Электрический модуль привода для автомобиля, в частности грузового автомобиля
Изобретение относится к электрическому модулю привода для автомобиля. Электрический модуль привода для автомобиля с электрическим или комбинированным приводом, с питаемым посредством инвертора блоком аккумуляторных батарей, с закрепленной на платформе автомобиля несущей рамой, принимающей блок аккумуляторных батарей, и с системой охлаждения для поддержания температуры электрических конструктивных деталей. Модуль привода установлен в несущей раме как автаркический блок, содержащий блок аккумуляторных батарей, преобразователи тока, инвертор и трансформатор постоянного тока, электрический присоединительный разъем, систему охлаждения с теплообменником, трубопроводами подачи охлаждающего средства и подкачивающим насосом. Несущая рама установлена на раме автомобиля и установлена на раме с промежуточным вводом опор, обладающих эластичностью резины. Решение направлено на усовершенствование модуля привода. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к электрическому модулю привода для автомобиля, в частности грузового автомобиля, с электрическим или комбинированным приводом согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Мощные модули привода для грузовых автомобилей преимущественно содержат высоковольтные аккумуляторы (например, блоки литиево-ионовых аккумуляторных батарей или аккумуляторов), которые во избежание вредных перегревов должны охлаждаться. Уже общеизвестна установка блоков батарей по меньшей мере в быстро заменяемых модулях привода (например, в виде сменных модулей). Из US 2009/0236478 А1 известна несущая рама для аккумуляторной батареи автомобиля. Несущая рама подвешивается посредством крюковых элементов сбоку на продольном элементе рамы грузового автомобиля.
Компоненты, специально предназначенные для комбинированного (гибридного) привода или электропривода с питанием от аккумуляторных батарей, например высоковольтная аккумуляторная батарея, инвертор, а также система водяного охлаждения для охлаждения инвертора, обычно устанавливаются независимо друг от друга как отдельные конструктивные элементы на кронштейнах, привинчиваемых, например, на продольном элементе рамы грузового автомобиля. Известен также монтаж компонентов по отдельности прямо на продольном элементе рамы грузового автомобиля.
Задача изобретения заключается в создании модуля привода для грузового автомобиля с электрическими и/или комбинированным приводом, улучшенного и усовершенствованного в отношении возможностей использования и эксплуатации.
Задача решается с помощью признаков пункта 1 формулы изобретения. Предпочтительные усовершенствованные варианты выполнения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Изобретение основывается на том факте, что компоненты, необходимые для комбинированного и электрического приводов, могут быть подвергнуты проверке работоспособности лишь в том случае, если они смонтированы в грузовом автомобиле. Поэтому компоненты, необходимые для комбинированного и электрического приводов, согласно изобретению перед установкой в грузовом автомобиле собираются вне автомобиля в полностью работоспособный конструктивный узел, так что вышеуказанная проверка работоспособности может быть проведена, например, еще перед установкой в грузовом автомобиле.
Соответственно, согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения модуль привода установлен в несущей раме как автаркический (независимый) блок с блоком аккумуляторных батарей, преобразователями тока, как-то: инвертор и трансформатор постоянного тока, с присоединительным разъемом и система охлаждения по меньшей мере с одним теплообменником (радиатором), с трубопроводами подачи охлаждающего средства и с подкачивающим насосом. Несущая рама, в свою очередь, удерживается на раме грузового автомобиля или монтируется на ней. Благодаря этому модуль привода может заранее полностью собираться, проверяться на предмет своей работоспособности и, наконец, устанавливаться в грузовом автомобиле. Для ремонта он может быть просто и быстро снят и заменен или отремонтирован. Для различных типов автомобилей могут поставляться и произвольным образом использоваться модули привода различной мощности. При использовании в грузовом автомобиле он при необходимости может быть без проблем заменен на заранее заряженный блок, чтобы тем самым обеспечить работу расширенного комбинированного или электрического привода.
Для защиты от вредных колебаний при эксплуатации автомобиля несущая рама, предпочтительно, может поддерживаться или устанавливаться на раме автомобиля с промежуточным вводом опор, обладающих эластичностью резины, благодаря чему модуль привода и, в частности, блоки аккумуляторных батарей установлены с защитой от колебаний.
Кроме того, система охлаждения может быть жидкостной системой по меньшей мере с одним воздушно-водяным теплообменником и по меньшей мере с одним геометрически высоко расположенным компенсационным бачком для охлаждающего средства, закрепленными на несущей раме. Электрический подкачивающий насос, управляемый термостатически и/или посредством управляющего устройства, и при необходимости вентилятор промываются автономно, то есть тестируются автаркически.
В одном из предпочтительных усовершенствованных вариантов выполнения несущая рама может быть собрана клеткообразной из продольных, поперечных и вертикальных балок, на которых установлен по меньшей мере блок аккумуляторных батарей, по меньшей мере один радиатор, трубопроводы подачи охлаждающего средства, компенсационный бачок, подкачивающий насос и преобразователи тока: как-то: инвертор и трансформатор постоянного тока с присоединительным разъемом. Клеткообразная несущая рама с точки зрения монтажа легко устанавливается и обеспечивает крутильно-жесткую установку для встраиваемых агрегатов и устройств.
В грузовом автомобиле в качестве особенно предпочтительного устройства несущая рама модуля привода установлена или может быть установлена на одной из продольных балок рамы грузового автомобиля, сбоку между передней и задней осями, что обеспечивает хороший доступ сбоку, с одной стороны, и, с другой стороны, особо защищенную установку модуля привода в случае переднего или заднего столкновения автомобиля.
В одном из вариантов выполнения изобретения к продольной балке рамы автомобиля пристроена или может быть пристроена опорная рама, в которую может быть вставлена упомянутая несущая рама модуля привода. Это создает двойную защиту, образуемую посредством обеих рамных структур, в частности, для блоков аккумуляторных батарей и упрощает монтаж или замену модуля привода.
Опорная рама для получения особенно жесткой к кручению и недорогой конструкции может иметь в поперечном сечении U-образные боковые щеки, которые посредством нескольких поперечин жестко соединены друг с другом, а посредством продольных балок соединены в рамную структуру, открытую к продольной балке рамы автомобиля и вверх, причем боковые щеки, непосредственно примыкающие к продольной балке рамы автомобиля, закреплены или могут быть закреплены на этой продольной балке, а несущая рама вставляется в опорную раму сверху.
Кроме того, для дальнейшего повышения жесткости опорной рамы, в частности, относительно сил, действующих снизу (например, сил, возникающих при наезде) между верхней и нижней поперечинами опорной рамы на боковых щеках, могут быть закреплены поперечины, идущие под углом по диагонали от продольной балки рамы автомобиля наружи и вниз, соответственно.
Кроме того, в предпочтительном варианте выполнения изобретения предлагается, чтобы продольные балки опорной рамы образовывали с несколькими вертикальными балками жесткий на изгиб продольный элемент, который в сочетании с поперечинами служил бы защитой модуля привода, находящегося внутри опорной рамы, от наезда сбоку.
Модуль привода может быть выполнен в особенно целесообразном варианте размещения функциональных элементов с двумя блоками аккумуляторных батарей в несущей раме, располагающимися друг над другом, причем между ними выполнен зазор, в котором позиционированы по меньшей мере подкачивающий насос, трубопроводы подачи охлаждающего средства, электрические провода и конструктивные элементы и подобное. Кроме того, при этом по меньшей мере один радиатор системы охлаждения может быть установлен на несущей раме сбоку, снаружи на некотором удалении от продольной балки рамы автомобиля и позиционирован за продольным элементом, служащим в качестве защиты от наезда. При использовании двух блоков аккумуляторных батарей для улучшения охлаждения каждого из блоков аккумуляторных батарей могут быть предусмотрены по одному радиатору, которые посредством подводящих и обратных трубопроводов включены в систему обеспечения охлаждающим средством вместе с подкачивающим насосом.
Конструктивно просто и особенно благоприятно с точки зрения монтажа верхние продольные балки несущей рамы могут быть подвешены с использованием выступающих участков с промежуточным вводом опор, обладающих эластичностью резины, на верхних поперечинах опорной рамы с четырехточечной опорой. Кроме того, продольный элемент опорной рамы, служащий защитой от наезда, может быть с угловой жесткостью соединен с поперечинами с помощью дополнительных верхних и нижних косынок, закрепленных посредством заклепок.
Наконец, на верхних продольных балках несущей рамы и/или на продольной балке рамы автомобиля может быть закреплена имеющая ходовые поверхности и/или принимающая функциональные элементы рабочая площадка, которая защитным образом прикрывает верхний блок аккумуляторных батарей и одновременно создает эргономически благоприятную область доступа к устройствам обслуживания грузового автомобиля.
Предпочтительный пример выполнения изобретения более подробно поясняется ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает общий вид грузового автомобиля с закрепленной сбоку на его продольной балке опорной рамой, в которую вставляется автаркический электрический модуль привода с несущей рамой;
фиг.2 - закрепленную на продольной балке опорную раму в перспективе, состоящую из боковых щек, поперечин, расположенного снаружи продольного элемента и косынок;
фиг.3 - клеткообразную несущую раму модуля привода из продольных, поперечных и вертикальных балок, выступающую сбоку внутрь поддерживающей консоли и с вставленными верхним и нижним блоками аккумуляторных батарей;
фиг.4 - вставляемый в опорную раму комплектный модуль привода с несущей рамой, блоками аккумуляторных батарей, электрическими преобразователями и жидкостной системой охлаждения;
фиг.5 - модуль привода во вставленном в опорную раму состоянии и с установленной рабочей площадкой, образующей в грузовом автомобиле поверхности для хождения;
фиг.6 - участок грузового автомобиля по фиг.1 с установленными в автомобиль опорной рамой, модулем привода и установленной рабочей площадкой.
На фиг.1 в качестве грузового автомобиля схематично изображен колесный тягач 1 с кабиной 1а и плитой седельно-сцепного устройства 2 автопоезда, имеющий комбинированный (гибридный) привод, состоящий из двигателя внутреннего сгорания как первого источника привода и по меньшей мере из одной электрической машины как второго источника привода. Приводные агрегаты могут быть известной конструкции и поэтому не показаны.
Энергия для привода электрической машины (машин) аккумулируется по меньшей мере в одном электрическом модуле 3 привода, который в виде автаркического блока установлен сбоку колесного тягача 1 (см. фиг.6; на фиг.1 в демонтированном состоянии).
Для этого на раме 4 колесного тягача 1 между передней 5 и задней осью 6 (видны, соответственно, только колеса) и за кабиной 1а на одной (или на обоих) из двух массивных продольных балок 7, 8 рамы автомобиля закреплена опорная рама 9, которая еще будет описана далее и к которой подвешивается модуль 3 привода.
На фиг.2 в деталях изображена опорная рама 9, смонтированная на продольной балке 8 грузового автомобиля, а также без модуля 3 привода. Опорная рама 9 состоит из U-образных боковых щек 10, 11, расположенных по ее углам, двух поперечин 12, 13 с каждой поперечной стороны и одного наружного продольного элемента 14. Между поперечинами 12, 13 вставлена соответствующая поперечина 15, направленная по диагонали наружу и вниз, которая, в частности, повышает жесткость опорной рамы 9 в направлении Z.
На торцах наружных боковых щек 11 закреплен продольный элемент 14, выполненный жестким на изгиб. Он изготовлен из продольных балок 16 и вертикальных балок 17 и служит защитой в случае бокового наезда со стороны другого автомобиля или подобного.
Опорная рама 9 посредством боковых щек 10, прилегающих своими торцами к продольной балке 8 рамы автомобиля, жестко свинчена или склепана с продольной балкой 8 рамы автомобиля. Места соединения между боковыми щеками 10, 11 и указанными балками и поперечинами опорной рамы 9 из стали частично сварены, свинчены или склепаны. Опорная рама 9 в сочетании с продольной балкой 8 рамы автомобиля образует окружную замкнутую раму, выполненную на фиг.2 открытой вниз и вверх, а на наружных угловых участках усиленную верхними и нижними косынками 18. Косынки 18 после подвешивания модуля 3 привода в опорной раме 3 привинчиваются.
На фиг.3 и 4 изображен модуль 3 привода, имеющий клеткообразную, примерно прямоугольную несущую раму 19 (см. фиг.3), которая состоит из верхних и нижних продольных балок 20, 21, из расположенных по ее углам вертикальных балок 23 и с одной стороны из диагональной балки 24, повышающей жесткость. Указанные балки, предпочтительно, изготовлены из профилей из легкого металла и жестко соединены посредством винтовых, сварных и/или заклепочных соединений.
В несущую раму 19 встроены два блока аккумуляторных батарей 25 с множеством литиево-ионных элементов (не показаны). Последние, как видно из фиг.3, установлены друг над другом с зазором между ними и свинчены с продольными, поперечными и вертикальными балками 20, 21 и 23 таким образом, что они образуют с несущей рамой 19 несущие элементы. Высота блоков 25 аккумуляторных батарей и вертикальный зазор составляют примерно треть общей высоты несущей рамы.
На обращенной к продольной балке 8 рамы автомобиля (в состоянии конечного монтажа) стороне несущей рамы 19 и в области показанного на фиг.3 свободного зазора между блоками 25 аккумуляторных батарей выполнена выступающая вовнутрь поддерживающая консоль 26 из нескольких балок (не обозначенных позицией), несущая инвертор 27 с встроенным трансформатором 28 (фиг.4) постоянного тока, которые не показанным образом по меньшей мере посредством одного присоединительного разъема для подсоединения к бортовой сети грузового автомобиля 1 и соответствующих электрических проводов соединены с блоками 25 аккумуляторных батарей.
Модуль 3 привода (фиг.4) содержит автаркическую систему жидкостного охлаждения. Жидкостная система охлаждения по существу состоит из (не показанных) трубопроводов подачи охлаждающей воды в блоки 25 аккумуляторных батарей вокруг инвертора 27 с трансформатором 28 постоянного тока. Кроме того, жидкостная система охлаждения с помощью различных трубопроводов подачи охлаждающей воды соединена с двумя радиаторами 30 в виде воздушно-водяных теплообменников, подкачивающим насосом 31 с электроприводом и с компенсационным бачком 32 для охлаждающего средства. При необходимости за радиаторами 30 между блоками 25 аккумуляторов может быть встроен также электрический вентилятор для подачи охлаждающего воздуха через радиаторы 30.
Подкачивающий насос 31 при соответствующем управлении приводит в действие контур циркуляции охлаждающего средства и через впускной трубопровод 34 подает охлаждающее средство (например, смесь воды с гликолем) из обоих радиаторов 30 в нагнетательный трубопровод 33. Из нагнетательного трубопровода 33 охлаждающее средство в результате протекания через электроприборы, например, через аккумуляторную батарею или инвертор, циркулирует в контуре циркуляции. К впускному трубопроводу 34 присоединен посредством канала 36 геометрически выше расположенный компенсационный бачок 32.
Оба радиатора 30, как показано на фиг.4 и 5, позиционированы со стороны автомобиля 1, расположенной во встроенном состоянии модуля привода (фиг.5) снаружи, и позади продольного элемента 14 несущей опорной рамы 9, служащего в качестве защиты от наезда. Разумеется, что на несущей раме 19 модуля 3 привода предусмотрены различные крепежные лапки и подобное, которые служат, например, для крепления подкачивающего насоса 31 компенсационного бачка 32 и подобного и для упрощения понимания более подробно не показаны.
Модуль 3 привода изготавливается как предварительно собранный узел. Блоки 25 аккумуляторных батарей, преобразователи 27, 28 тока, комплексная система охлаждения с различными трубопроводами подачи охлаждающей воды, радиаторами 30, подкачивающим насосом 31, компенсационным бачком 32 и подобным встраиваются, заполняются охлаждающим средством, и из нее удаляется воздух. После этой предварительной сборки модуль 3 привода полностью проверяется на предмет электрической и термической работоспособности и степени заряженности аккумуляторных батарей 25, а также на герметичность системы охлаждения.
После завершения проверки вне автомобиля 1 модуль 3 с несущей рамой 19 сверху подвешивается в опорной раме 9, закрепленной на автомобиле 1.
Для этого верхние продольные балки 20 (см. фиг.3 и 4) имеют выступающие за контуры несущей рамы 19 удлиненные участки 20а, установленные с промежуточным вводом обладающих эластичностью резины амортизаторов или опор 37 с четырехточечной установкой (см. также фиг.2) на поперечины 12 опорной рамы и закрепленные посредством винтовых соединений.
Дополнительно могут быть еще предусмотрены также обладающие эластичностью резины боковые упоры 38 (фиг.5) между ниже расположенными поперечинами 15 или 13 опорной рамы 9 и вертикальными балками 23 несущей рамы 19. После подвешивания, или монтажа, модуля 3 привода последний посредством присоединительного разъема не показанным образом электрически присоединяется к бортовой сети автомобиля 1.
Над несущей рамой 19 модуля привода не показанным образом может размещаться профилированная рабочая площадка 39, которая служит поверхностью для хождения и/или опоры для функциональных элементов при эксплуатации грузового автомобиля 1, а кроме того, является одновременно дополнительным упрочняющим и защищающим прокрывающим элементом для модуля 3 привода.
Перечень позиций
1 колесный тягач
1а кабина
2 плита седельно-сцепного устройства
3 модуль привода
4 Рама (автомобиля)
5 передняя ось
6 задняя ось
7, 8 продольная балка рамы автомобиля
9 опорная рама
10, 11 боковые щеки
12, 13 поперечины
14 продольный элемент
15 поперечина
16 продольные балки
17 вертикальные балки
18 косынки
19 несущая рама
20, 21 продольные балки
20а удлиненные участки
23 вертикальные балки
24 диагональная балка
25 блоки аккумуляторных батарей
26 поддерживающая консоль
27 инвертор
28 трансформатор постоянного тока
30 радиатор
31 подкачивающий насос
32 компенсационный бачок
33 нагнетательный трубопровод
34 впускной трубопровод
35 обратные трубопроводы
36 канал
37, 38 опора, обладающая эластичностью резины
39 рабочая площадка
1. Электрический модуль (3) привода для автомобиля (1) с электрическим или комбинированным приводом, по меньшей мере с одним питаемым посредством инвертора (27) блоком (25) аккумуляторных батарей, с закрепленной на платформе автомобиля несущей рамой (19), принимающей блок (25) аккумуляторных батарей, и с системой охлаждения для поддержания температуры электрических конструктивных деталей, причем модуль (3) привода установлен в несущей раме (19) как автаркический блок, содержащий блок (25) аккумуляторных батарей, преобразователи тока, как инвертор (27) и трансформатор (28) постоянного тока, по меньшей мере один электрический присоединительный разъем, систему охлаждения по меньшей мере с одним теплообменником (30), трубопроводами (33, 34, 35, 36) подачи охлаждающего средства и подкачивающим насосом (31), при этом несущая рама (19) устанавливается на раме автомобиля (1), отличающийся тем, что несущая рама (19) установлена на раме (4) с промежуточным вводом опор (37, 38), обладающих эластичностью резины.
2. Модуль (3) привода по п. 1, отличающийся тем, что система охлаждения является жидкостной системой охлаждения по меньшей мере с одним воздушно-водяным теплообменником (30) и с геометрически высоко расположенным компенсационным бачком (32) для охлаждающего средства, закрепленными на несущей раме (19).
3. Модуль (3) привода по п. 1, отличающийся тем, что несущая рама (19) составлена клеткообразно из продольных, поперечных и вертикальных балок (20, 21, 23), к которым присоединены по меньшей мере один блок (25) аккумуляторов, по меньшей мере один теплообменник (30), трубопроводы (33, 34, 35, 36) подачи охлаждающего средства, компенсационный бачок (32), подкачивающий насос (31) и инвертор (27), а также по меньшей мере один присоединительный разъем.
4. Модуль (3) привода по п. 2, отличающийся тем, что несущая рама (19) составлена клеткообразно из продольных, поперечных и вертикальных балок (20, 21, 23), к которым присоединены по меньшей мере один блок (25) аккумуляторов, по меньшей мере один теплообменник (30), трубопроводы (33, 34, 35, 36) подачи охлаждающего средства, компенсационный бачок (32), подкачивающий насос (31) и инвертор (27), а также по меньшей мере один присоединительный разъем.
5. Модуль (3) привода по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что несущая рама (19) крепится к продольной балке (8) рамы (4) грузового автомобиля (1) сбоку между передней осью (5) и задней осью (6).
6. Модуль (3) привода по п. 5, отличающийся тем, что к продольной балке (8) рамы автомобиля присоединена опорная рама (9), в которую вставляется упомянутая несущая рама (19) модуля (3) привода.
7. Модуль (3) привода по п. 6, отличающийся тем, что опорная рама (9) имеет в поперечном сечении U-образные боковые щеки (10, 11), которые посредством нескольких поперечин (12, 13, 15) жестко соединены друг с другом и которые посредством продольных балок (16) соединены в рамную структуру, открытую к продольной балке (8) рамы автомобиля и в направлении вверх/вниз, причем, в частности, боковые щеки (10), непосредственно примыкающие к продольной балке (8) рамы автомобиля, крепятся на продольной балке (8) рамы автомобиля, а несущая рама (19) вставляется в опорную раму (9) сверху.
8. Модуль (3) привода по п. 7, отличающийся тем, что между одной верхней и одной нижней поперечинами (12, 13) опорной рамы (9) на боковых щеках (10, 11) соответственно закреплена поперечина (15), идущая под углом по диагонали от продольной балки (8) рамы автомобиля наружу и вниз соответственно.
9. Модуль (3) привода по п. 7, отличающийся тем, что продольные балки (16) опорной рамы (9) образуют с несколькими вертикальными балками (17) жесткий на изгиб продольный элемент (14), который в сочетании с поперечинами (12, 13, 15) служит защитой от наезда сбоку для модуля (3) привода, находящегося внутри опорной рамы (9).
10. Модуль (3) привода по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что в несущей раме (19) установлены два блока (25) аккумуляторных батарей, которые располагаются друг над другом, причем между ними выполнен зазор, в котором размещены, по меньшей мере, подкачивающий насос (31), трубопроводы (33, 34, 35, 36) подачи охлаждающего средства и электрические провода.
11. Модуль (3) привода по п. 10, отличающийся тем, что оба блока (25) аккумуляторных батарей жестко соединены, по меньшей мере, с вертикальными балками (23) несущей рамы (19) и дополнительно усиливают рамную структуру.
12. Модуль (3) привода по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что на несущей раме (19) предусмотрена установленная примерно между блоками (25) аккумуляторных батарей и выступающая внутрь в направлении продольной балки (8) поддерживающая консоль (26), которая несет преобразователи (27, 28) тока, а при необходимости присоединительный разъем.
13. Модуль (3) привода по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что по меньшей мере один теплообменник (30) системы охлаждения, в частности радиатор (30), устанавливается на несущей раме (19) сбоку снаружи на некотором удалении от продольной балки (8) рамы (4) автомобиля и позиционируется за продольным элементом (14), служащим в качестве защиты от наезда.
14. Модуль (3) привода по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что при использовании двух блоков (25) аккумуляторных батарей для каждого из блоков (25) аккумуляторных батарей предусмотрено по одному радиатору (30), которые посредством подводящих трубопроводов (34) и обратных трубопроводов (35) с гидравлическим разделением включены в систему охлаждения вместе с подкачивающим насосом (31).
15. Модуль (3) привода по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что верхние продольные балки (20) несущей рамы (19) подвешены с использованием выступающих участков (20а) с промежуточным вводом опор (37), обладающих эластичностью резины, на верхних поперечинах (12) опорной рамы (9).
16. Модуль (3) привода по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что продольный элемент (14) опорной рамы (9), служащий защитой от наезда, с приданием угловой жесткости соединен с поперечинами (12, 13) с помощью дополнительно закрепленных верхних и нижних косынок (18).
17. Модуль (3) привода по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что на верхних продольных балках (20) несущей рамы (19) и/или на продольной балке (8) рамы (4) автомобиля закрепляется имеющая ходовые поверхности и/или принимающая функциональные элементы рабочая площадка (39), которая закрывает несущую раму (19).
18. Автомобиль (1), имеющий модуль (3) привода по любому из пп. 1-17 формулы изобретения.
