit für ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Die elektrische Antriebseinheit 1 für ein Kraftfahrzeug 50 weist ein erstes Gehäuse 10 auf, in welchem eine elektrische Maschine 12 und ein mit der elektrischen Maschine 12 gekoppeltes Getriebe 14 angeordnet sind.
Die elektrische Antriebseinheit 1 weist darüber hinaus ein an dem ersten
Gehäuse 10 befestigtes zweites Gehäuse 16 auf. In dem zweiten Gehäuse 16 ist eine mit der elektrischen Maschine 12 elektrisch verbundene Leistungselektronik 18 angeordnet.
Des Weiteren weist die elektrische Antriebseinheit 1 einen Kühlkreislauf 20 auf. Der Kühlkreislauf 20 ist dazu ausgebildet, die elektrische Maschine 12 und die Leistungselektronik 18 fluidisch zu kühlen. Der Kühlkreislauf 20 ist hierbei in das erste Gehäuse 10 integriert.
Der Kühlkreislauf 20 weist ferner einen ersten Kühlabschnitt 20a und einen zweiten Kühlabschnitt 20b auf. Der erste Kühlabschnitt 20a ist dazu ausgebildet, die in dem zweiten Gehäuse angeordnete Leistungselektronik 18 zu kühlen.
Der zweite Kühlabschnitt 20b des Kühlkreislaufs 20 ist dazu ausgebildet, die in dem ersten Gehäuse 10 angeordnete elektrische Maschine 12 zu kühlen. Der erste Kühlabschnitt 20a und der zweite Kühlabschnitt 20b des Kühlkreislaufs 20 sind innerhalb des ersten Gehäuses 10 miteinander fluidisch verbunden.
Der erste Kühlabschnitt 20a des Kühlkreislaufs 20 ist in einem Montagezustand der elektrischen Antriebseinheit 1 im Kraftfahrzeug durch eine an einer Oberseite 10a des ersten Gehäuses 10 im Wesentlichen wannenförmige Aussparung ausgebildet. Die wannenförmige Aussparung 22 ist zumindest abschnittsweise mit einem Kühlfluid F befüllt.
Benachbart zu der elektrischen Maschine 12 ist in dem ersten Gehäuse 10 das Getriebe 14 angeordnet, welches mit einem (in Fig. 1 nicht dargestellten) auf einer Abtriebswelle der elektrischen Maschine angeordnetem Ritzel durch das Getrieberitzel 14a verbunden ist.
Der zweite Kühlabschnitt 20b ist derart ausgebildet, dass dieser die elektrische Maschine 12 vollständig umgibt. Der erste Kühlabschnitt 20a und der zweite Kühlabschnitt 20b sind über eine in dem ersten Gehäuse 10 ausgebildete Öffnung bzw. Verbindung miteinander fluidisch verbunden.
An einer Außenoberfläche 16a des zweiten Gehäuses 16 ist ein Kühlkörper 24 angeordnet. Der Kühlkörper 24 weist eine Kühlkörperbasis 24a und eine Mehrzahl von an der Kühlkörperbasis 24a angeordneten Kühlrippen 24b auf. Die Kühlkörperbasis 24a des Kühlkörpers 24 weist mit der Außenoberfläche 16a des zweiten Gehäuses 16 Flächenkontakt auf.
In der in Fig. 1 gezeigten Darstellung sind das erste Gehäuse 10 und das zweite Gehäuse 16 voneinander getrennt dargestellt, um eine bessere Übersichtlichkeit zu gewährleisten. Im montierten Zustand liegt das erste Gehäuse an dem zweiten Gehäuse vollständig an, d.h. eine an der Außenoberfläche 16a des zweiten Gehäuses 16 ausgebildete Auflagefläche 16b liegt vollständig an der Oberseite 10a des Gehäuses 10 an.
Das zweite Gehäuse 16 ist mit dem ersten Gehäuse 10 durch eine Mehrzahl von Befestigungsmitteln 26a, 26b, welche durch Gewindeschrauben ausgebildet sind, befestigbar. Alternativ können die Befestigungsmittel 26a, 26b durch andere lösbare Befestigungsmittel ausgebildet sein. Beispiele hierfür sind
Klemmverbinder oder ähnliches.
Das zweite Gehäuse 16 weist die zum ersten Gehäuse 10 benachbart angeordnete Auflagefläche 16b auf, welche im montierten Zustand des zweiten Gehäuses 16 an dem ersten Gehäuse 10 anliegt. Ferner deckt die Auflagefläche 16b des zweiten Gehäuses 16 die im Wesentlichen wannenförmige Aussparung 22 des ersten Gehäuses 10 sowie des Weiteren die gesamte Oberseite 10a des ersten Gehäuses 10 ab.
Um die im Wesentlichen wannenförmige Aussparung 22 des ersten Gehäuses 10 herum ist ein Dichtelement 28 angeordnet. Das Dichtelement 28 ist dazu ausgebildet, im montierten Zustand des zweiten Gehäuses 16 am ersten
Gehäuse 10 den Kühlkreislauf 20 abzudichten, wobei die Auflagefläche 16b des zweiten Gehäuses 16 das Dichtelement 28 gegenüber der Oberseite 10a des Gehäuses 10 andrückt.
Der erste Kühlabschnitt 20a des Kühlkreislaufs 20 ist zwischen der in dem zweiten Gehäuse 16 angeordneten Leistungselektronik 18 und dem in dem ersten Gehäuse 10 angeordneten Getriebe 14 angeordnet. Der erste
Kühlabschnitt 20a des Kühlkreislaufs 20 ist ferner dazu ausgebildet, die
Leistungselektronik 18 von dem Getriebe 14 thermisch zu entkoppeln. Eine Fläche 20al des ersten Kühlabschnitts 20a des Kühlkreislaufs 20 weist zumindest 50 % einer Fläche lOal der Oberseite 10a des ersten Gehäuses 10 auf. Alternativ kann die Fläche 20al des ersten Kühlabschnitts 20a des
Kühlkreislaufs 20 beispielsweise zumindest 70 % der Fläche lOal der Oberseite 10a des ersten Gehäuses 10 oder ferner alternativ insbesondere zumindest 80 % der Fläche lOal der Oberseite 10a des ersten Gehäuses 10 aufweisen.
Der erste Kühlabschnitt 20a des Kühlkreislaufs 20 ist in Hochrichtung H, Längsrichtung L und Querrichtung Q des ersten Gehäuses 10 durchgehend ausgebildet. Eine geometrische Form der im Wesentlichen wannenförmigen Aussparung 22 des ersten Kühlabschnitts 20a des Kühlkreislaufs 20 weist die Form eines Quaders auf.
Alternativ kann die geometrische Form der im Wesentlichen wannenförmigen Aussparung 22 des ersten Kühlabschnitts 20a des Kühlkreislaufs 20
beispielsweise eine unregelmäßige geometrische Form aufweisen und somit an jeweilige bauliche bzw. konstruktive Anforderungen an die elektrische
Antriebseinheit angepasst werden.
Das erste Gehäuse 10 weist vorzugsweise einen ersten Kühlmittelanschluss 30a und einen zweiten Kühlmittelanschluss 30b auf. Der erste Kühlmittelanschluss 30a ist als Kühlmittelzufluss ausgebildet und der zweite Kühlmittelanschluss 30b ist als Kühlmittelabfluss ausgebildet.
Eine Verkabelung 32 zur Leistungsversorgung der elektrischen Maschine 12 ist durch eine, benachbart zu der an der Oberseite 10a des ersten Gehäuses 10 im Wesentlichen wannenförmigen Aussparung 22 ausgebildete Öffnung des ersten Gehäuses 10 und des zweiten Gehäuses 16 von dem ersten Gehäuse 10 in das zweite Gehäuse 16 geführt.
Ferner sind in dem zweiten Gehäuse 16 jeweilige Leistungsteile 38 der
Leistungselektronik 18 auf einer entsprechenden Platine 36 angeordnet. Die Leistungsteile 38 der Leistungselektronik 18 sind an einer Innenoberfläche des zweiten Gehäuses 16 gegenüberliegend dem an der Außenoberfläche 16a des zweiten Gehäuses 16 angeordneten Kühlkörper 24 angeordnet, sodass diese durch den Kühlkörper 24 effektiv kühlbar sind.
Des Weiteren sind an der Außenoberfläche 16a des zweiten Gehäuses 16 verschiedene Anschlüsse 34, 35 angeordnet. Der Anschluss 34 ist ein
Steuerelektronikanschluss und der Anschluss 35 ist ein Anschluss zur
Verbindung der elektrischen Antriebseinheit 1 mit einer (in Fig. 1 nicht gezeigten) Hochvoltbatterie des Kraftfahrzeugs. Ferner weist die elektrische Maschine 12 eine Wicklung 39 auf, mit welcher die Verkabelung 32 elektrisch verbunden ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit der elektrischen Antriebseinheit gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
Das Kraftfahrzeug 50 in der vorliegenden Darstellung ist ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Die elektrische Antriebseinheit 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel an einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs 50 angeordnet, sodass das Kraftfahrzeug 50 im Bereich der Vorderachse durch die elektrische Antriebseinheit angetrieben wird.
Ferner ist die Hochvoltbatterie 40 im Bereich eines Bodenabschnitts des
Kraftfahrzeugs 50 angeordnet, wobei die Hochvoltbatterie 40 mittels einer Verkabelung 41 mit der elektrischen Antriebseinheit 1 verbunden ist.
Eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs 50 ist in der vorliegenden Darstellung nicht gezeigt. Die Hinterachse des Kraftfahrzeugs 50 kann beispielsweise ebenfalls durch eine identische elektrische Antriebseinheit 1 antreibbar sein. Ferner alternativ besteht die Möglichkeit, die vorliegende elektrische Antriebseinheit in einem Hybridfahrzeug einzusetzen, wobei beispielsweise eine erste Achse durch einen Verbrennungsmotor und eine zweite Achse durch die elektrische
Antriebseinheit 1 antreibbar sind.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der elektrischen Antriebseinheit gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen (S1 ) eines ersten Gehäuses, in welchem eine elektrische Maschine und ein mit der elektrischen Maschine gekoppeltes Getriebe angeordnet sind;
Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Bereitstellen (S2) eines an dem ersten Gehäuse befestigten zweiten Gehäuse, in welchem eine mit der elektrischen Maschine elektrisch verbundene Leistungselektronik angeordnet ist.
Das Verfahren umfasst überdies ein gleichzeitiges fluidisches Kühlen (S3) der elektrische Maschine und der Leistungselektronik mittels einem in das erste Gehäuse integrierten Kühlkreislauf.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie nicht darauf beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Beispielsweise kann eine Form, Abmessung und/oder Beschaffenheit der Komponenten der elektrischen Antriebseinheit 1 für das Kraftfahrzeug 50 abgeändert werden.

Claims

Ansprüche
1. Elektrische Antriebseinheit (1 ) für ein Kraftfahrzeug (50), mit
einem ersten Gehäuse (10), in welchem eine elektrische Maschine (12) und ein mit der elektrischen Maschine (12) gekoppeltes Getriebe (14) angeordnet sind;
einem an dem ersten Gehäuse (10) befestigten zweiten Gehäuse (16), in welchem eine mit der elektrischen Maschine (12) elektrisch verbundene Leistungselektronik (18) angeordnet ist; und
einem Kühlkreislauf (20), welcher dazu ausgebildet ist, die elektrische Maschine (12) und die Leistungselektronik (18) fluidisch zu kühlen, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (20) in das erste Gehäuse (10) integriert ist.
2. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkreislauf (20) einen ersten Kühlabschnitt (20a) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, die in dem zweiten Gehäuse (16) angeordnete
Leistungselektronik (18) zu kühlen, und wobei der Kühlkreislauf (20) einen zweiten Kühlabschnitt (20b) aufweist, welcher dazu ausgebildet ist, die in dem ersten Gehäuse (10) angeordnete elektrische Maschine (12) zu kühlen, und wobei der erste Kühlabschnitt (20a) und der zweite Kühlabschnitt (20b) des Kühlkreislaufs (20) innerhalb des ersten Gehäuses (10) miteinander fluidisch verbunden sind.
3. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Kühlabschnitt (20a) des Kühlkreislaufs (20) in einem Montagezustand der elektrischen Antriebseinheit (1 ) im
Kraftfahrzeug (50) durch eine an einer Oberseite (10a) des ersten Gehäuses (10), im Wesentlichen wannenförmige Aussparung (22) ausgebildet ist, welche zumindest abschnittsweise mit einem Kühlfluid (F) befüllt ist.
4. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Außenoberfläche (16a) des zweiten Gehäuses (16) ein Kühlkörper (24) angeordnet ist, wobei eine
Kühlkörperbasis (24a) des Kühlkörpers (24) mit der Außenoberfläche (16a) des zweiten Gehäuses (16) Flächenkontakt bildet und wobei der Kühlkörper (24) eine Mehrzahl von an der Kühlkörperbasis (24a) angeordneten
Kühlrippen (24b) aufweist.
5. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (16) an dem ersten Gehäuse (10) durch eine Mehrzahl von Befestigungsmitteln (26a, 26b), vorzugweise Gewindeschrauben, befestigt ist, wobei der an der Außenoberfläche (16a) des zweiten Gehäuses (16) angeordnete Kühlkörper (24) in die an der Oberseite (10a) des ersten Gehäuses (10), im Wesentlichen wannenförmige, mit dem Kühlfluid (F) befüllte Aussparung (22) eingetaucht ist.
6. Elektrische Antriebseinheit nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, dass das zweite Gehäuse (16) eine zum ersten Gehäuse (10) benachbart angeordnete Auflagefläche (16b) aufweist, die zumindest die im Wesentlichen wannenförmige Aussparung (22) des ersten Gehäuses (10), vorzugsweise im Wesentlichen eine gesamte Oberseite (10a) des ersten Gehäuses (10), abdeckt.
7. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass um die im Wesentlichen wannenförmige Aussparung (22) des ersten Gehäuses (10) herum ein Dichtelement (28) angeordnet ist, wobei die zum ersten Gehäuse (10) benachbart angeordnete Auflagefläche (16b) des zweiten Gehäuses (16) das Dichtelement (28) gegenüber dem ersten Gehäuse (10) andrückt.
8. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kühlabschnitt (20a) des
Kühlkreislaufs (20) zwischen der in dem zweiten Gehäuse (16)
angeordneten Leistungselektronik (18) und dem in dem ersten Gehäuse (10) angeordneten Getriebe (14) angeordnet ist, wobei der erste Kühlabschnitt (20a) des Kühlkreislaufs (20) dazu ausgebildet ist, die Leistungselektronik (18) von dem Getriebe (14) thermisch zu entkoppeln.
9. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fläche (20a1 ) des ersten Kühlabschnitts (20a) des Kühlkreislaufs (20) zumindest 50% einer Fläche (10a1 ) der Oberseite (10a) des ersten Gehäuses (10), vorzugsweise zumindest 70% der Fläche (10a1 ) der Oberseite (10a) des ersten Gehäuses (10), insbesondere vorzugsweise zumindest 80% der Fläche (10a1 ) der Oberseite (10a) des ersten Gehäuses (10) aufweist.
10. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Kühlabschnitt (20a) des Kühlkreislaufs (20) in Hochrichtung (H), Längsrichtung (L) und Querrichtung (Q) des ersten Gehäuses (10) durchgehend ausgebildet ist, wobei eine geometrische Form der im Wesentlichen wannenförmigen Aussparung (22) des ersten
Kühlabschnitts (20a) des Kühlkreislaufs (20) die Form eines Quaders oder eine unregelmäßige geometrische Form aufweist.
1 1. Elektrische Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuse (10) einen ersten Kühlmittelanschluss (30a) aufweist, welcher als Kühlmittelzufluss
ausgebildet ist, und wobei das erste Gehäuse (10) einen zweiten
Kühlmittelanschluss (30b) aufweist, welcher als Kühlmittelabfluss ausgebildet ist.
12. Elektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Verkabelung (32) zur Leistungsversorgung der elektrischen Maschine (12) durch eine, benachbart zu der an der Oberseite (10a) des ersten Gehäuses (10) im Wesentlichen wannenförmigen
Aussparung (22) ausgebildeten Öffnung des ersten Gehäuses (10) und durch eine in dem zweiten Gehäuse (16) ausgebildete Öffnung geführt ist.
13. Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Antriebseinheit (1 ) für ein Kraftfahrzeug (50), mit den Schritten: Bereitstellen (S1 ) eines ersten Gehäuses (10), in welchem eine elektrische Maschine (12) und ein mit der elektrischen Maschine (12) gekoppeltes Getriebe (14) angeordnet sind;
Bereitstellen (S2) eines an dem ersten Gehäuse (10) befestigten zweiten Gehäuse (16), in welchem eine mit der elektrischen Maschine (12) elektrisch verbundene Leistungselektronik (18) angeordnet ist; und
Gleichzeitiges fluidisches Kühlen (S3) der elektrische Maschine (12) und der Leistungselektronik (18) mittels einem in das erste Gehäuse (10) integrierten Kühlkreislauf (20).
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