CN110116614A - 混合动力车辆的存储器布置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于混合动力车辆的存储器布置(300)，该存储器布置具有一个或多个电池单元(100)，该电池单元用于为混合动力车辆的驱动装置提供电能，并且该存储器布置具有至少两个圆柱形流体罐(200、250)。在此，形成中间空间(350)的至少第一流体罐(200)和第二流体罐(250)彼此相邻布置，其中至少一个电池单元(100)布置在中间空间(350)内和/或布置成填充中间空间(350)。本发明还涉及一种用于为混合动力车辆的驱动装置供能的电池单元(100)，特别是在根据本发明的存储器布置中应用。此外，本发明涉及使用在两个直接相邻和/或毗邻的近似圆柱形流体罐之间的一个或多个中间空间(350)，该中间空间用于布置一个或多个电池单元(100)。

Description

混合动力车辆的存储器布置
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的用于混合动力车辆(即，具有内燃发动机驱动和电池电驱动或具有牵引电池的燃料电池驱动的组合的车辆)的存储器布置，该存储器布置具有至少一个电池单元和至少两个圆柱形流体罐。此外，本发明涉及一种根据权利要求8的前序部分的电池单元，特别是用于存储器布置中，以及具有权利要求10的特征的使用在两个或更多个圆柱形流体罐之间的中间空间来接收一个或多个电池单元的用途。
背景技术
在汽车和车辆工业中，气体燃料变得越来越流行，特别是因为与液体燃料相比它们的二氧化碳排放量更低。气体燃料可以用在仅由内燃发动机驱动的车辆(“天然气车辆”＝NGV，Natural Gas Vehicles)中或在除了内燃发动机之外还具有电动马达的混合动力电动车辆(“混合动力电动车辆”＝HEV，Hybrid Electric Vehicles)中。混合动力电动车辆的特定变型是所谓的插电式混合动力电动车辆(PHEV，Plug-in Hybrid Vehicle)，其通过扩大的电池具有从外部(例如充电站的传统插座)充电的能力。
混合动力电动车辆(特别是插电式混合动力电动车辆)的一个关键问题是燃料罐和电池的空间需求增加，由此限制了相应车辆的可实现的到达范围。虽然现代柴油车辆通常可以到达约1000公里的行驶距离，但具有气动驱动的车辆限制在约500公里。特别地，有必要将气动驱动所需的气体在轻负载范围中以气态储存，从而需要相当大的存储空间。此外，由于电池的低能量密度，插电式混合动力电动车辆的电动行驶距离通常限制在约50公里。
配备有混合动力技术和天然气内燃发动机的组合的车辆原则上非常有效，具有良好的未来前景，但由于两种类型的存储装置(大型气罐和大型电池)的组合需要更多空间来容纳相应的存储装置。问题在于典型的圆柱形气罐和典型的长方体或圆柱形电池的几何外轮廓不能节省空间地布置/组合。用压缩氢气驱动的燃料电池车辆通常也具有用作流动缓冲器的牵引电池。电池存储装置一方面可以实现恢复能量，另一方面，减轻了燃料电池的负荷变化。因此，燃料电池车辆的驱动结构是串联混合动力驱动。
根据现有技术，US 2011/00111662 A1公开了一种多功能罐，其中多功能罐具有居中布置在其中的较小的圆柱形罐，并且可用于储存液体和/或气体。该中央罐由四个带状环的彼此串联连接的电池(例如锂离子电池)包围。
US 7556113 B2公开了一种用于车辆的发电和存储系统，其具有压缩气体存储罐，该压缩气体存储罐具有大致圆柱形的外壁和稍长的电池单元，该稍长的电池单元具有大致垂直于纵向方向的近似三角形的横截面。横截面部分地受到凹面的限制，该凹面沿着气体存储罐的外壁的至少一部分伸展。电池单元具有三组电池，每组电池沿平行于气体存储罐的外壁的方向轴向伸展。每个电池组具有多个串联堆叠的D电池单元，总电池数为180个电池。
从US 201720738 A1中已知一种具有电池和气体存储器的车辆。至少一部分气体存储器和至少一部分电池组合在一个结构单元中并且布置在车辆的底部。与车身和气体存储器连接的支撑框架具有腔室，电池模块或单元布置在该腔室中。电池和气体存储器与支撑框架的刚性连接以及与车身的刚性连接在发生事故时具有高安全性。
US 8672359 B2涉及一种燃料电池车辆，其具有安装在后行李箱中的二次电池。此外，用于驱动车辆的装置包括两个圆柱形氢气罐，它们可以在车辆方向上一个接一个地并且没有间隔地在车辆座椅下方布置。圆柱形氢气罐之间的中间空间不被使用。
此外，US 7556110 B2涉及一种具有两个电池的燃料电池车辆，这两个电池在行驶方向上在车辆的右侧和左侧布置。用于开环控制这些电池的驱动单元位于两个电池之间。驱动单元的高度小于两个或更多个电池的高度，由此在驱动单元上方和两个电池之间形成空气管道。从行驶方向看，单个圆柱形氢气罐位于电池后面。
US 2006/0102398 A1也公开了一种燃料电池车辆，其具有蓄电池、三个圆柱形氢气罐和另外一个控制单元，该控制单元开环控制从燃料电池和蓄电池到驱动前轮和后轮的两个电动马达的电力供应。所有已知的部件都位于乘客舱的地板下方，高度大致相同。因此，这些部件既不会减少乘客舱也不会减少行李舱。由于布置在乘客舱地板下方的部件具有相对较大的重量，因此实现了车辆的良好行驶稳定性。相邻氢气罐之间的中间空间不被使用。
在US 8393426 B2中可以找到具有紧凑的车身结构的混合动力车辆。电池设置在后座的座椅表面的下侧。此外，燃料罐设计成具有平坦部分，使得罐可以部分地布置在电池的下侧。在平面图中，罐的一部分将与电池重叠。
US 6648085 B2涉及一种由立方体主要部件制成的燃料电池单元，布置在车辆地板中的该燃料电池单元具有用于甲醇或水的储存罐和重整装置，从而由甲醇和水产生氢气，该氢气可以借助燃料电池转换成电能。二次电池也布置在车辆地板中。
FISHER，P.et al.，“新型混合动力车辆燃料电池与蓄电池系统的电子集成”，《电源技术》，第220卷公开了一种在最轻的城市汽车中将锂离子电池与氢燃料电池集成在一起的装置。因此，燃料电池和油箱被放置在普通油箱和“备用轮胎”空间的区域中，由此所有部件都位于中央。
发明内容
鉴于所呈现的现有技术，混合动力车辆中的气罐和电池的容纳仍然提供改进的空间。因此，本发明的目的是提供一种改进的存储器布置，用于提供节省空间地、高效且具有成本效益的设计以及提供在这种存储器布置中使用的电池。本发明还基于提供两个气罐之间未使用中间空间的用途的目的。
根据本发明，该目的通过一种根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的存储器布置来实现，该存储器布置具有至少一个用于为混合动力车辆的驱动装置供能的电池单元和至少两个圆柱形流体罐，该目的通过根据权利要求8的前序部分所述的电池单元实现，该电池单元用于为混合动力车辆的驱动装置供应电能，特别是在存储器装置中使用，以及该目的进一步通过根据权利要求10的特征的使用在两个或更多个圆柱形流体罐之间的一个或多个中间空间来容纳一个或多个电池单元的用途来实现。在从属权利要求中公开了本发明的其它有利实施例。
应当注意，以下描述中列出的特征以及措施以任何技术上有意义的方式可以彼此组合并且示出了本发明的其它实施例。该描述另外表征和指定了本发明，特别是结合附图。特别地在流体罐、气体推进或气体混合动力车辆的应用的进一步过程中，提到了任何技术上合理的气态或液态燃料，包括任何技术上有意义的气体混合物。此外，术语“电池”包括所有在技术上有意义的能量存储器，用于存储和/或提供电力以驱动混合动力车辆。
本发明涉及一种用于混合动力车辆(例如具有内燃发动机驱动和电池电驱动或带有牵引电池的燃料电池驱动的组合的车辆)的存储器布置，该存储器布置具有一个或多个电池单元，该电池单元用于为混合动力车辆的驱动装置供应电能，并且该存储器布置具有至少两个圆柱形流体罐，其中，形成中间空间的至少第一流体罐和第二流体罐彼此相邻地布置。至少一个电池单元布置在中间空间内和/或布置成填充中间空间。对于组合式气体混合动力电动车辆，也采用插入式设计，其想法是使用罐模块内的两个流体罐之间的未被使用的空间作为电池的存储空间。流体罐通常填充有压缩和/或液化气体，特别是天然气和/或氢气，其中这些流体在高压(“压缩天然气罐”＝CNG罐或“压缩氢气罐”＝CH2罐)下储存。因此，圆柱形高压罐与电池组组合，其中电池组存储在罐之间，这是用于气体混合动力车辆的最有效的存储器布置。对于“有效”应理解为主要是节省空间和/或重量。
在本发明的一个有利实施例中，在每种情况下两个或更多个流体罐之间的距离小于5cm。特别地，彼此间距离小于2cm或小于1cm或者它们彼此接触。由于流体罐彼此之间的距离较小或者距离消失，因此可以特别节省空间地实现存储器布置。因为电池单元通常由许多小电池单位组成，根据两个流体罐之间可用的中间空间、电池单元的任何外部形状，可以对这些电池单位的布置进行构建。气体压力在填充的天然气容器中通常在200bar的范围内，在氢气蓄压器中在700巴的范围内。出于安全性，设计内部压力为对于天然气罐为300bar，氢气罐约为900bar。为了耐压，应选择圆柱形(特别是圆筒形)的形状，因为圆柱体(除了球体)具有最大的压力稳定几何形状。即使在两个圆柱形流体罐之间存在小的距离或不存在距离，也可以节省空间地、准形状配合地布置电池单元，该电池单元的外轮廓匹配流体罐的外轮廓。
在本发明的可选发展的背景下，存储器布置的特征在于一系列流体罐，其中，在每种情况下，在彼此相邻布置的两个流体罐之间形成中间空间，并且在每个中间空间内布置电池单元和/或以填充相应的中间空间的方式布置电池单元。大多数气体动力车辆配备三个、四个甚至五个罐。通常，三到四个罐组合成一个罐模块。其结果是一系列圆柱体，其在每个圆柱体之间留下很多未使用的空间。平行排列的圆柱形流体罐/气罐之间的这种中间空间在一系列三个或更多个流体罐中可以两次或更频繁地获得。在这些空间内的每个电池单元的完整和/或部分布置导致可以节省相当大的存储空间。
特别有利的是，存储器布置的该中间空间或每个中间空间由两个流体罐壳壁和至少一个第一中间空间边界平面限定，其中第一中间空间边界平面与第一流体罐的第一流体罐壳壁和第二流体罐的至少一个第二流体罐壳壁相切和/或与两个流体罐齐平。由此在两个稍长的圆柱形流体罐之间产生了一个稍长的中间空间，该中间空间具有类似梯形(在两个流体罐之间有距离的情况)和/或三角形(在两个流体罐之间没有距离的情况)的横截面。由于这种不寻常的(即，拱起的)形状，这种中间空间通常难以使用。通过电池单元的特殊设计，可以因此节省空间。
可选地，存储器布置的中间空间由至少第二中间空间边界平面限定，其中第二中间空间边界平面也与第一流体罐的第一流体罐壳壁和第二流体罐的至少第二流体罐壳壁相切。由此，可用于存储电池单元的中间空间的横截面设计为双梯形(在两个流体罐之间有距离的情况)和/或双三角形(两个流体罐之间没有空间的情况)。该横截面的锥度通常布置在中央，与沙漏的横截面相当。
在存储器布置的可选的改进方案中，第一弯曲电池壁与第一流体罐的第一流体罐壳壁形成和/或可以形成平面接触，并且第二弯曲电池壁与第二流体罐的第二流体罐壳壁形成和/或可以形成这样的接触。一个或每个电池单元的电池壁具有相应的凹形拱起的外壁，该外壁可以准形状配合地与具有圆柱形横截面的流体罐的凸形弯曲外壁对接。这自然意味着电池单元和流体罐之间的距离也可以是几毫米，例如用以隔绝温度波动。
在存储器布置的优选实施例中，两个或更多个流体罐填充有燃料，特别是压缩气体燃料，优选氢气或天然气。特别地，具有混合动力技术和天然气内燃发动机的组合的车辆以及具有牵引电池的燃料电池车辆非常高效，具有广阔的前景，该前景以本发明的实施例所开发。
独立的发明权利要求保护电池单元，该电池单元用于为混合动力车辆的驱动装置供能电能，特别是在根据权利要求1至7中任一项所述的存储器布置中使用，其中电池单元设计为沿中心轴线和/或对称轴线稍长的，并具有基本垂直于中心轴线和/或对称轴线的梯形和/或三角形电池横截面，其中该电池横截面具有三个或更多个电池横截面边界边缘。在这种情况下，至少一个第一电池横截面边界边缘和第二电池横截面边界边缘分别用于在两个相邻的流体罐之间定位，设计成凹形拱起的和/或凹形弯曲的。电池优选地还包括至少一个附加表面，该附加表面平行于车辆部件的壁伸展，该(一个或多个)表面上安装有流体罐和电池组。
在电池单元的优选实施例中，第一凹形电池横截面边界边缘和/或第二凹形电池横截面边界边缘的弯曲和/或拱起大致对应于相邻流体罐的曲率半径。当使用圆柱形流体罐，即具有圆形横截面的罐时，第一凹形电池横截面边界边缘和/或第二凹形电池横截面边界边缘的弯曲和/或拱起因此大致对应于圆弧段。这允许电池单元和相邻流体罐的准形状配合地布置(必要时具有小的距离)。
独立的发明权利要求保护对于一个或多个在混合动力车辆中两个直接相邻和/或毗邻的圆柱形流体罐(优选为圆筒形流体罐)之间的中间空间的使用，用于布置一个或多个特别是根据权利要求8至9任一项所述的电池单元，或特别是用于根据权利要求1至7任一项所述的存储器布置。一个或每个中间空间与两个流体罐壳壁毗邻，并且优选地与一个或多个中间空间边界平面毗邻，其中，一个或每个中间空间边界平面与至少一个第一流体罐的第一流体罐壳壁和至少一个第二流体罐的第二流体罐壳壁相切。通过使用该中间空间，开发了可用于电动混合动力车辆的必不可少的电池单元的未使用的存储空间。
附图说明
在以下对附图的描述中公开了本发明的其它有利实施例。在图中：
图1a示出了根据本发明的电池单元的示例性实施例的示意性透视图；
图1b示出了根据图1a的根据本发明的电池单元的示例性实施例的横截面的剖视图；和
图2是根据本发明的存储器装置的示例性实施例的示意性透视图，该存储器装置具有电池单元和两个流体罐。
具体实施方式
在不同的图中，相同的部件总是具有相同的附图标记，因此它们通常仅被描述一次。还应该指出，绘制的辅助线和辅助层出于清楚的目的，然而，本发明决不应仅限于专有或主要对称的实施例或具有相同尺寸的流体罐的实施例。
图1a示出了具有六个壁的外轮廓的电池单元100。电池单元100沿着对称轴线和/或中心轴线170稍长地设计，其具有例如50cm至200cm的总电池长度180。电池单元100还具有第一电池壁110，该第一电池壁可以平行于相邻和/或毗邻的车辆部件的壁延伸，在该壁中安装有或可安装流体罐200、250(参见图2)和(一个或多个)电池单元100。相对于第一电池壁平行地偏移存在第二电池壁160，其具有比第一电池壁110小的表面并且布置在后者的中央，因此，中心轴线是对于第一电池壁110和第二电池壁160的对称轴线170。第一电池壁110和第二电池壁160经由第一拱形电池壁120和第二拱形电池壁130彼此连接，其中两个拱形的电池壁120、130都向外凹形地拱起，以便与相邻的流体罐200、250的流体罐壳壁210、260准形状配合地对接(参见图2)。此外，两个拱形的电池壁120、130是全等的，由此电池横截面101(参见图1b)轴对称地形成。轴对称的第一电池端壁140和轴对称的第二电池端壁150形成电池单元100的端壁，其中两个电池端壁140、150相互间隔开电池总长度180的距离，并且相对于彼此以及与电池横截面101(参见图1b)是全等的。因此导致在总电池长度180上至少主要恒定或不变的电池横截面101。
图1b示出了该电池横截面101，作为沿着剖面线A-A(参见图1a)的剖视图。该电池横截面101的表面构造成类似于等腰轴对称梯形，其斜边向外凹形地拱起。因此，电池横截面101具有第一电池横截面边界边缘111、第二电池横截面边界边缘161，该第二电池横截面边界边缘相对于第一电池横截面边界边缘被缩短并与第一电池横截面边界边缘以一定的距离平行地布置，其中与第一电池横截面边界边缘111相对的第二电池横截面边界边缘161布置为形成电池横截面101的轴对称几何形状。彼此相对地布置第一凹形电池横截面边界边缘121和第二凹形电池横截面边界边缘131，由此形成具有四个边界边缘的闭合四边形。该电池横截面101也完全或主要对应于两个圆柱形流体罐200、250之间的可用中间空间350的横截面(参见图3)。
图2示出了存储器布置300，其包括具有第一流体罐壳壁210的第一流体罐200、与第一流体罐200相关的圆形第一流体罐端壁220、以及与第一流体罐200相关并且与第一流体罐端壁全等的第二流体罐端壁230，由此得到第一流体罐200的恒定圆柱形横截面。存储器布置300进一步包括具有第二流体罐壳壁260的第二流体罐250、与第二流体罐250相关的圆形第一流体罐端壁270、以及与第二流体罐250相关并且与第一流体罐端壁全等的第二流体罐端壁280，由此得到第二流体罐250的恒定圆柱形横截面。两个流体罐200、250具有相同的圆形横截面并且彼此平行布置，优选地水平布置。此外，两个流体罐200、250可以彼此以距离310相隔布置，其中距离310(图2中示出)是0cm，也就是说两个流体罐200、250沿着母线彼此接触。由于流体罐200、250的平行布置可以(例如在上侧)限定第一中间空间边界平面320，该第一中间空间边界平面在第一流体罐母线240处与第一流体罐200相切，并且在第二流体罐母线290处与第二流体罐250相切，其中两个流体罐母线240、290彼此平行排列。与第一中间空间边界平面320间隔开，可以限定第二中间空间边界平面330，该第二中间空间边界平面330在未示出的第一流体罐母线处与第一流体罐200相切，并且在未示出的第二流体罐母线处与第二流体罐250相切，其中两个流体罐母线彼此平行排列。如果第一流体罐200和第二流体罐250具有相同的横截面，则第一中间空间边界平面320和第二中间空间边界平面330彼此平行地定向，其它情况下彼此成一角度地定向。第一流体罐壳壁210、第二流体罐壳壁260、第一中间空间边界平面320和第二中间空间边界平面330限定中间空间350，该中间空间通过0cm的距离310，即通过第一流体罐200和第二流体罐250的接触被分成两个相等的半部。在该中间空间350的第一半部的边界内，布置具有已经描述的几何外形的电池单元100(参见图1a和图1b)，由此最佳地使用通过中间空间350而可用的位置。
附图标记列表：
100 电池单元
101 电池横截面
110 第一电池壁
111 第一电池横截面边界边缘
120 第一拱形电池壁
121 第一凹形电池横截面边界边缘
130 第二拱形电池壁
131 第二凹形电池横截面边界边缘
140 第一电池端壁
150 第二电池端壁
160 第二电池壁
161 第二电池横截面边界边缘
170 对称轴线/中心轴线
180 电池总长度
200 第一流体罐
210 第一流体罐壳壁
220 与第一流体罐相关的第一流体罐端壁
230 与第一流体罐相关的第二流体罐端壁
240 第一流体罐母线
250 第二流体罐
260 第二流体罐壳壁
270 与第二流体罐相关的第一流体罐端壁
280 与第二流体罐相关的第二流体罐端壁
290 第二流体罐母线
300 存储器布置
310 距离
320 第一中间空间边界平面
330 第二中间空间边界平面
350 中间空间
A-A 剖面线

Claims (10)

1.一种用于混合动力车辆的存储器布置(300)，所述存储器布置具有一个或多个电池单元(100)，所述电池单元用于为所述混合动力车辆的驱动装置提供电能，并且所述存储器布置具有至少两个圆柱形流体罐(200、250)，
其特征在于：
形成中间空间(350)的至少第一流体罐(200)和第二流体罐(250)彼此相邻布置，其中至少一个所述电池单元(100)布置在所述中间空间(350)内和/或布置成填充所述中间空间(350)。
2.根据权利要求1所述的存储器布置(300)，
其特征在于：
两个或更多个所述流体罐(200、250)之间的距离(310)在每种情况下小于5cm。
3.根据权利要求1或2所述的存储器布置(300)，
其特征在于：
具有一系列所述流体罐(200、250)，其中，每两个相邻的所述流体罐(200、250)之间形成所述中间空间(350)，并且所述电池单元(100)布置在每个所述中间空间(350)内和/或布置成填充分别的中间空间(350)。
4.根据前述权利要求任一项所述的存储器布置(300)，
其特征在于：
所述中间空间(350)由两个流体罐壳壁(210、260)和至少一个第一中间空间边界平面(320)限定，其中所述第一中间空间边界平面(320)与所述第一流体罐(200)的所述流体罐壳壁(210)和所述第二流体罐(250)的至少一个所述流体罐壳壁(260)相切。
5.根据权利要求4所述的存储器布置(300)，
其特征在于：
所述中间空间(350)由至少第二中间空间边界平面(330)限定，其中所述第二中间空间边界平面(330)与所述第一流体罐(200)的所述流体罐壳壁(210)和所述第二流体罐(250)的至少一个所述流体罐壳壁(260)相切。
6.根据前述权利要求任一项所述的存储器布置(300)，
其特征在于：
第一拱形电池壁(120)与所述第一流体罐(200)的第一流体罐壳壁(210)形成和/或能够形成平面接触，并且第二拱形电池壁(130)与所述第二流体罐(250)的所述流体罐壳壁(260)形成和/或能够形成这样的接触。
7.根据前述权利要求任一项所述的存储器布置(300)，
其特征在于：
两个或更多个多所述流体罐(200、250)填充有燃料，特别是压缩气体燃料，优选为天然气或氢气。
8.一种用于为混合动力车辆的驱动装置供应电能的电池单元(100)，特别是在根据权利要求1至7任一项的存储器布置中应用，其中所述电池单元(100)设计成沿中心轴线和/或对称轴线(170)稍长的，并且所述电池单元具有基本上垂直于所述中心轴线和/或对称轴线(170)的梯形和/或三角形的电池横截面(101)，其中所述电池横截面(101)具有三个或更多个电池横截面边界边缘(111、121、131)，
其特征在于：
至少第一电池横截面边界边缘(121)和第二电池横截面边界边缘(131)设计成凹形拱起和/或凹形弯曲的，所述第一电池横截面边界边缘和第二电池横截面边界边缘分别用于在两个相邻的流体罐(200、250)之间定位。
9.根据权利要求8所述的电池单元(100)，
其特征在于：
所述第一凹形电池横截面边界边缘(121)和/或所述第二凹形电池横截面边界边缘(131)的弯曲和/或拱起对应于相邻的所述流体罐(200、250)的曲率半径。
10.一种对在混合动力车辆中的两个直接相邻和/或相互毗邻的圆柱形流体罐(200、250)之间的一个或多个中间空间(350)的使用，所述中间空间用于容纳一个或多个特别是根据权利要求8至9任一项的电池单元(100)。
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