DE102017101961A1 - Hybrid powertrain for small vehicles - Google Patents

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Yunfan Wei
Markus Baehr
Marco Grethel
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem automatisierten Schaltgetriebe (2) sowie einer elektrischen Maschine (3), wobei eine einen Rotor drehfest aufnehmende Antriebsachse (4) der elektrischen Maschine (3) mit einer Getriebewelle (5) des Schaltgetriebes (2) rotatorisch koppelbar ist, wobei die elektrische Maschine (3) als eine Asynchronmaschine ausgebildet ist.The invention relates to a hybrid drive train (1) for a motor vehicle, having an automatic transmission (2) and an electric machine (3), wherein a drive shaft (4) of the electric machine (3) receiving a rotor in a rotationally fixed manner is provided with a transmission shaft (5) Gearbox (2) is rotatably coupled, wherein the electrical machine (3) is designed as an asynchronous machine.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybridantriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, wie einen Pkw, einen Lkw, einen Bus oder ein sonstiges Nutzfahrzeug, mit einem automatisierten Schaltgetriebe sowie einer elektrischen Maschine, wobei eine einen Rotor drehfest aufnehmende Antriebsachse der elektrischen Maschine rotatorisch / drehend mit einer Getriebewelle des Schaltgetriebes koppelbar ist.The invention relates to a hybrid powertrain for a motor vehicle, such as a car, a truck, a bus or other commercial vehicle, with an automated manual transmission and an electric machine, wherein a rotor rotatably receiving a rotor drive shaft of the electric machine rotatory / rotating with a transmission shaft of the gearbox can be coupled.

Gattungsgemäße Antriebsstränge sind aus dem Stand der Technik bereits in verschiedenen Ausführungen bekannt. Diesbezüglich offenbart die DE 10 2004 031 572 A1 ein Fahrzeug mit einem Automatikgetriebe. Die DE 10 2011 086 327 A1 offenbart einen Hybridantrieb mit einem automatisierten Schaltgetriebe. Weiterer Stand der Technik ist aus der EP 3 051 182 A1 sowie der WO2008/138387 A1 bekannt.Generic drive trains are already known from the prior art in various designs. In this regard, the DE 10 2004 031 572 A1 a vehicle with an automatic transmission. The DE 10 2011 086 327 A1 discloses a hybrid drive with an automated manual transmission. Further prior art is known from EP 3 051 182 A1 as well as the WO2008 / 138387 A1 known.

Die bisher bekannten Hybridantriebsstränge haben jedoch häufig den Nachteil, dass sie aufgrund ihrer Ausbildung lediglich für höherklassige Fahrzeuge geeignet sind. Dies liegt einerseits an den relativ hohen Herstellungskosten dieser Antriebsstränge, andererseits an dem relativ hohen Gewicht. Diese bekannten Systeme sind daher häufig für leichtgewichtige Kleinfahrzeuge relativ ungeeignet.However, the previously known hybrid powertrains often have the disadvantage that they are only suitable for higher-class vehicles due to their training. This is due, on the one hand, to the relatively high production costs of these drive trains and, on the other hand, to the relatively high weight. These known systems are therefore often relatively unsuitable for lightweight small vehicles.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zu beheben und insbesondere einen Hybridantriebsstrang zur Verfügung zu stellen, dessen Herstellaufwand weiter reduziert werden soll sowie ein möglichst geringes Gewicht aufweisen soll.It is therefore an object of the present invention to overcome the known from the prior art disadvantages and in particular to provide a hybrid powertrain available, the manufacturing cost is to be further reduced and should have the lowest possible weight.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die elektrische Maschine als eine Asynchronmaschine ausgebildet ist.This is inventively achieved in that the electrical machine is designed as an asynchronous machine.

Im Vergleich zu den bisher häufig verwendeten permanent erregten Synchronmaschinen können durch die erfindungsgemäß eingesetzte Asynchronmaschine im Wesentlichen folgende zwei Probleme behoben werden. Da die elektrische Maschine „direkt“ (über die Getriebewelle) mit den Rädern verbunden ist, hat sie die Funktion im gesamten Drehzahlbereich zu arbeiten. Eine Drehzahlanpassung durch den Gangwechsel ist bisher in Abhängigkeit der Ausbildung des Schaltgetriebes sowie der Anbindung der elektrischen Maschine an die Getriebewelle unter Umständen nicht möglich. Aufgrund der Gegeninduktion reduziert sich dann die maximale Leistung der bisherigen Synchronmaschine beim Feldschwächebetrieb mit steigender Drehzahl. Zudem führt der Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverlust bisher dazu, dass der Wirkungsgrad im hohen Drehzahlbereich deutlich schlechter wird. Diese beiden Nachteile können durch die Asynchronmaschine vermieden werden. Des Weiteren ist die Asynchronmaschine deutlich kostengünstiger als permanent erregte Synchronmaschinen, was insbesondere für Kleinfahrzeug attraktiv ist.In comparison to the previously frequently used synchronously excited synchronous machines, the following two problems can be remedied by the asynchronous machine used according to the invention. Since the electric machine is "directly" (via the gear shaft) connected to the wheels, it has the function to work in the entire speed range. A speed adjustment by the gear change is previously not possible depending on the design of the gearbox and the connection of the electric machine to the gear shaft. Due to the mutual induction then reduces the maximum power of the previous synchronous machine in field weakening operation with increasing speed. In addition, the Ummagnetisierungs- and eddy current loss so far causes the efficiency in the high speed range is significantly worse. These two disadvantages can be avoided by the asynchronous machine. Furthermore, the asynchronous machine is significantly less expensive than permanently excited synchronous machines, which is particularly attractive for small vehicles.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und nachfolgend näher erläutert.Further advantageous embodiments are claimed in the subclaims and explained in more detail below.

Ist die elektrische Maschine (mit der Antriebsachse) parallel zu der Getriebewelle, vorzugsweise einer Getriebeausgangswelle, des Schaltgetriebes angeordnet und über eine Koppeleinrichtung mit dieser verbindbar, kann der Hybridantriebsstrang mit einer so genannten P3-Hybridstruktur effektiv ausgebildet werden. Dadurch kann die elektrische Maschine individuell an die Getriebewelle angekoppelt oder von dieser entkoppelt werden. Durch diese achsparallele Anordnung der Asynchronmaschine über eine Übersetzung wird insbesondere bei der bevorzugten Ausbildung eines Front-Quer-Antriebes kein zusätzlicher Axialbauraum beansprucht.If the electric machine (with the drive axle) is arranged parallel to the transmission shaft, preferably a transmission output shaft, of the gearbox and can be connected to it via a coupling device, the hybrid powertrain can be effectively formed with a so-called P3 hybrid structure. This allows the electric machine to be individually coupled to the transmission shaft or decoupled from this. By this axially parallel arrangement of the asynchronous machine via a translation no additional axial space is claimed, in particular in the preferred embodiment of a front-transverse drive.

Alternativ hierzu ist es jedoch auch möglich, eine P4-Hybridstruktur zu verwenden, d.h. die elektrische Maschine bspw. in Form eines Radnabenmotors, an einem Rad des Kraftfahrzeuges anzuordnen, oder in Form einer elektrischen Achse / E-Achse im Kraftfahrzeug, im Anschluss an das Schaltgetriebe im Antriebsstrang, anzuordnen.Alternatively, however, it is also possible to use a P4 hybrid structure, i. the electric machine, for example, in the form of a wheel hub motor, to be arranged on a wheel of the motor vehicle, or in the form of an electrical axis / E-axis in the motor vehicle, following the manual transmission in the drive train to arrange.

Weiter von Vorteil ist es, wenn die elektrische Maschine an ein 48V-Bordnetz angeschlossen ist, bzw. in dieses 48V-Bordnetz integriert ist. Das 48V-Bordnetz hat insbesondere den Vorteil, dass es für die Leistungsklasse der elektrischen Maschine vollkommen ausreicht. Die Bordnetzspannung ist auf 48V beschränkt, wodurch insbesondere Hochvoltschutzmaßnahmen eingespart werden können. Um die elektrischen Verluste nicht zu groß werden zu lassen, arbeiten die elektrischen Hilfsaggregate ebenfalls mit 48V.Another advantage is when the electrical machine is connected to a 48V electrical system, or is integrated in this 48V electrical system. The 48V vehicle electrical system has the particular advantage that it is completely sufficient for the power class of the electric machine. The vehicle electrical system voltage is limited to 48V, which in particular high-voltage protection measures can be saved. In order not to let the electrical losses become too large, the electrical auxiliary units also work with 48V.

In diesem Zusammenhang ist es deshalb auch besonders vorteilhaft, wenn ein Starter des Verbrennungsmotors in diesem 48V-Bordnetz integriert / an diesem 48V-Bordnetz angeschlossen ist. Dieser weist dann nämlich ein besseres Start-Stopp- und Motorwiederstart-Verhalten auf.In this context, it is therefore particularly advantageous if a starter of the internal combustion engine is integrated in this 48V vehicle electrical system / connected to this 48V electrical system. This then has namely a better start-stop and engine restart behavior.

Zweckmäßig ist es auch, wenn an dem 48V-Bordnetz eine erste Batterie / 48V-Batterie angeschlossen ist / eine erste Batterie in dieses 48V-Bordnetz integriert ist, wobei diese erste Batterie wiederum vorzugsweise als Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet ist. Dadurch wird ein elektrisches Fahren des Kraftfahrzeuges über eine bestimmte Reichweite effektiv erzielt. Besonders bevorzugt ist die erste Batterie dann so ausgeführt, etwa mit einer elektrischen Energie von 1 kWh, um mindestens eine Reichweite von 5 km durch ein reines elektrisches Fahren, d.h. bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor, zurückzulegen.It is also expedient if a first battery / 48V battery is connected to the 48V electrical system / a first battery is integrated in this 48V electrical system, this first battery is again preferably designed as a lithium-ion battery. Thereby, an electric driving of the motor vehicle over a certain range is effectively achieved. Particularly preferably, the first battery is then designed, for example with an electrical energy of 1 kWh, by at least one range 5 km of pure electric driving, ie with the combustion engine switched off.

Zudem ist es von Vorteil, wenn die erste Batterie eine elektrische Energie zwischen 0,5 kWh und 2,5 kWh, besonders bevorzugt von ca. 1 kWh, aufweist. Dadurch ist ein besonders geeigneter Kompromiss zwischen Gewicht und Reichweite des rein elektrischen Fahrens getroffen.In addition, it is advantageous if the first battery has an electrical energy between 0.5 kWh and 2.5 kWh, particularly preferably about 1 kWh. As a result, a particularly suitable compromise between weight and range of purely electric driving is made.

Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn das 48V-Bordnetz über einen Wandler (bevorzugt einen DC/DC-Wandler) mit einem 12V-Bordnetz verbunden ist / an dieses 12V-Bordnetz angeschlossen ist. Somit kann das konventionelle 12V-Bordnetz ebenfalls beibehalten werden.Furthermore, it is advantageous if the 48V vehicle electrical system is connected via a converter (preferably a DC / DC converter) to a 12V vehicle electrical system / is connected to this 12V vehicle electrical system. Thus, the conventional 12V electrical system can also be maintained.

An dem 12V-Bordnetz ist wiederum bevorzugt eine zweite Batterie / eine 12V-Batterie angeschlossen. Diese zweite Batterie dient als zusätzlicher Energiespeicher und ist weiter bevorzugt besonders kostengünstig als Bleibatterie ausgeführt. Über diese konventionelle zweite Batterie werden dann bevorzugt die üblichen Verbraucher betrieben, wie etwa eine Beleuchtung, ein Radio und ein Display, eine Sitz- und/oder Scheibenheizung, ein Hydraulikmodul für z.B. das ABS oder die Servo-Lenkung, Steuergeräte und/oder Aktoren insbesondere für Kupplung, Gänge, Scheibenwischer, Fenster, Schiebedach, Außenspiegel und/oder Sitzverstellung, und ähnliches.In turn, a second battery / a 12V battery is preferably connected to the 12V vehicle electrical system. This second battery serves as an additional energy store and is more preferably designed as a low-cost lead-acid battery. The conventional consumers are then preferably operated via this conventional second battery, such as lighting, a radio and a display, seat and / or window heating, a hydraulic module for e.g. the ABS or the servo-steering, control devices and / or actuators in particular for clutch, gears, windscreen wipers, windows, sunroof, exterior mirrors and / or seat adjustment, and the like.

Weiterhin ist es vorteilhaft, insbesondere bei der achsparallelen Bauweise des Hybridantriebsstranges, wenn die elektrische Maschine innerhalb eines Gehäuses des Schaltgetriebes angeordnet ist. Dadurch ist die elektrische Maschine relativ bauraumneutral integriert.Furthermore, it is advantageous, in particular in the paraxial design of the hybrid drive train, when the electric machine is arranged within a housing of the gearbox. As a result, the electric machine is integrated relatively space-neutral.

Zweckmäßig ist es auch, wenn die elektrische Maschine eine Dauerleistung zwischen 2 kW und 5 kW, besonders bevorzugt zwischen 2 kW und 3 kW, weiter bevorzugt von ca. 2,5 kW und/oder eine maximale Leistung zwischen 12 kW und 18 kW, besonders bevorzugt zwischen 14 kW und 16 kW, weiter bevorzugt von ca. 15 kW aufweist. Die maximale Leistung ist bevorzugt bei einer Drehzahl bei ca. 4000 U/min umgesetzt. Dadurch ist die elektrische Maschine für Kleinfahrzeuge weiter optimiert.It is also expedient if the electric machine has a continuous power of between 2 kW and 5 kW, particularly preferably between 2 kW and 3 kW, more preferably of approximately 2.5 kW and / or a maximum power of between 12 kW and 18 kW preferably between 14 kW and 16 kW, more preferably of about 15 kW. The maximum power is preferably implemented at a speed of about 4000 rpm. As a result, the electric machine for small vehicles is further optimized.

Ist die elektrische Maschine zur Erzeugung eines Nennmomentes / Nenndrehmomentes zwischen 5 Nm und 13 Nm, bevorzugt zwischen 4 Nm und 8 Nm, weiter bevorzugt von ca. 6 Nm und/oder eines maximalen Momentes / Drehmomentes zwischen 25 Nm und 50 Nm, besonders bevorzugt zwischen 30 Nm und 40 Nm, weiter bevorzugt von ca. 36 Nm, ausgebildet, wird ein ausreichendes Moment während des Betriebes des Kraftfahrzeuges durch die elektrische Maschine bereitgestellt.Is the electric machine for generating a rated torque / nominal torque between 5 Nm and 13 Nm, preferably between 4 Nm and 8 Nm, more preferably about 6 Nm and / or a maximum torque / torque between 25 Nm and 50 Nm, more preferably between 30 Nm and 40 Nm, more preferably formed of about 36 Nm, a sufficient moment during operation of the motor vehicle is provided by the electric machine.

In diesem Zusammenhang ist es zudem zweckmäßig, wenn die elektrische Maschine eine maximale Drehzahl zwischen 10000 U/min und 22000 U/min, besonders bevorzugt zwischen 18000 U/min und 22000 U/min, weiter bevorzugt von ca. 20000 U/min aufweist.In this context, it is also expedient for the electric machine to have a maximum speed of between 10,000 rpm and 22,000 rpm, more preferably between 18,000 rpm and 22,000 rpm, more preferably approximately 20000 rpm.

In anderen Worten ausgedrückt, ist somit ein besonders kostengünstiges Hybridisierungs- und Automatisierungskonzept, insbesondere für ein A-Segment, d.h. für Kleinfahrzeuge, umgesetzt. Erfindungsgemäß ist eine Kombination aus einem automatisierten Schaltgetriebe sowie einer Asynchronmaschine zur Verfügung gestellt. Die Asynchronmaschine ist bevorzugt achsparallel zu einer Ausgangswelle des Getriebes, insbesondere an einer Ausgangsseite, angeordnet. Des Weiteren ist bevorzugt ein 48V-Bordnetz mit einer Lithium-Ionen-Batterie sowie ein 12V-Bordnetz mit einer Bleibatterie verwendet.In other words, thus, a particularly inexpensive hybridization and automation concept, in particular for an A-segment, i. for small vehicles, implemented. According to the invention, a combination of an automated manual transmission and an asynchronous machine is provided. The asynchronous machine is preferably arranged axially parallel to an output shaft of the transmission, in particular on an output side. Furthermore, a 48V vehicle electrical system with a lithium-ion battery and a 12V vehicle electrical system with a lead-acid battery is preferred.

Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand einer Figur näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to a figure.

Es zeigt die einzige 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Hybridantriebsstranges nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei zusätzlich auch die an einer elektrischen Maschine des Antriebsstranges angeschlossenen Bordnetze schematisch veranschaulicht sind.It shows the only one 1 a schematic representation of a hybrid powertrain according to the invention according to a preferred embodiment, in addition, the electrical system connected to the drive train electrical systems are also illustrated schematically.

Die Figur ist lediglich schematischer Natur und dient ausschließlich dem Verständnis der Erfindung.The figure is merely schematic in nature and is for the sole purpose of understanding the invention.

Der erfindungsgemäße Hybridantriebsstrang 1 nach 1 ist in einem Kleinfahrzeug eingesetzt. Der Hybridantriebsstrang 1 weist auf typische Weise eine elektrische Maschine 3 (auch als Elektromotor / E-Motor / E-Maschine bezeichnet) und einen Verbrennungsmotor 16 auf. Ein automatisiertes Schaltgetriebe 2 dient zur wahlweisen Übersetzung eines durch den Verbrennungsmotor 16 aufgebrachten Drehmomentes. Des Weiteren weist der Hybridantriebsstrang 1 eine Kupplung 17 auf, die den Verbrennungsmotor 16, nämlich eine Ausgangswelle des Verbrennungsmotors 16, wahlweise mit einer Getriebeeingangswelle (nachfolgend als zweite Getriebewelle 14 bezeichnet) des Schaltgetriebes 2 koppelt oder von dieser entkoppelt. Mit einer Getriebeausgangswelle (nachfolgend als erste Getriebewelle 5 bezeichnet) des Schaltgetriebes 2 ist ein Differenzial 18 drehgekoppelt. Das Differenzial 18 geht in die jeweiligen Achsen 19 des Kraftfahrzeuges über, die wiederum jeweils mit einem Rad 20 des Kraftfahrzeuges gekoppelt sind.The hybrid powertrain according to the invention 1 to 1 is used in a small vehicle. The hybrid powertrain 1 typically has an electric machine 3 (also referred to as electric motor / electric motor / electric motor) and an internal combustion engine 16 on. An automated manual transmission 2 is used for optional translation of one by the internal combustion engine 16 applied torque. Furthermore, the hybrid powertrain 1 a clutch 17 on that the internal combustion engine 16 namely, an output shaft of the internal combustion engine 16 optionally with a transmission input shaft (hereinafter referred to as a second transmission shaft 14 referred to) of the gearbox 2 coupled or decoupled from this. With a transmission output shaft (hereinafter referred to as the first transmission shaft 5 referred to) of the gearbox 2 is a differential 18 rotationally coupled. The differential 18 goes into the respective axes 19 of the motor vehicle over, in turn, each with a wheel 20 of the motor vehicle are coupled.

Die elektrische Maschine 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel in einem Gehäuse 12 des Schaltgetriebes 2 integriert. Auch das Differenzial 18 ist in diesem Gehäuse 12 integriert. Die elektrische Maschine 3 weist einen hier der Übersichtlichkeit halber nicht weiter dargestellten Rotor auf, der unmittelbar drehfest mit einer Antriebsachse 4 / Antriebswelle der elektrischen Maschine 3 rotatorisch / drehfest verbunden ist. Die elektrische Maschine 3 ist seitens der Antriebsachse 4 mit der ersten Getriebewelle 5 koppelbar. Hierzu ist die Antriebsachse 4 über eine Übersetzungsstufe 21 in Form einer Zahnradanordnung mit einem Drehteil 6 in Form eines Zahnrades mit der ersten Getriebewelle 5 koppelbar. Die Antriebsachse 4 ist mittels einer hier der Übersichtlichkeit halber lediglich schematisch dargestellten öffenbaren Koppeleinrichtung 7 wahlweise mit der ersten Getriebewelle 5 koppel- und entkoppelbar. Alternativ hierzu ist es möglich, die Koppeleinrichtung 7 permanent geschlossen auszuführen, sodass die Antriebsachse permanent mit der ersten Getriebewelle 5 drehgekoppelt ist.The electric machine 3 is in this embodiment in a housing 12 of gearbox 2 integrated. Also the differential 18 is in this case 12 integrated. The electric machine 3 has a rotor not shown here for clarity, which is directly rotationally fixed to a drive axle 4 / Drive shaft of the electric machine 3 is rotationally connected. The electric machine 3 is on the part of the drive axle 4 with the first gear shaft 5 coupled. This is the drive axle 4 about a translation level 21 in the form of a gear arrangement with a rotating part 6 in the form of a gear with the first gear shaft 5 coupled. The drive axle 4 is by means of a here for clarity, only schematically illustrated openable coupling device 7 optionally with the first gear shaft 5 can be coupled and decoupled. Alternatively, it is possible, the coupling device 7 permanently closed, so that the drive axle is permanently connected to the first gear shaft 5 is rotationally coupled.

Erfindungsgemäß ist die elektrische Maschine 3 als eine Asynchronmaschine ausgebildet. Hierbei handelt es sich um eine parallele / achsparallele Anordnung der elektrischen Maschine 3, weshalb die Antriebsachse 4 parallel zu der ersten Getriebewelle 5 angeordnet ist. Insbesondere ist die Antriebsachse 4 in radialer Richtung versetzt zu / außerhalb der ersten Getriebewelle 5 angeordnet. Auch ist die elektrische Maschine 3 beabstandet zu der zweiten Getriebewelle 14 ausgerichtet. Die elektrische Maschine 3 mit ihrem Stator sowie ihrem Rotor, die zusammen in einem Motorgehäuse, das wiederum fest mit dem Gehäuse 12 verbunden ist, angeordnet sind, sind somit in einem radialen Freiraum des Gehäuses 12 außerhalb der beiden Getriebewellen 5 und 14 angeordnet.According to the invention, the electric machine 3 designed as an asynchronous machine. This is a parallel / paraxial arrangement of the electrical machine 3 , which is why the drive axle 4 parallel to the first gear shaft 5 is arranged. In particular, the drive axle 4 offset in the radial direction to / outside the first transmission shaft 5 arranged. Also is the electric machine 3 spaced from the second transmission shaft 14 aligned. The electric machine 3 with its stator as well as its rotor, which together in a motor housing, which in turn firmly with the housing 12 is connected, are thus in a radial clearance of the housing 12 outside the two transmission shafts 5 and 14 arranged.

Die elektrische Maschine 3 ist mit einem ersten Bordnetz 8 verbunden / an diesem angeschlossen. Das erste Bordnetz 8 ist als 48V-Bordnetz ausgeführt. Es sei jedoch erwähnt, dass es prinzipiell auch möglich ist, eine andere Spannung für das erste Bordnetz 8 vorzusehen. Neben dem ersten Bordnetz 8 ist ein zweites Bordnetz 11 vorhanden. Dieses zweite Bordnetz 11 ist als 12V-Bordnetz 11 ausgeführt. Prinzipiell ist es jedoch möglich, dieses 12V-Bordnetz mit anderen Spannungen auszubilden.The electric machine 3 is with a first electrical system 8th connected / connected to this. The first electrical system 8th is designed as a 48V electrical system. It should be noted, however, that it is also possible in principle, another voltage for the first electrical system 8th provided. In addition to the first electrical system 8th is a second electrical system 11 available. This second electrical system 11 is designed as a 12V vehicle electrical system 11. In principle, however, it is possible to form this 12V electrical system with other voltages.

Ein (erster) Leitungsabschnitt 22a ist vorhanden, um das erste Bordnetz 8 über einen ersten Wandler 10 in Form eines DC/DC-Wandlers mit dem zweien Bordnetz 11 zu verbinden.A (first) line section 22a is available to the first electrical system 8th via a first converter 10 in the form of a DC / DC converter with the two electrical system 11 connect to.

Das erste Bordnetz 8 weist zudem einen (zweiten) Leitungsabschnitt 22b auf, der einen motorgehäusefesten Stator der elektrischen Maschine 3 mit einem zweiten Wandler 15 verbindet. Der zweite Wandler 15 ist als DC/AC-Wandler ausgebildet. Auf einer der elektrischen Maschine 3 abgewandten Seite des zweiten Wandlers 15 schließt eine (erste 48V-) Batterie 9 des 48V-Bordnetzes 8 an. Die erste Batterie 9 ist als eine Lithium-Ionen-Batterie ausgebildet. Die erste Batterie 9 ist auf typische Weise in dem 48V-Bordnetz 8 angeordnet. Die erste Batterie 9 ist über einen entsprechenden dritten Leitungsabschnitt 22c mit einem Starter 23 des Verbrennungsmotors 16 weiterverbunden. Die Energie zum Starten des Verbrennungsmotors 3 wird somit aus der ersten Batterie 9 entnommen.The first electrical system 8th also has a (second) line section 22b on, which is a motor housing fixed stator of the electric machine 3 with a second transducer 15 combines. The second converter 15 is designed as a DC / AC converter. On one of the electric machine 3 opposite side of the second transducer 15 closes a (first 48V) battery 9 of the 48V electrical system 8 at. The first battery 9 is designed as a lithium-ion battery. The first battery 9 is typically located in the 48V electrical system 8. The first battery 9 is over a corresponding third line section 22c with a starter 23 of the internal combustion engine 16 transferred. The energy to start the internal combustion engine 3 is thus from the first battery 9 taken.

In dem 12V-Bordnetz 11 ist wiederum eine (zweite) Batterie 13 vorhanden. Die zweite Batterie ist als eine Bleibatterie ausgebildet. Die zweite Batterie 13 dient zum Antreiben verschiedener Verbraucher 24 des Kraftfahrzeuges, die hier rein schematisch als Kasten dargestellt sind.In the 12V vehicle electrical system 11 is again a (second) battery 13 available. The second battery is designed as a lead-acid battery. The second battery 13 serves to drive different consumers 24 of the motor vehicle, which are shown here purely schematically as a box.

In anderen Worten ausgedrückt, dient in der erfindungsgemäßen Ausführung ein automatisiertes Schaltgetriebe 2 als Basisgetriebe. Die Vorteile dieser Ausführung sind, dass das Kraftfahrzeug ein automatisch schaltendes Fahrzeug ist, um nicht nur den besseren Fahrkomfort, sondern auch eine besser funktionierende Hybridstrategie zu ermöglichen. Dies ermöglicht Prinzip-bedingt einen tendenziell höheren Wirkungsgrad und somit einen niedrigeren Kraftstoffverbrauch als andere Getriebekonzepte auf. Weitere Vorteile ergeben sich für: Kosten, Bauraum und Gewicht. Eine „Zugkraftunterbrechung“ wird durch die Hybridisierung egalisiert. Das automatisierte Schaltgetriebe 2 weist gegenüber den sog. DHT (Dedicated Hybrid Transmission) geringe Entwicklungskosten und -risiken auf. Die Modularität Hybrid / Non-Hybrid bleibt erhalten. Der Vorteil der eingesetzten P3-Hybridstruktur ist darin zu sehen, dass keine störende Zugkraftunterbrechung beim Gangwechsel passiert. Dafür wird die E-Maschine 3 an der Ausgangswelle 5 angekoppelt, was einer P3-Hybrdistruktur entspricht. Natürlich wäre auch eine P4-Struktur, d.h. E-Achse oder Radnabenmotor, denkbar. Die Asynchronmaschine (ASM) 3 hat im Vergleich zu einer permanenterregten Synchronmaschine (PMSM) die zuvor bereits beschriebenen Vorteile. Die ASM 3 ist so ausgelegt, dass sie eine maximale Leistung von 15 kW (bei ca. 4000 U/min) und eine Dauerleistung von 2,5 kW hat. Das maximale Moment liegt bei 36 Nm und das Dauermoment bei ca. 6 Nm. Es wird eine ASM 3 verwendet, die sich bis auf eine Drehzahl von 20000 U/min dreht. Damit soll die Leistungsdichte nicht viel geringer als bei der bekannten PMSM sein. Es wird durch Simulation bestätigt, dass die Leistung für den Normalbetrieb (bis auf 50%-Teillast) ausreichend ist, die Zugkraftunterbrechung beim Gangwechseln zu vermeiden und bei einer 0%-Steigung eine Geschwindigkeit bis auf ca. 50 km/h konstant zu halten.In other words, in the embodiment according to the invention, an automated manual transmission is used 2 as a basic transmission. The advantages of this embodiment are that the motor vehicle is an automatically switching vehicle to enable not only the better ride comfort, but also a better-functioning hybrid strategy. Due to the principle, this allows a tendency to higher efficiency and thus lower fuel consumption than other transmission concepts. Further advantages result for: costs, installation space and weight. A "traction interruption" is equalized by the hybridization. The automated manual transmission 2 has low development costs and risks compared with the so-called DHT (Dedicated Hybrid Transmission). The modularity Hybrid / Non-Hybrid remains. The advantage of the P3 hybrid structure used is the fact that no disruptive interruption of traction occurs during the gear change. For this, the electric motor 3 is at the output shaft 5 coupled, which corresponds to a P3 hybrid structure. Of course, a P4 structure, ie E-axis or hub motor, conceivable. The asynchronous machine (ASM) 3 Compared to a permanent magnet synchronous machine (PMSM) has the advantages already described above. The ASM 3 is designed to have a maximum power of 15 kW (at about 4000 rpm) and a continuous power of 2.5 kW. The maximum torque is 36 Nm and the continuous torque is about 6 Nm. It will be an ASM 3 used, which rotates up to a speed of 20,000 rpm. Thus, the power density should not be much lower than in the known PMSM. It is confirmed by simulation that the power for the normal operation (up to 50% -steft load) is sufficient to avoid the traction interruption when changing gear and to keep a constant speed of up to 50 km / h at a 0% gradient.

Die ASM 3 wird achsenparallel über eine Übersetzung angebaut, was keinen zusätzlichen Axialbauraum beim Front-Quer-Antrieb fordert. Ein weiterer Vorteil ist, dass die E-Maschine 3 im Getriebegehäuse 12 integriert werden kann. Für die Leistungsklasse der E-Maschine 3 ist es ausreichend, die Bordnetzspannung auf 48 V zu beschränken. Um die elektrischen Verluste nicht zu groß werden zu lassen, arbeiten die elektrischen Hilfsaggregate auch mit 48 Volt. Beispielerweise wird ein 48V-Starter eingesetzt, der auch ein besseres Start-Stopp- und Motorwiederstart-Verhalten ermöglicht. Es wird eine Li-Ionen-Batterie 9 von 1 kWh im 48V-Bordnetz vorgesehen. Dadurch ist ein reines E-Fahren bis auf eine Reichweite von 5 km möglich. Die konventionelle 12V-Batterie 13 wird behalten, weil sie als Energiespeicher immer noch viel günstiger als eine Li/Lithium-Ionen-Batterie ist. Über einen DC/DC-Wandler 10 wird sie geladen. Es ist angenommen, dass die hochdrehende ASM 3 eine spezifische Dauerleistung von 0,25 kW/kg aufweist. Daher wiegt die E-Maschine 3 ca. 10 kg. Unter der Annahme, dass die Energiedichte der Li-Ionen-Batterie 9 bei 0,15 kg/kWh liegt, wiegt die Batterie 9 ca. 7 kg. Kommen die Leistungselektronik, das Batteriegehäuse und die Batteriekühlung, etc. noch dazu, sollte das Zusatzgewicht der Hybridisierung nicht mehr als 30 kg wiegen. Es ist auch zu erwähnen, dass eine gesparte Lichtmaschine 2-3 kg wiegt. Durch das Einschalten der Klimaanlage läuft der Verbrenner 16 automatisch an. Die Leistungsklasse der E-Maschine 3 ist nicht für die Klimatisierung ausgelegt. Für die Kupplung- und Gangbetätigung sind 1-Motor-Aktorkonzepten verwendbar.The ASM 3 is mounted parallel to the axis via a translation, which requires no additional Axialbauraum the front-transverse drive. One Another advantage is that the electric motor 3 in the transmission housing 12 can be integrated. For the power class of the electric motor 3, it is sufficient to limit the vehicle electrical system voltage to 48 V. In order not to let the electrical losses become too large, the electrical auxiliary units also work with 48 volts. For example, a 48V starter is used, which also provides better start-stop and engine restart behavior. It becomes a Li-ion battery 9 of 1 kWh in the 48V electrical system. This allows pure e-driving up to a range of 5 km. The conventional 12V battery 13 is retained because it is still much cheaper than an Li / lithium-ion battery as an energy storage. About a DC / DC converter 10 she is loaded. It is believed that the high-speed ASM 3 has a specific continuous power of 0.25 kW / kg. Therefore, the electric machine 3 weighs about 10 kg. Assuming that the energy density of the Li-ion battery 9 0.15 kg / kWh, the battery weighs 9 about 7 kg. If the power electronics, the battery case and the battery cooling, etc. are added, the additional weight of the hybridization should not exceed 30 kg. It should also be noted that a saved alternator weighs 2-3 kg. Turning on the air conditioner causes the burner to run 16 automatically. The power class of the electric motor 3 is not designed for air conditioning. For the clutch and gear actuation 1-motor-actuator concepts can be used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
HybridantriebsstrangHybrid powertrain
22
Schaltgetriebemanual transmission
33
elektrische Maschineelectric machine
44
Antriebsachsedrive axle
55
Getriebewelle / erste GetriebewelleGear shaft / first gear shaft
66
Drehteilturned part
77
Koppeleinrichtungcoupling device
88th
erstes Bordnetz / 48V-Bordnetzfirst electrical system / 48V electrical system
99
erste Batteriefirst battery
1010
erster Wandlerfirst converter
1111
zweites Bordnetz / 12V-Bordnetzsecond electrical system / 12V electrical system
1212
Gehäusecasing
1313
zweite Batteriesecond battery
1414
zweite Getriebewellesecond transmission shaft
1515
zweiter Wandlersecond converter
1616
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1717
Kupplungclutch
1818
Differenzialdifferential
1919
Achseaxis
2020
Radwheel
2121
Übersetzungsstufetranslation stage
22a22a
erster Leitungsabschnittfirst line section
22b22b
zweiter Leitungsabschnittsecond line section
22c22c
dritter Leitungsabschnittthird line section
2323
Starterstarter
2424
Verbraucherconsumer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • DE 102011086327 A1 [0002]DE 102011086327 A1 [0002]
  • EP 3051182 A1 [0002]EP 3051182 A1 [0002]
  • WO 2008/138387 A1 [0002]WO 2008/138387 A1 [0002]

Claims (10)

Hybridantriebsstrang (1) für ein Kraftfahrzeug, mit einem automatisierten Schaltgetriebe (2) sowie einer elektrischen Maschine (3), wobei eine einen Rotor drehfest aufnehmende Antriebsachse (4) der elektrischen Maschine (3) mit einer Getriebewelle (5) des Schaltgetriebes (2) rotatorisch koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) als eine Asynchronmaschine ausgebildet ist.Hybrid drive train (1) for a motor vehicle, having an automated gearbox (2) and an electric machine (3), wherein a drive shaft (4) of the electric machine (3) receiving a rotor in a rotationally fixed manner with a gear shaft (5) of the gearbox (2) rotationally coupled, characterized in that the electrical machine (3) is designed as an asynchronous machine. Hybridantriebsstrang (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) mit der Antriebsachse (4) parallel zu der Getriebewelle des Schaltgetriebes (2) angeordnet und über eine Koppeleinrichtung (7) mit dieser verbindbar ist.Hybrid powertrain (1) after Claim 1 , characterized in that the electric machine (3) with the drive axle (4) arranged parallel to the transmission shaft of the gearbox (2) and via a coupling device (7) with this is connectable. Hybridantriebsstrang (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) an ein 48V-Bordnetz (8) angeschlossen ist.Hybrid powertrain (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the electrical machine (3) to a 48V electrical system (8) is connected. Hybridantriebsstrang (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem 48V-Bordnetz (8) eine erste Batterie (9) angeschlossen ist.Hybrid powertrain (1) after Claim 3 , characterized in that on the 48V electrical system (8), a first battery (9) is connected. Hybridantriebsstrang (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Batterie (9) eine elektrische Energie zwischen 0,5 und 2,5 kWh aufweist.Hybrid powertrain (1) after Claim 4 , characterized in that the first battery (9) has an electrical energy between 0.5 and 2.5 kWh. Hybridantriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das 48V-Bordnetz (8) über einen Wandler (10) mit einem 12V-Bordnetz (11) verbunden ist.Hybrid powertrain (1) according to one of Claims 3 to 5 , characterized in that the 48V electrical system (8) via a converter (10) with a 12V electrical system (11) is connected. Hybridantriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) innerhalb eines Gehäuses (12) des Schaltgetriebes (2) angeordnet ist.Hybrid powertrain (1) according to one of Claims 1 to 6 , characterized in that the electrical machine (3) within a housing (12) of the gearbox (2) is arranged. Hybridantriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) eine Dauerleistung zwischen 2 kW und 5 kW und/oder eine maximale Leistung zwischen 12 kW und 18 kW aufweist.Hybrid powertrain (1) according to one of Claims 1 to 7 , characterized in that the electrical machine (3) has a continuous power between 2 kW and 5 kW and / or a maximum power between 12 kW and 18 kW. Hybridantriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) zur Erzeugung eines Nennmomentes zwischen 5 Nm und 13 Nm und/oder eines maximalen Momentes zwischen 25 Nm und 50 Nm ausgebildet ist.Hybrid powertrain (1) according to one of Claims 1 to 8th , characterized in that the electrical machine (3) is designed to generate a nominal torque between 5 Nm and 13 Nm and / or a maximum torque between 25 Nm and 50 Nm. Hybridantriebsstrang (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine (3) eine maximale Drehzahl zwischen 10000 U/min und 22000 U/min aufweist.Hybrid powertrain (1) according to one of Claims 1 to 9 , characterized in that the electric machine (3) has a maximum speed between 10,000 rpm and 22,000 rpm.
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