Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieverteilung und/oder zur Ener gieumwandlung, insbesondere in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrzeuginnenraums eines Elektrofahr zeugs ist beispielsweise aus WO 2012/169 764 A2 bekannt. Bei dieser bekannten Vorrichtung erfolgt eine Wärmerückgewinnung verschiedener elektrischer Kompo nenten des Elektrofahrzeugs, die entlang eines Wärmeträgerstroms angeordnet sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache und effiziente und sichere Vorrichtung zur Energieverteilung und/oder zur Energieumwandlung, insbesondere in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den darauf bezogenen Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit wenigstens einer energieverteilenden und/oder absichernden Einheit, die in der Fachwelt manchmal auch als Power- Distribution-Unit (PDU) oder Power Distribution Module (PDM) bezeichnet wird, und wenigstens einen DC/DC-Wandler und weitere Hochvolt-Komponenten um fasst, zeichnet sich dadurch aus, dass sie wenigstens ein gemeinsames Gehäuse umfasst, in dem die wenigstens eine energieverteilende und/oder absichernde Einheit und der wenigstens eine DC/DC-Wandler angeordnet sowie die weiteren Hochvolt-Komponenten hermetisch gekapselt sind. Als weitere Hochvolt-Kompo- nenten sind folgende Komponenten zu nennen: eine Batterie, eine Vorrichtung zum Laden der Batterie (OBC = On Board Charger), ein Heizer oder Kühler, ein Wechselrichter oder eine Steuerung eines Klimakompressors. Durch die hermeti sche Kapselung ist gewährleistet, dass keine unerlaubten Eingriffe von Dritten auf die Hochvolt-Komponenten stattfinden können.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung im gemeinsamen, herme tisch gekapselten Gehäuse wenigstens einen Aggregateraum zur Beherbergung der vorstehend genannten Hochvolt-Komponenten und wenigstens einen davon räumlich abgetrennten Schnittstellen-Raum für die elektrische Verbindung und die Kommunikation mit benachbarten Aggregaten auf.

Vorteilhaft weist der Schnittstellen-Raum einen Hochvolt-Schnittstellen-Bereich auf, der mit einer oder mehreren Hochvolt-Schnittstellen versehen ist. Als Hoch- volt-Schnittstellen werden solche Schnittstellen bezeichnet, bei der die übertra gene Spannung größer als beispielsweise 60 V ist. Die Hochvolt-Schnittstellen werden gebildet von einer Schnittstelle zu einem Traktionsantrieb des Fahrzeugs, einer Schnittstelle für das Laden der Batterie mittels Gleichstrom und/oder einer Schnittstelle für das Laden der Batterie mittels Wechselstrom.

Vorteilhaft weist der Schnittstellen-Raum einen Niedervolt-Schnittstellen-Bereich auf, der mit einer oder mehreren Niedervolt-Schnittstellen versehen ist. Als Nie- dervolt-Schnittstellen werden solche Schnittstellen bezeichnet, bei der die übertra gene Spannung kleiner oder gleich einer Spannung von beispielsweise 60 V ist. Die Niedervolt-Schnittstellen werden gebildet von einer Schnittstelle für eine stabi lisierte Steuerspannung von beispielsweise 12 v +/- 1 V, von einer redundanten Schnittstelle für eine stabilisierte Steuerspannung von beispielsweise 12 v +/- 1 V, wie sie als eigenständiges Backup beispielsweise für Aggregate für das Auto- nome Fahren des Fahrzeugs benötigt wird und/oder von wenigstens einer weite ren Schnittstelle, die andere Niedervolt-Verbraucher in Spannungsbereichen von beispielsweise 12 V bis 60 V versorgt.

Vorteilhaft weist der Schnittstellen-Raum auch einen Kommunikations-Schnittstel- len-Bereich auf, der mit einer oder mehreren Kommunikations-Schnittstellen ver sehen ist. Diese dienen zur unidirektionalen oder bidirektionalen Signalübertra gung zwischen den Flochvoltkomponenten und anderen Aggregaten oder Steuer geräten des Fahrzeugs. Sie können als eine oder mehrere der in Fahrzeugen üb lichen Kommunikationsstandards ausgebildet sein, beispielsweise als CAN-Bus, als LIN-Bus oder als Ethernet-, Fast Ethernet- oder Gigabit-Ethernet-Schnittstelle.

Vorteilhafterweise weist das Gehäuse wenigstens eine verschließbare Öffnung auf, die mit wenigstens einer Einrichtung zum Nachweis eines legitimen oder un erlaubten Öffnungsvorgangs versehen ist. Diese Einrichtung kann beispielsweise von einem Schloss, einem Zahlenschloss, einem über Funk betätigbaren Schloss oder einer Verplombung gebildet werden, wobei dem Schloss vorzugsweise ein Sensor und eine Aufzeichnungs-Elektronik zum Mitprotokollieren der Öffnungs und Schließvorgänge und der dazu verwendeten Berechtigungen zugeordnet ist. Die verschließbare Öffnung kann nur von dazu autorisiertem Wartungspersonal zum Zwecke der Wartung oder des Austausches defekter Komponenten genutzt werden.

Vorteilhaft ist im gemeinsamen Gehäuse wenigstens eine weitere Verlustwärme oder Abwärme erzeugende elektronische, elektrische, elektromechanische oder elektrochemische Vorrichtung, insbesondere weitere Flochvolt-Bauteile, angeord net. Die Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse ermöglicht eine unmittel bare Verbindung der verschiedenen Bauteile miteinander, so dass eine Anzahl von bislang benötigten Verbindungskabeln und/oder Verbindungssteckern zwi schen diesen entfallen oder zumindest reduziert werden können. Das gemein same Gehäuse ermöglicht auch eine sehr kompakte, platz-, gewichts- und kos- tensparende Unterbringung der verschiedenen Bauteile. Darüber hinaus sind auf grund der Unterbringung in einem gemeinsamen, gegen elektromagnetische Strahlungen abschirmenden Gehäuse weniger separat zu prüfende und abzu schirmende Hochvoltkomponenten vorhanden und es ist eine gemeinsame Wär meableitung oder Kühlung oder eine Nutzung der Abwärme zur Beheizung ande rer Komponenten oder des Fahrzeuginnenraums möglich.

Vorzugsweise weist das gemeinsame Gehäuse zumindest partiell eine wärmeiso lierende Wandung auf. In Bereichen des Gehäuses, in denen Bauteile mit einer erhöhten Wärmeentwicklung angeordnet sind, kann die Wärmeisolierung der Wandung unterbrochen werden und es können auf der Außenseite der Wandung sogar zusätzliche Kühlrippen am Gehäuse vorgesehen sein.

Das Gehäuse wird bevorzugt von einem Wärmeträgerstrom durchströmt, der aus gangsseitig mit dem Fahrzeuginnenraum und/oder einer Batterie verbunden ist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erfolgt ein zentrales, in einem einzigen gemeinsamen Gehäuse vereinigtes Thermoenergiemanagement für ein Elektro fahrzeug, wobei die bei der Energieübertragung und/oder Energieumwandlung wenigstens einer elektronischen, elektrischen, elektromechanischen oder elektro chemischen Vorrichtung entstehende Verlustwärme einem Wärmeträgerstrom zu geführt wird, welcher das Gehäuse durchströmt. Die Verlustwärme wird dabei möglichst vollständig einem Wärmeträgermedium des Wärmeträgerstroms zuge führt und kann somit an anderer Stelle genutzt werden. Die Ein- und Ausgänge für den Wärmeträgerstrom sind als gesicherte Öffnungen in der Wand des herme tisch gekapselten Gehäuses ausgebildet, die lediglich den Ein- und Austritt von Wärmeträgerströmen zulassen, aber keinen Zugriff auf die im Inneren des Gehäu ses angeordneten Hochvoltkomponenten zulassen.

Wenn in dieser Anmeldung von„elektronischen Bauteilen“ gesprochen wird, sind davon auch immer elektrische, elektromechanische oder elektrochemische Vor richtungen mit umfasst. Die bevorzugt im gemeinsamen Gehäuse angeordnete Vorrichtung zum Laden der Batterie (OBC = On Board Charger) und weitere elektronische Bauteile, die mit einer Leistungselektronik versehen sind, wandeln in der Regel einen signifi kanten Teil der ihnen zugeführten Energie in Verlustwärme oder Abwärme um.

Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, für alle Bauteile, die nennenswerte Energieverluste durch Wärmeentwicklung aufweisen, diese Verlustanteile gesam melt einer Beheizung des Fahrzeuginnenraums und/oder einer Vorerwärmung der Batterie zuzuführen.

Der Wärmeträgerstrom verwendet als Wärmeträger bevorzugt Luft, alternativ dazu aber auch Kühlwasser bzw. eine anderes Kühlfluid oder eine Kombination aus diesen. Der Wärmeträgerstrom kann dabei so geführt werden, dass die Ab wärme der elektronischen Bauteile seriell aufgenommen wird oder alternativ dazu auch zumindest teilweise parallel. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Kom ponenten mit einer niedrigeren Abwärme-Temperatur vor den Komponenten mit einer höheren Abwärme-Temperatur angeordnet sind, so dass bevorzugt eine Kaskade mit einer stetig ansteigenden Temperatur im Wärmeträgerstrom ausge bildet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Wärmeträgerstrom mittels we nigstens einer Fördereinrichtung, wie eines Gebläses oder einer Pumpe beein flussbar, die ihrerseits ebenfalls bevorzugt zumindest mit ihrem Antriebsmotor im gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. In Verbindung mit der Leistungsansteu- erung und der gezielten Wirkungsgrad-Veränderung der einzelnen elektronischen Bauteile ist durch eine Veränderung der Förderleistung der Fördereinrichtung ein besonders fein dosierbarer Wärmeeintrag in den Fahrzeuginnenraum oder zur Fahrzeugbatterie möglich.

Vorteilhaft ist der aus der Vorrichtung austretende Wärmeträgerstrom mittels einer steuerbaren Weiche für eine Erwärmung des Fahrzeuginnenraums und/oder der Batterie aufteilbar. Dabei können im Steuergerät bevorzugt je nach Außentempe ratur und Ladezustand der Batterie Prioritäten für eine Batterie-Erwärmung (oder Kühlung) oder für eine Erwärmung oder Kühlung des Fahrzeuginnenraums ge setzt werden.

Wenn vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung von einer Erwärmung oder Heizung des Fahrzeuginnenraums oder der Batterie gesprochen wird, ist damit ebenso optional auch eine Kühlung umfasst.

Die Erfindung betrifft auch eine vorteilhafte Verwendung einer erfindungsgemä ßen Vorrichtung in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs mit ei nem Fahrzeuginnenraum, einem Antrieb und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 2 eine schematische Detail-Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrich tung mit einem gemeinsamen Gehäuse, das einen Hochvolt-Aggregate- raum und einen Schnittstellenraum mit einem Hochvolt-Schnittstellenbe reich, einem Niedervolt-Schnittstellenbereich und einem Kommunikati ons-Schnittstellenbereich aufweist.

In Figur 1 ist ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug 10 schematisch dargestellt, das ei nen Fahrzeuginnenraum 20 aufweist und mittels eines von wenigstens einer Bat- terie 324 gespeisten wenigstens einen Antriebsmotors 40 bewegbar ist.

Eine in Figur 2 im Detail dargestellte Vorrichtung zur Energieverteilung und/oder zur Energieumwandlung 30 mit wenigstens einer energieverteilenden und/oder absichernden Einheit, die in der Fachwelt manchmal auch als Power-Distribution- Unit (PDU) oder Power Distribution Module (PDM) bezeichnet wird, ist mit allen in ihr enthaltenen, nachfolgend im Detail beschriebenen Aggregaten von einem ge meinsamen, hermetisch gekapselten Gehäuse 31 umgeben. Das Gehäuse 30 weist wenigsten eine die Außenhülle bildende Wand 31 1 auf. In der Wand ist wenigstens eine Öffnung 312 vorgesehen, die mittels einer Tür oder Klappe 31 1 dicht und fest verschließbar ist. Mittels einer Einrichtung 314 zur Überwachung der Öffnung der Klappe 31 1 wird gewährleistet, dass die Klappe

31 1 zum einen nur durch autorisiertes Fachpersonal geöffnet werden kann, das über den erforderlichen Bedien-Code und/oder Schlüssel verfügt und zum ande ren jeder Öffnungs- und Schließvorgang zeitlich und bezüglich der den Vorgang durchführenden Person unveränderbar und unlöschbar festgehalten wird.

Die Einrichtung 314 kann beispielsweise von einem Schloss, einem Zahlen schloss, einem über Funk betätigbaren Schloss oder einer Verplombung gebildet werden, wobei dem Schloss vorzugsweise ein Sensor und eine Aufzeichnungs- Elektronik zum Mitprotokollieren der Öffnungs- und Schließvorgänge und der dazu verwendeten Berechtigungen zugeordnet ist. Die verschließbare Öffnung

312 kann somit nur von dazu autorisiertem Wartungspersonal zum Zwecke der Wartung oder des Austausches defekter Komponenten genutzt werden.

Vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 im gemeinsamen, her metisch gekapselten Gehäuse 31 wenigstens einen Aggregateraum 32 zur Beher bergung von Flochvolt-Komponenten und wenigstens einen davon räumlich abge trennten Schnittstellen-Raum 36 für die elektrische Verbindung und die Kommuni kation mit benachbarten Aggregaten auf.

Im Aggregateraum 32 sind wenigstens ein DC/DC-Wandler 321 und weitere Flochvolt-Komponenten aufgenommen. Als weitere Flochvolt-Komponenten sind folgende Komponenten zu nennen: eine Batterie 324, eine Vorrichtung zum La den der Batterie 322 (OBC = On Board Charger), ein Fleizer oder Kühler 323 so wie optional eine weitere Flochvolt-Kom ponente 325, wie ein Wechselrichter oder eine Steuerung eines Klimakompressors. Durch die hermetische Kapselung des Gehäuses 31 ist gewährleistet, dass keine unerlaubten Eingriffe von Dritten auf die Flochvolt-Komponenten 321 , 322, 323, 324 oder 325 stattfinden können. Vorteilhaft weist der Schnittstellen-Raum 36 einen Hochvolt-Schnittstellen-Bereich 33 auf, der mit einer oder mehreren Hochvolt-Schnittstellen 331 , 332, 333 verse hen ist. Als Hochvolt-Schnittstellen werden solche Schnittstellen bezeichnet, bei der die übertragene Spannung größer als beispielsweise 60 V ist. Die Hochvolt- Schnittstellen werden gebildet von einer Schnittstelle 331 zu einem Traktionsan trieb des Fahrzeugs (z.B. dem elektrischen Antriebsmotor 40), einer Schnittstelle 333 für das Laden der Batterie 324 mittels Gleichstrom und/oder einer Schnitt stelle 332 für das Laden der Batterie 324 mittels Wechselstrom. Vorteilhaft weist der Schnittstellen-Raum 36 einen Niedervolt-Schnittstellen-Be- reich 34 auf, der mit einer oder mehreren Niedervolt-Schnittstellen 341 , 342, 343 versehen ist. Als Niedervolt-Schnittstellen werden solche Schnittstellen bezeich net, bei der die übertragene Spannung kleiner oder gleich einer Spannung von beispielsweise 60 V ist. Die Niedervolt-Schnittstellen werden gebildet von einer Schnittstelle 341 für eine stabilisierte Steuerspannung von beispielsweise 12 v +/- 1 V, von einer redundanten Schnittstelle 342 für eine stabilisierte Steuerspannung von beispielsweise 12 v +/- 1 V, wie sie als eigenständiges Backup beispielsweise für Aggregate für das Autonome Fahren des Fahrzeugs 10 benötigt wird und/oder von wenigstens einer weiteren Schnittstelle 343, die andere Niedervolt-Verbrau- eher in Spannungsbereichen von beispielsweise 12 V bis 60 V versorgt.

Vorteilhaft weist der Schnittstellen-Raum 36 auch einen Kommunikations-Schnitt- stellen-Bereich 35 auf, der mit einer oder mehreren Kommunikations-Schnittstel len 351 , 352 versehen ist. Diese dienen zur unidirektionalen oder bidirektionalen Signalübertragung zwischen den Hochvoltkomponenten 321 , 322, 323, 324, 325 und anderen Aggregaten oder Steuergeräten des Fahrzeugs 10. Sie können als eine oder mehrere der in Fahrzeugen üblichen Kommunikationsstandards ausge bildet sein, beispielsweise als CAN-Bus, als LIN-Bus oder als Ethernet-, Fast Ethernet- oder Gigabit-Ethernet-Schnittstelle. Vorteilhaft ist im gemeinsamen Gehäuse 31 wenigstens eine Verlustwärme oder Abwärme erzeugende elektronische, elektrische, elektromechanische oder elekt rochemische Vorrichtung, wie der PTC-Heizer oder -Kühler 323 und weitere Hochvolt-Bauteile 325 angeordnet.

Die Anordnung im gemeinsamen Gehäuse 31 ermöglicht eine unmittelbare Ver bindung der verschiedenen Hochvolt-Komponenten 321 , 322, 323, 324 oder 325 und Schnittstellen 331 , 332, 333, 341 , 342, 343, 351 , 352 miteinander und zur Au ßenwelt, so dass eine Anzahl von bislang benötigten Verbindungskabeln und/oder Verbindungssteckern zwischen diesen entfallen oder zumindest reduziert werden können. Das gemeinsame Gehäuse 31 ermöglicht auch eine sehr kompakte, platz-, gewichts- und kostensparende Unterbringung der verschiedenen Bauteile.

Darüber hinaus sind aufgrund der Unterbringung in dem gemeinsamen, gegen elektromagnetische Strahlungen abschirmenden Gehäuse 31 weniger separat zu prüfende und abzuschirmende Hochvoltkomponenten vorhanden und es ist eine gemeinsame Wärmeableitung oder Kühlung oder eine Nutzung der Abwärme zur Beheizung anderer Komponenten oder des Fahrzeuginnenraums 20 möglich.

Vorzugsweise weist das gemeinsame Gehäuse 31 zumindest partiell eine wärme isolierende Wandung auf. In Bereichen 315 des Gehäuses 31 , in denen Bauteile mit einer erhöhten Wärmeentwicklung angeordnet sind, kann die Wärmeisolierung der Wandung 31 unterbrochen werden und es können auf der Außenseite der Wandung 31 sogar zusätzliche Kühlrippen 316 am Gehäuse 31 vorgesehen sein.

Das Gehäuse 31 wird bevorzugt von einem Wärmeträgerstrom durchströmt, der ausgangsseitig mit dem Fahrzeuginnenraum 20 und/oder einer Batterie verbun den ist. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 30 erfolgt ein zentrales, in ei nem einzigen gemeinsamen Gehäuse 31 vereinigtes Thermoenergiemanagement für ein Elektrofahrzeug 10, wobei die bei der Energieübertragung und/oder Ener gieumwandlung wenigstens einer elektronischen, elektrischen, elektromechani schen oder elektrochemischen Vorrichtung entstehende Verlustwärme einem Wärmeträgerstrom zugeführt wird, welcher das Gehäuse 31 durchströmt. Die Ver lustwärme wird dabei möglichst vollständig einem Wärmeträgermedium des Wär- meträgerstroms zugeführt und kann somit an anderer Stelle genutzt werden. Die Ein- und Ausgänge für den Wärmeträgerstrom sind als gesicherte Öffnungen in der Wand 31 1 des hermetisch gekapselten Gehäuses 31 ausgebildet, die ledig lich den Ein- und Austritt von Wärmeträgerströmen zulassen, aber keinen Zugriff auf die im Inneren des Gehäuses 31 angeordneten Hochvoltkomponenten 321 , 322, 323, 324 oder 325 zulassen.

Wenn in dieser Anmeldung von„elektronischen Bauteilen“ gesprochen wird, sind davon auch immer elektrische, elektromechanische oder elektrochemische Vor richtungen mit umfasst.

Die bevorzugt im gemeinsamen Gehäuse 31 angeordnete Vorrichtung zum Laden der Batterie 322 (OBC = On Board Charger) und weitere elektronische Bauteile 321 , die mit einer Leistungselektronik versehen sind, wandeln in der Regel einen signifikanten Teil der ihnen zugeführten Energie in Verlustwärme oder Abwärme um. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, für alle Bauteile, die nennens werte Energieverluste durch Wärmeentwicklung aufweisen, diese Verlustanteile gesammelt einer Beheizung des Fahrzeuginnenraums 20 und/oder einer Vorer wärmung der Batterie 324 zuzuführen.

Der Wärmeträgerstrom verwendet als Wärmeträger bevorzugt Luft, alternativ dazu aber auch Kühlwasser bzw. eine anderes Kühlfluid oder eine Kombination aus diesen. Der Wärmeträgerstrom kann dabei so geführt werden, dass die Ab wärme der elektronischen Bauteile seriell aufgenommen wird oder alternativ dazu auch zumindest teilweise parallel. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Kom ponenten mit einer niedrigeren Abwärme-Temperatur vor den Komponenten mit einer höheren Abwärme-Temperatur angeordnet sind, so dass bevorzugt eine Kaskade mit einer stetig ansteigenden Temperatur im Wärmeträgerstrom ausge bildet ist. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Wärmeträgerstrom mittels we nigstens einer Fördereinrichtung, wie eines Gebläses oder einer Pumpe beein flussbar, die ihrerseits ebenfalls bevorzugt zumindest mit ihrem Antriebsmotor im gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. In Verbindung mit der Leistungsansteu- erung und der gezielten Wirkungsgrad-Veränderung der einzelnen elektronischen Bauteile ist durch eine Veränderung der Förderleistung der Fördereinrichtung ein besonders fein dosierbarer Wärmeeintrag in den Fahrzeuginnenraum oder zur Fahrzeugbatterie möglich.

Bezugszeichenliste

Hybrid- oder Elektrofahrzeug

Fahrzeuginnenraum

Vorrichtung zur Energieverteilung und/oder zur Energieumwandlung Gehäuse (von 30)

Wand (von 31 )

Öffnung (in 311 )

Klappe

Einrichtung zur Überwachung der Öffnung (von 313)

(wärmeableitende) Bereiche (von 311 )

Kühlrippen

Aggregateraum (von 30)

DC/DC-Wandler

Vorrichtung zum Laden von 324 [On Board Charger (OBC)]

PTC-Heizer/Kühler

Batterie

(weitere) Hochvolt-Komponente

(erster = Hochvolt-) Schnittsteilen-Bereich (von 30)

Schnittstelle Traktionsantrieb (Traction)

Schnittstelle AC-Laden (AC Load)

Schnittstelle DC-Laden (DC Load)

(zweiter = Niedrigvolt-) Schnittstellenbereich (von 30)

(erste) Niedrigvolt-Schnittstelle

(zweite) Niedrigvolt-Schnittstelle

(dritte) Niedrigvolt-Schnittstelle

(dritter = Kommunikations-) Schnittstellenbereich (von 30)

(erste) Kommunikationsschnittstelle

(zweite) Kommunikationsschnittstelle

Schnittstellenraum

Antriebsmotor