CN106457991A - 具有能量存储器的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆(52)，该车辆具有用于向车辆(52)的至少一个驱动装置供电的至少一个电池(35)并且具有至少一个气体存储器(33)，其中气体存储器(33)的至少一个部件和电池(35)的至少一个部件共同组装在结构单元(32)中并且布置在车辆(52)的底板(31)上。此外本发明涉及一种用于给车辆(52)中的电池(35)充电的方法，其中电池(35)的、与气体存储器(33)的至少一个部件共同组装在结构单元(32)中的至少一个部件由车辆(52)所包含的燃料电池供电。

Description

具有能量存储器的车辆
技术领域
本发明涉及一种车辆，具有：至少一个电池，用于向车辆的至少一个驱动装置供电；和至少一个气体存储器。此外本发明涉及一种用于给车辆中的电池充电的方法。
背景技术
由于日益严重的矿物燃料匮乏，用于燃烧柴油或汽油的传统或常规的燃烧发动机基于上述情况而越发不具有经济性，驱动装置的替选设计方案得到更广泛的研发和制造。替选的驱动系统的特征通常在于，车辆至少部分地以电的方式来驱动，其中在替选的驱动装置设计方案中使用的电驱动装置通常与内燃机相组合，该内燃机例如可以用于为电驱动系统的电池充电。
电驱动装置与内燃机或燃料电池的组合相对于仅通过电池供电的电驱动装置而言可以明显提高车辆的续航里程。但对于将不同的驱动系统相组合的情况，由于相应车辆必须具有运行各相应驱动系统所需的所有组件，所以装配有多个驱动系统的车辆的结构空间或者说供使用的结构空间容积明显不足。
为了将组件、例如用于存储例如氢气作为燃料电池燃料的气体罐与电池、特别是所谓的高伏电池、即高压电池一起使用，在现有技术中描述了车辆的结构空间、例如行李舱，该结构空间适配于由于多个驱动系统原因而提高的空间需求并由此在其原属功能方面(例如容置行李)受到限制。在现有技术中描述了具有多个驱动系统的车辆，其中各个驱动系统的各个组件都布置在专门设计的结构空间中。
美国文献US 2007/0039767 A1涉及一种燃料电池车辆，其中燃料电池布置在前排座椅之下并且其中电池布置在后排座椅之下。此外所述美国文献描述了：氢气供给装置布置在相应车辆的中间底槽中。
在德国文献DE 10 2012 016 011 A1中描述了一种燃料电池车辆，其包括设计成氢气罐的第一能量存储器和设计成电池的第二能量存储器，其中第一能量存储器固定地安装在燃料电池车辆中并且另一个备用能量存储器能被更换或者以能从燃料电池车辆取出的方式构成。
德国文献DE 101 54 353 A1涉及一种模块化车辆结构，其包括车辆车身和与车辆车身耦联的车辆底盘，其中车辆底盘包括框架和与框架耦联的外壳，该外壳提供了用于向驱动系统供给能量的能量源用的存储器。上述情况意味着，相对于传统的构造方式或传统的设计方案，在所述德国文献中借助外壳设置了用于容置驱动系统的组件的附加的结构空间。
发明内容
基于这种背景提出了具有独立权利要求1的特征的车辆和具有独立权利要求13的特征的方法。由从属权利要求和说明书得出了多种设计方案。
因此提出了一种车辆，该车辆具有用于向车辆的至少一个驱动装置供电的至少一个电池和至少一个气体存储器，其中气体存储器的至少一个部件和电池的至少一个部件共同组装在结构单元中并且布置在车辆的底板上。
气体存储器在本发明的范围内应理解成多个罐/容器，其中气体存储器的一个罐或所有罐可以设置成结构单元的部件。
电池在本发明的范围内应理解成至少一个电池单体、即电池模块的装置，其中电池的一个电池单体或所有电池单体可以设置成结构单元的部件。
根据本发明的车辆尤其包括燃料电池驱动系统，其例如氧化氢气并且由此产生电能用于向相应的驱动装置、即电动机供电。为了存储通过燃料电池产生的电量、即能量并且在需要时提供给电驱动装置，根据本发明的车辆包括驱动装置电池，该驱动装置电池特别是设计成所谓的高压电池并且必要时包括多个部件、即模块，其中驱动装置电池的至少一个部件是结构单元的部件。
为了既不限制现存的内舱容积、例如行李舱容积，也不必使对于车辆的行驶动力来说必要的区域、例如车辆底盘被改变、即改型，则规定：被设置用于向燃料电池供给燃料、即例如氢气的气体存储器的至少一个部件与用于向电驱动装置供电的电池的至少一个部件共同组装在一个结构单元中并且布置在车辆的底板上。
借助将电池和气体存储器组合在结构单元中，实现了紧凑的构件，该构件可以内置到现有的结构空间、例如根据本发明的车辆的中间底槽中，并且在此由于结构单元的紧凑的结构而降低了成本，例如在结构单元的组件、即气体存储器的至少一个部件和电池的至少一个部件的供给的设计方案方面降低了成本。
由于结构单元结构紧凑使得能够将结构单元布置在底板上、特别是相应的车辆的中间底槽上，由此可以减少用于布置结构单元所需的结构空间和需要用于供给结构单元的供给线路所需的结构空间。此外，通过结构单元在空间方面布置在相应的驱动装置附近，可以缩短供给线路的所需的长度，因为供给线路直接地、即在没有绕路的情况下可以经由必要时出现的过渡孔从车辆内部向外连接到相应的驱动装置上。
由于将气体存储器和电池组装在结构单元中，所以还可以省却用于连接各个单组件的固定器件，并且通过中心固定元件使所述结构单元例如通过支架、即支座框架与例如车辆的底板连接。
借助根据本发明设置的结构单元，通过将结构单元内置到例如通常被设置用于接纳例如排气组件或力传递单元的中间底槽中，车辆(其例如被设计用于以传统的方式运行内燃机)可以配备有替选的驱动系统，且不必为该替选的驱动系统提供用于能量供给的额外结构空间。
通过使用由气体存储器和电池组成的结构单元，可以在现有的、优化有传统内燃机的车辆方案中集成替选的驱动装置、即替选的驱动系统(例如燃料电池)，而且不必限制或重新安排车辆内舱，从而可以避免特别是在车辆内舱方面的附加的结构费用。
在根据本发明的车辆的一种可能的设计方案中规定，被共同组装在结构单元中的组件由其它组件、例如布置在车辆的发动机舱中的气体存储器的部件或电池部件来补充。
为了提高供使用的能量并且由此提高例如相应车辆的续航里程，不仅电池的至少一个部件而且气体存储器的至少一个部件的容量或存储容量(Fassungsvolumen)都可以通过电池和/或气体存储器的布置在相应车辆中的附加部件来提高，其中所述附加布置的部件不是结构单元所必有的，而是可以与结构单元无关地布置在车辆中。
结构单元在本发明的范围内应理解成多个组件、特别是电池的至少一个部件和气体存储器的至少一个部件的组合，其中所述组件例如通过支座框架连接，从而所述组件能通过共同的固定系统与车辆连接。
在根据本发明的车辆的另一种可能的设计方案中规定，结构单元在其形状方面匹配于车辆的底板，从而形成了结构单元与车辆的底板的形状配合的过度结构。
为了尽可能有效地利用通过相应车辆的设计结构预先给定的结构空间，规定了：根据本发明设置的结构单元匹配于相应的结构空间，从而相应结构空间紧密地填充有由结构单元所包含的相应组件，并且形成了结构单元与车辆底板的形状配合的过渡结构。通过形状配合的过渡结构不仅可以节省结构空间，而且还可以通过根据本发明设置的结构单元来保护车辆，而车辆不会例如借助于底板导流件在其行驶性能方面受到负面影响。
如果根据本发明设置的结构单元向外界定车辆，则可以通过结构单元与车辆或者说车辆底板的形状配合的过渡结构，实现了在空气动力学方面最佳的造型。此外，例如布置在车辆底板上的其它组件可以通过结构单元而避免受到外部影响。通过这种屏蔽，例如可以降低对布置在相应结构空间中的车辆部件、特别是电缆或排气系统的腐蚀。
在根据本发明的车辆的另一种可能的设计方案中规定，结构单元能借助快速闭锁机构被更换。
因为电池具有有限的使用寿命并且在预先给定次数的充电周期之后必须进行更换，所以规定了，根据本发明设置的结构单元借助快速闭锁机构、例如形式为卡口式连接机构或电磁式锁定机构或每种能实现快速且舒适地接合到结构单元上的其它技术上适合的锁定方式或连接方式布置在车辆上。通过更换结构单元、即能量存储器，“耗尽的(leergefahren)”车辆、即在电池中且在气体存储器中都不具有剩余能量储备的车辆可以非常快速地通过更换“耗尽的”结构单元而装配有被充满或者说被充电的结构单元，以用于继续行驶或继续运行。
在根据本发明的车辆的另一种可能的设计方案中规定，结构单元布置在车辆的中间底槽中。
因为例如通过内燃机驱动的常规车辆通常已经具有中间底槽，其中布置组件、即车辆部件、例如排气系统，所以规定了：结构单元要布置在相应车辆的中间底槽中，从而最佳地使用通过中间底槽提供的结构空间，并且使用由于根据本发明设置的结构单元设计方案紧凑而实现的结构单元的高质量，以便使相应车辆的重心移到中间底槽中，并且由此使相应车辆尽可能最佳地平衡。
在根据本发明的车辆的另一种可能的设计方案中规定，结构单元除了气体存储器的至少一个部件、电池的至少一个部件和支座框架之外还包括用于控制由结构单元包含的至少一个电池部件的“E盒”。
因为被设置用于向相应车辆的相应驱动装置供电的电池在复合的充电过程/和放电过程中例如通过发电机来供给电量，所以通常设置作为所谓的“E盒”已知的控制器，该控制器监控或调节电池的充电过程或放电过程。为了减少在“E盒”和电池之间的复杂的电缆，规定了：将“E盒”内置到根据本发明设置的结构单元中。通过将“E盒”内置到结构单元中，相应结构单元的电池或气体存储器的至少一个部件的活性例如行驶功率或状态能存储在“E盒”上或者说通过“E盒”查询，从而例如借助阅读器而且即使在没有相应的车辆的情况下快速且有效地识别出例如结构单元的更换或者说结构单元的当前状况。
在根据本发明的车辆的另一种可能的设计方案中规定，结构单元布置在车辆的两个车桥之间的区域中。
通过在车辆的相应车桥之间布置根据本发明设置的结构单元，从结构单元至例如由相应车桥或相应车桥的车轮包含的电动机的供电线路不仅能直接地、即在车辆底板中没有必要时要设置的穿通孔的情况下，而且还能以相同的长度进行敷设，从而用于使结构单元与例如前桥的马达和后桥的马达连接的所需的电缆长度相同并且由此具有相同的电阻，且相应地由于相同长度的供给线路的原因可以利用相同的反应时间/延时(Latenz)或者说延迟进行操控。通过相同的反应时间，例如可以在车辆的不同车桥上的不同的电动机之间实现同步的控制时间或同步的操控性能，并且由此避免了过压。
在根据本发明的车辆的另一种可能的设计方案中规定，结构单元布置在车辆的、对于车辆的重量分布来说最佳的位置上。
通过将结构单元布置在例如中间底槽中、特别是在相应车辆的相应车桥之间，结构单元由于其高自重可以用于确定或补偿、即校整相应车辆的相应的重心。对此，结构单元可以根据相应车辆的结构例如在中间底槽内部移位，从而相应车辆的重心回到相应车辆的中心。
此外可以考虑，结构单元布置在相应车辆的前桥或后桥的区域内，从而提高了作用在相应车桥上的重量负荷，并且由此可以在制动动作时实现了更好的延迟，或者与车辆的驱动组件在例如内舱中的传统布置相比，车辆在制动动作时实现更好的稳定。
在根据本发明的车辆的另一种可能的设计方案中规定，结构单元包括支座框架，所述支座框架使结构单元与车辆连接。
借助例如可以设计成V形或U形的支座框架，结构单元可以与相应的车辆连接，从而电池的至少一个部件和气体罐的至少一个部件通过支座框架来固定并且固定地布置在、必要时形状配合地布置在相应的车辆上、特别是相应的车辆的中间底槽上。支座框架例如可以由金属、塑料、碳或每种其它技术上适合的材料或每种适合用于将驱动组件固定或布置在车辆上的其它材料组合构成。
此外本发明包括一种用于给车辆中的电池充电的方法，其中与气体存储器的至少一个部件共同组装在结构单元中的至少一个电池部件由车辆所包含的燃料电池供电，其中电量由利用气体存储器的至少一个部件提供的燃气来产生。
根据本发明的方法特别是用于运行电驱动车辆，其中由相应车辆包含的电驱动装置不仅通过燃料电池——该燃料电池通过由至少一个结构单元包含的气体存储器来提供燃料、例如氢气——而且还通过电池、特别是高压驱动装置电池来供电。尤其规定了，燃料电池将通过氧化燃料或还原剂产生的电能发送给至少部分地内置到结构单元中的电池，并且电池向车辆的相应电动机供给电能。因此，根据本发明的方法基于化学能向电能的转换，其中两种能量形式存储在中心位置、即结构单元处。由此，在相应能量存储器上的保养工作、调节工作和控制工作可以在中心实施，从而与部分地维修、调节或控制单独的、即分开的能量存储器相比，降低了要完成相应工作的花费。
在根据本发明的方法的另一种可能的设计方案中规定，电池的至少一个部件通过布置在结构单元中的控制器来调节，即在其充电电流或放电电流方面进行调节。
通过气体存储器的至少一个部件和电池的至少一个部件合并成一个结构单元，由结构单元包含的、气体存储器和/或电池的至少一个部件的当前能量含量例如可以在使用同样由结构单元包含的“E盒”、即控制器的情况下来检测，并且相应车辆的运行例如通过提高或降低的燃料电池负荷程度匹配于当前能量含量。
在根据本发明的方法的另一种可能的设计方案中规定，通过断开在车辆的内舱中的易于接近的位置处的分断插头，使车辆的、通过结构单元供电的高压系统去激活。
因为通过在例如内舱或车辆底盘内的易于接近的位置中以传统的方式布置用于向驱动装置供电的电池，用于使电池与车辆高压系统耦联的分断插头的易于接近的位置通常能实现可靠地救援例如发生车祸的车辆，所以在将根据本发明设置的结构单元布置在车辆的底板或中间底槽上时，附加的分断插头设置在易于接近的位置、例如在相应车辆的内舱中，从而如果发生事故，则分断插头能容易地由救援人员或服务人员来操纵，并且由此车辆能平安获救。本发明的其它优点和设计方案由说明书和附图得出。
当然，前述和下面还要阐述的特征不仅能应用在分别给出的组合中，而且还能应用在其它组合中或单独使用，而没有背离本发明的范围。
附图说明
借助实施例在附图中示意性示出并且在参照附图的情况下示意性且详细地描述本发明。
图1示出了根据现有技术的替选的驱动装置技术方案的组件的布置的示意图。
图2示出了根据现有技术的替选的驱动装置技术方案的组件的另一种布置的示意图的截面图。
图3示出了根据本发明的车辆的一种可能的设计方案的底板的示意图。
图4示出了图3中的示意图的细节图。
图5示出了根据本发明的车辆的另一种可能的技术方案的视图。
图6示出了根据本发明的车辆的另一种可能的设计方案的截面的示意图。
图7示出了根据本发明的车辆的另一种可能的设计方案的截面的示意图。
具体实施方式
在图1中示出的现有技术示出了车辆底盘1，其中气体存储器3的部件2通过固定器件4布置在车辆底盘1上。此外电池5通过固定器件6布置在车辆底盘1上。不仅气体存储器3的部件2而且电池5在此平面地设置，从而车辆底盘1仅起到用于气体存储器3的部件2和电池5的支座的作用，并且必要时要布置在车辆底盘1上的其它组件必要时必须围绕气体存储器3的部件2和电池5布置或者布置在另外的地点、例如在内舱中。
图2示出了车辆底盘21的截面图，该车辆底盘承载气体存储器23和电池25，其中电池25通过固定器件24布置在区域26中，该区域在传统的驱动装置设计方案中用作行李舱，从而与具有内燃机而没有电池25的传统的车辆底盘相比，装配有该车辆底盘21的车辆所能利用的行李舱容积减小。
在图3中示出的车辆底盘31上布置结构单元32，该结构单元包括电池35、支座框架36和气体存储器33。结构单元32通过支座框架36与车辆底盘31的中间底槽连接，从而结构单元32降入到中间底槽中，并且气体存储器33向外、即逆行车道限定结构单元32的边界，从而气体存储器33相对于从外部可能起作用的力起到盖顶保护结构(Aufsetzschutz)的作用、即用作电池35的保护结构的作用。此外结构单元32包括来自和通至气体存储器33或电池35的供给线路、即气体线路、高压线路和冷却线路的至少一部分。
图4示出了车辆底盘31的详细视图。支座框架36通过固定器件37与车辆底盘31的中间底槽的纵梁螺纹连接。支座框架36包括腔室34_1，其中布置电池34的部件、即电池模块或单电池，从而电池34与支座框架36刚性连接并且由此还与气体存储器33连接。通过电池34和气体存储器33与支座框架36并由此与车辆底盘31的刚性连接，得到了更高的事故安全性，因为作用到结构单元32上的力能够被引导到车辆底盘31上，并且由于固定器件37的原因防止了结构单元32从车辆底盘31松开。
在图5中示出的视图示出了具有车辆底盘51的车辆52，其中车辆底盘51包括中间底槽，其中不仅布置有排气系统59而且还布置有结构单元53和支座框架54。通过将结构单元53布置在中间底槽内部，车辆52的内舱58相对于在中间底槽中仅布置排气系统59的传统的设计结构在提供的容积或者说结构空间方面保持不变。此外通过结构单元53遮挡了对排气系统59的可能的有害的外部影响。
结构单元53如此内置在车辆52的中间底槽中，使得车辆52的重心位于车辆中心点57处，由此车辆52在高行驶力或离心力时且特别是在负荷变换时保持稳定状态。
在图6中示出的车辆底盘61的截面图示出了车辆框架的纵梁65，在其上固定了用于容置电池部件的腔室63。气体存储器64居中布置在车辆底盘61的中间底槽中并且使腔室63与同样布置在中间底槽中的、用于在各个轴之间传递力的装置、即例如传动轴66间隔开。
在图7中示出的车辆底盘71的截面图示出了在车辆底盘71的底板73和结构单元72之间的形状配合的过度结构。结构单元72所具有的支座框架74向外、即朝向行车道将结构单元间隔开。支座框架74例如可以内置到用于在行驶时提高抓地力的底板导流件(Unterbodenverspoilerung)中并且具有相应的外部形状。

Claims (15)

1.一种车辆(52)，该车辆具有用于向车辆(52)的至少一个驱动装置供电的至少一个电池(35)并且具有至少一个气体存储器(33)，其中气体存储器(33)的至少一个部件和电池(35)的至少一个部件共同组装在结构单元(32)中并且布置在车辆(52)的底板(31)上。
2.根据权利要求1所述的车辆(52)，其中结构单元(32)在其形状方面匹配于车辆(52)的底板(31)，从而形成了从结构单元(32)到车辆(52)的底板(31)的形状配合的过渡结构。
3.根据权利要求1或2所述的车辆(52)，其中结构单元(32)能借助快速闭锁机构更换。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(52)，其中结构单元(32)布置在车辆(52)的中间底槽中。
5.根据权利要求4所述的车辆(52)，其中车辆(52)的中间底槽不仅包括结构单元(32)而且还包括车辆(52)的排气系统(59)的至少一个部件。
6.根据权利要求4或5所述的车辆(52)，其中车辆(52)的中间底槽不仅包括结构单元(32)而且还包括至少一个用于将驱动能量传递至车辆(52)的后桥的装置。
7.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(52)，其中结构单元(32)附加地包括E盒，用来控制电池(35)的至少一个由结构单元(32)所包含的部件。
8.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(52)，其中结构单元(32)布置在车辆(52)的两个车桥之间的区域中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(52)，其中结构单元(32)布置在对于车辆(52)的重量分布来说最佳的位置上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(52)，其中结构单元(32)包括支座框架(36)，所述支座框架使结构单元(32)与车辆(52)连接。
11.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(52)，其中气体存储器(33)是氢气存储器。
12.根据前述权利要求中任一项所述的车辆(52)，其中电池(35)是用于向车辆(52)的至少一个驱动装置供电的高压电池。
13.用于给车辆(52)中的电池(35)充电的方法，其中电池(35)的、与气体存储器(33)的至少一个部件共同组装在结构单元(32)中的至少一个部件由车辆(52)所包含的燃料电池供电。
14.根据权利要求13所述的方法，其中通过布置在结构单元(32)中的控制器根据气体存储器(33)的所述至少一个部件的料位来调节电池(35)的所述至少一个部件。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中通过断开在车辆(52)的内舱中的易于接近的位置处的分断插头，使车辆(52)的、通过至少一个电池(35)供电的高压系统去激活。
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