DE102004025831A1 - Hybrid vehicle with coolable capacitor has air supply channel with inlet at the vehicle front end providing air mass for heat dissipation - Google Patents

Hybrid vehicle with coolable capacitor has air supply channel with inlet at the vehicle front end providing air mass for heat dissipation Download PDF

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Abstract

The energy store e.g. capacitor (12) has an inner area (12a). An air supply channel ((14) has an inlet (19) at the vehicle front end so that an air mass produced by the driving of the vehicle can be provided to the internal area of the capacitor for heat dissipation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer kühlbaren elektrischen Speichereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.The The invention relates to a motor vehicle with a coolable electrical storage device according to the generic term of the independent Claim.

Moderne Kraftfahrzeuge haben einen erhöhten Bedarf an elektrischer Leistung, der zumindest teilweise von einer elektrischen Energiespeichereinrichtung einem oder mehreren elektrischen Leistungsverbrauchern an Bord des Fahrzeugs zuzuführen ist. Dies gilt insbesondere bei Hybridfahrzeugen, bei denen zwei Antriebseinheiten miteinander kombiniert sind, die auf unterschiedliche Weise die Leistung für den Fahrzeugantrieb bereitstellen. Bei parallelen Hybridkonzepten bietet sich grundsätzlich die Möglichkeit, in den verschiedenen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs jeweils die Antriebsquelle zu verwenden, die im gegebenen Drehzahl-/Lastbereich den besseren Wirkungsgrad aufweist. Besonders gut ergänzen sich die Eigenschaften eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine, so dass Hybridfahrzeuge heute vorwiegend in einer derartigen Kombination zu finden sind. Die Anbindung der Elektromaschine an die Motorkurbelwelle des Verbrennungsmotors kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen. Bevorzugt ist eine Anbindung über eine Kupplung bzw. direkt an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Eine andere bevorzugte Möglichkeit ist eine Anbindung über einen Riementrieb bzw. ein Getriebe.modern Motor vehicles have an increased Demand for electrical power, at least partially from one electrical energy storage device one or more electrical Power consumers on board the vehicle is supplied. This is especially true in hybrid vehicles, where two drive units combined with each other in different ways Performance for provide the vehicle drive. For parallel hybrid concepts offers itself basically the possibility, in the various operating states of the motor vehicle respectively to use the drive source in the given speed / load range the has better efficiency. Especially good complement each other the properties of an internal combustion engine and an electric machine, so that hybrid vehicles today mainly in such a combination can be found. The connection of the electric machine to the engine crankshaft The internal combustion engine can be done in different ways. Preferred is a connection via a clutch or directly to the crankshaft of the engine. Another preferred option is a connection via a belt drive or a transmission.

Als elektrische Energiespeichereinrichtung werden bei Hybridfahrzeugen in der Regel zyklenfeste Batterien eingesetzt. Diese haben den Vorteil einer vergleichsweise hohen volumen- und massenbezogenen Energiedichte, sind jedoch bezüglich der erreichbaren Leistungsaufnahme sowie Leistungsabgabe begrenzt. Des weiteren ist die Lebensdauer derartiger Batterien über die durchgesetzte, d.h. ein- und ausgespeicherte Energie begrenzt, so dass eine starke Zyklisierung zu einer verringerten Lebensdauer führt. Alternativ kann es daher bei einem Hybridfahrzeug sinnvoll sein, für das Energiespeichersystem andere Energiespeichertypen zu verwenden. Bekannt ist es, anstelle einer Batterie einen Kondensatorspeicher einzusetzen, der praktisch unbegrenzt zyklisch, d.h. gegenüber Batterien mit einer erheblich höheren Zyklenzahl belastet werden kann. Der Nachteil konventioneller Kondensatorspeicher gegenüber einer Batterie ist vor allem die bezogen auf das Bauvolumen geringere einspeicherbare Energie. Das bedeutet, dass durch einen Kondensatorspeicher einem Fahrzeug mit nur begrenzt vorhandenem Bauraum im Belastungsfall nur eine relativ geringe Energiemenge zur Verfügung gestellt werden kann. Durch parallelen Einsatz einer Batterie und eines Kondensatorspeichers können die Vorteile beider Energiespeicherkonzepte kombiniert werden, so dass ein Großteil der zyklischen Ein- und Ausspeichervorgänge über den Kondensatorspeicher abgewickelt wird und lediglich bei den nur sehr selten vorkommenden, lang andauernden elektrischen Belastungsphasen die Batterie herangezogen wird.When Electrical energy storage device are used in hybrid vehicles usually used deep cycle batteries. These have the advantage a comparatively high volume and mass energy density, are, however, relative the achievable power consumption and power output limited. Furthermore, the life of such batteries over the enforced, i. limited and stored energy, so that a strong cyclization leads to a reduced lifespan leads. Alternatively, it may therefore be useful in a hybrid vehicle, for the Energy storage system to use other energy storage types. Known is to use a capacitor storage instead of a battery, which is virtually unlimited cyclic, i. compared to batteries with a considerably higher number of cycles can be charged. The disadvantage of conventional capacitor storage opposite one Above all, the battery is lower in terms of construction volume storable energy. That means that through a capacitor memory a vehicle with only limited installation space in case of load only a relatively small amount of energy can be made available. By parallel use of a battery and a capacitor storage can the advantages of both energy storage concepts are combined, so that much the cyclic input and output Discharge operations on the Condenser memory is handled and only at the very much seldom occurring, long lasting electrical stress phases the Battery is used.

Der Betrieb des Fahrzeugs mit der Elektromaschine erfolgt beispielsweise bevorzugt in Bereichen mit nur geringen Lastanforderungen, in denen der Verbrennungsmotor nur geringe Wirkungsgrade aufweist. Bereiche mit höheren Lastanforderungen werden genutzt, um bei dem Verbrennungsmotor mit dann relativ gutem Wirkungsgrad durch zusätzlichen generatorischen Betrieb der Elektromaschine die elektrische Energiespeichereinrichtung wieder zu laden, aus der die Elektromaschine im motorischen Betrieb gespeist wird. Darüber hinaus kann die Momentenabgabe von Verbrennungsmotor und Elektromaschine auch parallel erfolgen, beispielsweise, um das maximale Drehmoment, das dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden kann, zu steigern.Of the Operation of the vehicle with the electric machine takes place, for example preferred in areas with only low load requirements, in which the Internal combustion engine has low efficiencies. Areas with higher Load requirements are used to connect to the internal combustion engine with relatively good efficiency through additional generator operation the electric machine, the electrical energy storage device again to load, from which fed the electric machine in the motor operation becomes. About that In addition, the torque output of internal combustion engine and electric machine also take place in parallel, for example, to the maximum torque, that is available to the vehicle can be increased.

Da auch die Kondensatorspeicher entsprechend der Leitfähigkeit des Elektrolyten sowie der Leitungswiderstände der Elektroden einen elektrischen Widerstand (ESR) aufweisen, führt die Ein- und Ausspeicherung von elektrischer Energie zu einer Verlustleistung im Kondensatorspeicher und damit zu einer Erwärmung der Bauteile. Es versteht sich, dass für einen optimalen Betrieb bestimmte Temperaturschwellen nicht überschritten werden sollen, um eine übermäßig schnelle Bauteilalterung oder mögliche Schädigung der Bauteile auszuschließen, so dass Maßnahmen zur Wärmeabfuhr zweckmäßig sind.There also the capacitor storage according to the conductivity of the electrolyte and the line resistance of the electrodes an electrical Resistance (ESR) leads leads the injection and withdrawal of electrical energy to a power loss in the condenser memory and thus to a heating of the components. It goes without saying that for optimal operation did not exceed certain temperature thresholds to be overly fast Component aging or possible damage to exclude the components, so that measures for heat dissipation are appropriate.

Eine Erwärmung des Kondensatorspeichers erfolgt vor allem im Zusammenhang mit der Einspeicherung von rekuperierter Bremsenergie und Ausspeicherung für die Bordnetzversorgung sowie elektrische Antriebsunterstützung in stark zyklisiertem Betrieb. Die Kondensatoren müssen daher auch entsprechend ihrer zyklischen Belastung, insbesondere bei längeren Fahrstrecken oder erhöhter Außentemperatur, zur Sicherung einer ausreichenden Leistungsfähigkeit und zum Ausschluss von Schädigungen gekühlt werden. Andernfalls können bei zu hoher Temperatur die Kondensatoren für den elektrischen Betrieb bzw. die mechanisch-elektrische Energieumwandlung bei der Rekuperation nicht mehr oder nicht mehr im vollen Umfang genutzt werden, wodurch die Funktion des Hybridfahrzeugs eingeschränkt wird und der Kraftstoffverbrauch unnötig ansteigt.A warming the capacitor memory is mainly in connection with the Storage of recuperated braking energy and withdrawal for the On-board power supply as well as electrical drive support in heavily cyclized operation. The capacitors must therefore also accordingly their cyclical loading, in particular for longer journeys or increased outside temperature, to ensure adequate performance and exclusion of damage chilled become. Otherwise, you can if the temperature is too high, the capacitors for electrical operation or the mechanical-electrical energy conversion during recuperation no longer or no longer be used in full, thereby the function of the hybrid vehicle is limited and the fuel consumption unnecessary increases.

Es ist bereits bekannt, einen Kondensatorspeicher im Fahrzeuginnenraum, beispielsweise im Bereich des Kofferraums oder der hinteren Sitzbank, zu verbauen. Aufgrund der dort nur geringen Luftbewegung kann von dem Kondensatorspeicher nur wenig Wärme abgeführt werden. In einem solchen Fall kann es deshalb erforderlich sein, mit zusätzlichen elektrischen Luftgebläsen zu arbeiten, um durch steigende Konvektion die Wärmeabfuhr zu erhöhen. Derartige Gebläse haben aber einen zusätzlichen Bordnetz-Strombedarf und ein höheres Gewicht zur Folge, was sich negativ auf den Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeugs auswirkt. Es versteht sich, dass damit auch höhere Kosten verbunden sind.It is already known to install a capacitor storage in the vehicle interior, for example in the area of the trunk or the rear seat. Due to the only slight air movement there, only a small amount of heat can be dissipated from the capacitor store. In such a case Therefore, it may be necessary to work with additional electric air blowers to increase the heat dissipation by increasing convection. However, such blowers have an additional on-board power requirement and a higher weight result, which has a negative effect on the fuel consumption of the hybrid vehicle. It goes without saying that this also involves higher costs.

Aus der DE 101 28 164 A1 ist bereits ein Fahrzeugkühlsystem für eine temperaturerhöhende Einrichtung bekannt, vorzugsweise für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer die Einrichtung kühlenden Klimaanlage. Ein derartiges Kühlsystem hat einen zusätzlichen elektrischen Leistungsverbrauch, zusätzliches Gewicht und damit ebenfalls einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und insgesamt erhöhte Kosten bei Herstellung und Betrieb zur Folge.From the DE 101 28 164 A1 A vehicle cooling system for a temperature-increasing device is already known, preferably for an electric or hybrid vehicle with a device cooling the air conditioning. Such a cooling system has an additional electrical power consumption, additional weight and thus also increased fuel consumption and overall increased costs in production and operation result.

Bei Verwendung von Doppelschichtkondensatoren ist zu berücksichtigen, dass die für einen uneingeschränkten Betrieb maximal zulässigen Temperaturen typischerweise bei etwa 50 Grad C liegen. Daher ist eine Verwendung der Motorkühleinrichtung eines Verbrennungsmotors zur Kühlung derartiger Kondensatorspeicher ausgeschlossen.at Use of double-layer capacitors must be considered that for an unrestricted Operation maximum permissible Temperatures are typically around 50 degrees Celsius. thats why a use of the engine cooling device of a Internal combustion engine for cooling excluded such capacitor storage.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug so weiterzuentwickeln, dass bei einer elektrischen Energiespeichereinrichtung auf einfache Weise eine gute Wärmeabfuhr möglich wird.The Object of the present invention is a generic motor vehicle so on, that in an electrical energy storage device in a simple way a good heat dissipation possible becomes.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.According to the invention Problem solved by the features of the independent claim. further developments of the invention are dependent claims refer to.

Erfindungsgemäß ist bei einem Kraftfahrzeug mit einer kühlbaren elektrischen Energiespeichereinrichtung vorgesehen, dass die Energiespeichereinrichtung einen Innenbereich aufweist und dass ein Luftzufuhrkanal mit einer Einlassöffnung in einem Bereich des Fahrzeug-Frontends vorgesehen ist, durch den ein durch den Fahrbetrieb des Fahrzeugs erzeugter Luftmassenstrom dem Innenbereich der Energiespeichereinrichtung zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellt werden kann. Die Erfindung geht von der Idee aus, dass sich die Energiespeichereinrichtung hauptsächlich durch Ein- und – Auslagerungsvorgänge erwärmt, d.h. vorzugsweise bei im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs. auftretenden Prozessen. Damit ist es vorteilhaft, eine aufwendige Gebläsekühlung zu vermeiden und die Energiespeichereinrichtung durch eine Fahrtwindkühlung vor hohen Temperaturen zu schützen. Damit die Wärmeabfuhr besonders effektiv ist, wird ein Luftmassenstrom in einen Innenbereich der Energiespeichereinrichtung gelenkt. Ein besonders großer Luftmassenstrom kann dem Innenbereich der Energiespeichereinrichtung zur Wärmeabfuhr dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass ein Luftzufuhrkanal mit einer Einlassöffnung in einem Bereich des Frontends vorgesehen ist, da im Bereich des Frontends im Fahrbetrieb ein erhöhter Staudruck herrscht.According to the invention is at a motor vehicle with a coolable electrical energy storage device provided that the energy storage device having an interior area and having an air supply duct with a inlet port is provided in an area of the vehicle front end through which an air mass flow generated by the driving operation of the vehicle the interior of the energy storage device for heat dissipation to disposal can be made. The invention is based on the idea that the energy storage device is primarily heated by in-and-out processes, i. preferably when driving the motor vehicle. occurring Processes. Thus, it is advantageous to avoid a complex fan cooling and the energy storage device by a Fahrtwindkühlung ago to protect high temperatures. So that the heat dissipation especially is effective, an air mass flow into an interior of the Energy storage device steered. A particularly large air mass flow can the interior of the energy storage device for heat dissipation thereby available be provided that an air supply duct with an inlet opening in an area of the front end is provided, as in the area of the front end in driving a heightened Back pressure prevails.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Innenbereich ein Strömungsvolumen mit Hauptströmungswegen und diesen zugeordneten Hauptströmungsrichtungen auf. Ein Hauptanteil des zur Verfügung gestellten Luftmassenstroms beaufschlagt den Innenbereich in einer Hauptzustromrichtung, wobei die Winkelabweichung zwischen Hauptzustromrichtung und Hauptströmungsrichtung zwischen +60 Grad und –60 Grad liegt. Dadurch erhöht sich der mögliche Luftdurchsatz zum Vorteil des angestrebten Kühleffekts, da vermieden wird, dass die Luftströmung in der Energiespeichereinheit zu starke Umlenkungen erfährt, was zu steigenden Druckverlusten führen und damit den Luftmassendurchsatz herabsenken würde.According to one particularly preferred embodiment According to the invention, the inner region has a flow volume with main flow paths and these associated main flow directions on. A major part of the provided air mass flow acts on the interior in a main inflow direction, wherein the angular deviation between the main inflow direction and the main flow direction between +60 degrees and -60 Degree lies. This increases the possible Air flow to the benefit of the desired cooling effect, since it is avoided that the air flow in the energy storage unit too strong deflections undergoes what lead to rising pressure losses and thus would lower the air mass flow rate.

Wenn die Energiespeichereinrichtung zumindest zwei Speichermodule beinhaltet und zumindest ein Teil des Strömungsvolumens von dem Raum zwischen den Speichermodulen gebildet wird, lassen sich die Hauptströmungsrichtungen im Innenbereich der Energiespeichereinrichtung besonders einfach festlegen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Energiespeichereinrichtung eine Mehrzahl von in einem Array, vorzugsweise in Reihen oder Kreisen, angeordneten Speichermodulen beinhaltet. Wenn die Speichermodule eine säulenartig ausgebildete Formgebung aufweisen, ist ihre Zusammenfassung in besonders einfacher Weise zu kompakten Baueinheiten möglich. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Speichermodule jeweils eine Längsachse aufweisen und mit ihren Längsachsen parallel zueinander stehen. Zweckmäßig ist es, wenn die Längsachsen parallel, senkrecht oder in einem zwischen 0 und 90 Grad liegenden Winkel zu einer Fahrbahnfläche, auf der sich das Fahrzeug im Gebrauchszustand befindet, angeordnet sind.If the energy storage device includes at least two memory modules and at least part of the flow volume is formed by the space between the memory modules, can be the main flow directions set particularly easy in the interior of the energy storage device. It is particularly preferred if the energy storage device a plurality of in an array, preferably in rows or circles, arranged memory modules includes. When the memory modules a columnar have a well-formed design is their summary in particular easy way to compact units possible. Especially preferred It is when the memory modules each have a longitudinal axis and with their longitudinal axes parallel to each other. It is useful if the longitudinal axes parallel, perpendicular or in a range between 0 and 90 degrees Angle to a road surface, on which the vehicle is in use, arranged are.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist zumindest ein Teilbereich des Innenbereichs in einem Gehäuse zur Führung des Luftmassenstroms angeordnet, wobei dieses Gehäuse vorzugsweise eine Anschlusseinrichtung an den Luftzufuhrkanal aufweist. Durch ein derartiges Gehäuse lässt sich ein Ausweichen des Luftmassenstroms verhindern und dadurch die Kühlwirkung auf den Innenbereich bzw. den Teilbereich konzentrieren.In a preferred development is at least a portion of the Interior in a housing to the leadership arranged the air mass flow, said housing preferably having a connection device to the air supply channel. By such a housing let yourself prevent evasion of the air mass flow and thereby the cooling effect focus on the interior or the sub-area.

Wenn der Innenbereich der Energiespeichereinrichtung durch einen Luftabströmkanal mit einem Unterdruckgebiet zur Erzeugung einer Sogwirkung verbunden ist, wird der Luftdurchsatz und damit die Wärmeabfuhr auf einfache Weise gesteigert.If the interior of the energy storage device by a Luftabströmkanal with a negative pressure area for generating a suction effect is, the air flow and thus the heat dissipation in a simple manner increased.

Als bevorzugter Bereich mit lokalem Unterdruck bei bewegtem Fahrzeug wird zweckmäßigerweise ein Bereich des Fahrzeugunterbodens verwendet.When preferred area with local vacuum with moving vehicle is expediently used an area of the vehicle underbody.

Zweckmäßigerweise wird zur Steuerung des Luftmassenstroms eine Klappe im Luftzufuhr- und/oder ggf. Luftabströmkanal eingesetzt.Conveniently, is used to control the air mass flow a flap in Luftzufuhr- and / or possibly Luftabströmkanal.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Energiespeichereinrichtung eine Kondensator-, vorzugsweise eine Doppelschichtkondensatoreinrichtung, ggf. mit einer Batterieeinrichtung kombiniert. Besonders hohe Einspareffekte an Kraftstoff lassen sich bei einem Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und zumindest einer Elektromaschine, jeweils zur Abgabe eines Drehmoments zum Betrieb des Fahrzeugs, erreichen.at a further preferred embodiment of the invention, the energy storage device is a capacitor, preferably a double-layer capacitor device, possibly with a battery device combined. Particularly high savings Fuel can be in a hybrid vehicle with an internal combustion engine and at least one electric machine, each for delivering a torque to operate the vehicle.

Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung sind unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand von Zeichnungen zu entnehmen.Further Embodiments, Aspects and advantages of the invention are independent of their summary in the claims without restriction the generality of the following description of the invention to draw from drawings.

Es zeigen in schematischer DarstellungIt show in a schematic representation

1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 a side view of a motor vehicle according to the invention

2 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 a plan view of a motor vehicle according to the invention

3 eine Detailansicht einer kühlbaren elektrischen Speichereinrichtung. 3 a detailed view of a coolable electrical storage device.

In den 1 bis 3 ist in Seitenansicht bzw. Draufsicht der Frontendbereich eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Hybridfahrzeugs, dargestellt. Das Fahrzeug 10 weist eine Energiespeichereinrichtung 12 und einen Verbrennungsmotor 13 auf sowie eine Elektromaschine 15, die beispielsweise auch ein Startergenerator sein kann, und vorzugsweise der Energiespeichereinrichtung 12 zugeordnet ist. Die Energiespeichereinrichtung 12 weist einen Innenbereich 12a auf und ist vorzugsweise eine Kondensator-, besonders bevorzugt eine Doppelschichtkondensatoreinrichtung. Allerdings lassen sich auf die im weiteren beschriebene Weise auch andere Energiespeicher, beispielsweise Batterien, kühlen. Ein Luftzufuhrkanal 14 mit einer Einlassöffnung 19 ist in einem Bereich des Frontends 11 des Fahrzeugs 10 vorgesehen. Der Luftzufuhrkanal 14 wird dazu verwendet, einen durch den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 10 erzeugten Luftmassenstrom 17 gezielt auf die Energiespeichereinrichtung 12 zu richten. Die Energiespeichereinrichtung 12 kann ein Gehäuse aufweisen, durch die zumindest ein Teilbereich des Innenbereichs 12a von der Umgebung abgegrenzt ist. Es versteht sich, dass die Energiespeichereinrichtung 12 auch ohne ein derartiges Gehäuse ausgebildet sein kann. Durch den Luftzufuhrkanal 14 kann dem Innenbereich 12a der Energiespeichereinrichtung 12 der durch den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 10 erzeugte Luftmassenstrom 17 zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellt werden. Die Positionierung der Einlassöffnung 19 im Frontend-Bereich ermöglicht es, den dort erhöhten Staudruck zur Erzeugung eines besonders großen Luftmassenstroms 17 für die Kühlung zu verwenden. In der in der 1 dargestellten Ausführungsform befindet sich die Einlassöffnung 19 in einem Bereich des Frontends 11, der der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 zugewandt ist. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Einlassöffnung 19 in einem Bereich des Fahrzeugunterbodens angeordnet sein. In letzterem Fall ist es bevorzugt, wenn durch geeignete Maßnahmen eine Sogwirkung innerhalb des Luftzufuhrkanals 17 erzeugt wird, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird.In the 1 to 3 is shown in side view and top view of the front end region of a vehicle, preferably a hybrid vehicle. The vehicle 10 has an energy storage device 12 and an internal combustion engine 13 on and an electric machine 15 , which may for example also be a starter generator, and preferably the energy storage device 12 assigned. The energy storage device 12 has an interior area 12a and is preferably a capacitor, particularly preferably a double-layer capacitor device. However, other energy stores, for example batteries, can be cooled in the manner described below. An air supply duct 14 with an inlet opening 19 is in an area of the frontend 11 of the vehicle 10 intended. The air supply channel 14 is used to drive one of the vehicle 10 generated air mass flow 17 specifically to the energy storage device 12 to judge. The energy storage device 12 may comprise a housing through which at least a portion of the inner region 12a is delimited from the environment. It is understood that the energy storage device 12 can also be formed without such a housing. Through the air supply channel 14 can the interior 12a the energy storage device 12 by the driving of the vehicle 10 generated air mass flow 17 be provided for heat dissipation. The positioning of the inlet opening 19 In the front-end area, it allows the increased dynamic pressure there to generate a particularly large air mass flow 17 to use for cooling. In the in the 1 illustrated embodiment is the inlet opening 19 in one area of the frontend 11 , the forward direction of the vehicle 10 is facing. In an alternative embodiment of the invention, the inlet opening 19 be arranged in an area of the vehicle underbody. In the latter case, it is preferred if by means of suitable measures a suction effect within the air supply channel 17 is generated, which will be discussed in more detail below.

Wenn die Energiespeichereinrichtung als Kondensatoreinrichtung ausgebildet ist, besteht während einer Landstraßenfahrt und/oder einer bergigen Fahrt im Durchschnitt der höchste Kühlungs- bzw. Wärmeabfuhrbedarf, da unter derartigen Bedingungen die höchste Zyklisierung zu erwarten ist. Ein weiterer Betriebsparameter, der einen erhöhten Kühlungs- bzw. Wärmeabfuhrbedarf für die Energiespeichereinrichtung 12 erwarten lässt, ist zusätzlich oder alternativ eine Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 80 und 100 km/h. Erfindungsgemäß ist daher das Kraftfahrzeug mit Energiespeichereinrichtung 12 auf eine durch den erwähnten Luftmassenstrom bei einer Landstraßenfahrt und/oder einer bergigen Fahrt, vorzugsweise bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen 80 und 100 km/h einzustellende Zieltemperatur ausgelegt. Wie im weiteren noch genauer dargelegt, liegt die Zieltemperatur bevorzugt in einem Bereich zwischen 10 und 40 Grad C, bevorzugt 15 bis 35 Grad C, besonders bevorzugt 20 bis 30 Grad C.If the energy storage device is designed as a capacitor device, there is the highest cooling or heat dissipation requirement on average during a highway journey and / or a mountainous journey, since the highest cyclization is to be expected under such conditions. Another operating parameter, the increased cooling or heat dissipation requirement for the energy storage device 12 is expected, additionally or alternatively, a vehicle speed in a range between 80 and 100 km / h. According to the invention, therefore, the motor vehicle with energy storage device 12 to a set by the mentioned air mass flow at a highway drive and / or a mountainous ride, preferably set at a vehicle speed between 80 and 100 km / h target temperature. As will be explained in more detail below, the target temperature is preferably in a range between 10 and 40 degrees C, preferably 15 to 35 degrees C, particularly preferably 20 to 30 degrees C.

Um eine besonders effektive Kühlung der Energiespeichereinrichtung 12 zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Innenbereich 12a mit einem Strömungsvolumen mit Hauptströmungswegen und diesen zugeordneten Hauptströmungsrichtungen 21b auszubilden. Ein Hauptanteil des zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellten Luftmassenstroms 17 beaufschlagt den Innenbereich 12a in einer Hauptzustromrichtung 21a, wobei die Winkelabweichung zwischen der Hauptzustromrichtung 21a und den Hauptströmungsrichtungen 21b in einem Bereich zwischen +60 Grad und –60 Grad liegt. Bevorzugt ist eine Winkelabweichung zwischen +45 und –45 Grad. Der Hauptanteil 21a des zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellten Luftmassenstroms 17 umfasst zumindest 50%, vorzugsweise 60%, besonders bevorzugt 80% des gesamten Durchsatzes an Luft der aus dem Endbereich 14a des Luftzufuhrkanals 14 austretenden Luftmasse. Die Hauptströmungswege 21b nehmen zumindest 50%, vorzugsweise 60%, besonders bevorzugt 80% des gesamten Durchsatzes an Luft durch den Innenbereich 12a auf. Bevorzugt ist es ferner, wenn der Luftmassenstrom 17 nach Beaufschlagung des Innenbereichs 12a diesen durch einen Luftabströmkanal mit einer Abströmrichtung 18 verlässt, wobei die Winkelabweichung zwischen Hauptzustromrichtung 21a und Abströmrichtung 18 weniger als ±30 Grad, vorzugsweise weniger 20 Grad, besonders bevorzugt weniger als 10 Grad beträgt.To a particularly effective cooling of the energy storage device 12 to reach, is proposed according to the invention, the interior 12a with a flow volume having main flow paths and associated main flow directions 21b train. A major part of the air mass flow provided for heat dissipation 17 impinges on the interior 12a in a main inflow direction 21a , wherein the angular deviation between the main inflow direction 21a and the main flow directions 21b in a range between +60 degrees and -60 degrees. An angular deviation between +45 and -45 degrees is preferred. The main part 21a of the air masses provided for heat dissipation stream 17 comprises at least 50%, preferably 60%, more preferably 80% of the total throughput of air from the end region 14a of the air supply channel 14 leaking air mass. The main flow paths 21b take at least 50%, preferably 60%, more preferably 80% of the total throughput of air through the interior 12a on. It is further preferred if the air mass flow 17 after exposure to the interior 12a this through a Luftabströmkanal with a downstream direction 18 leaves, wherein the angular deviation between the main inflow direction 21a and outflow direction 18 is less than ± 30 degrees, preferably less than 20 degrees, more preferably less than 10 degrees.

Die Energiespeichereinrichtung 12 umfasst eine Mehrzahl von in einem Array, vorzugsweise in Reihen oder Kreisen, angeordneten Speichermodulen 20. Zumindest ein Teil des Strömungsvolumens im Innenbereich ist von dem Raum zwischen den Speichermodulen 20 gebildet. Bevorzugt weisen die Speichermodule 20 eine säulenartig ausgebildete Formgebung auf. Die Speichermodule 20 können jeweils eine Längsachse aufweisen. Gegebenenfalls sind die Längsachsen parallel zueinander stehend angeordnet.The energy storage device 12 comprises a plurality of memory modules arranged in an array, preferably in rows or circles 20 , At least part of the flow volume in the interior is from the space between the memory modules 20 educated. Preferably, the memory modules 20 a columnar design on. The memory modules 20 can each have a longitudinal axis. Optionally, the longitudinal axes are arranged parallel to each other standing.

Um in dem Innenbereich 12a ein Strömungsvolumen mit Hauptströmungswegen und diesen zugeordneten Hauptströmungsrichtungen auszubilden, ist es vorgesehen, dass die Speichermodule relativ zu dem sie beaufschlagenden Luftmassenstrom im wesentlichen hintereinander angeordnet sind.To be in the interior 12a a flow volume with main flow paths and these associated main flow directions form, it is provided that the memory modules are arranged relative to the air mass flow acting on them substantially one behind the other.

Wie in der Detaildarstellung der Draufsicht in 3 gezeigt ist, können die Speichermodule 20 beispielsweise in Reihen gegeneinander versetzt angeordnet sein, wobei sich durch die Versetzung der Reihen bevorzugte Hauptströmungswege und diesen zugeordnete Hauptströmungsrichtungen bilden. Es versteht sich, dass auch andere Anordnungen von Energiespeichermodulen als die in 3 dargestellte mit versetzten Reihen von der Erfindung umfasst werden.As in the detailed representation of the plan view in 3 shown, the memory modules 20 For example, be arranged in rows offset from each other, with formed by the displacement of the rows preferred main flow paths and these associated main flow directions. It is understood that other arrangements of energy storage modules than those in 3 illustrated with staggered rows of the invention.

Bei der Ausführungsform gemäß 1 bis 3 sind die Speichermodule mit ihrer Längsachse im wesentlichen senkrecht zu einer Fahrbahnfläche, auf der sich das Fahrzeug im Gebrauchszustand befindet, angeordnet. Die Erfindung umfasst jedoch auch andere Orientierungen der Längsachsen der Speichermodule.In the embodiment according to 1 to 3 The memory modules are arranged with its longitudinal axis substantially perpendicular to a road surface on which the vehicle is in use. However, the invention also encompasses other orientations of the longitudinal axes of the memory modules.

Die Speichermodule 20 sind in einem im wesentlichen rechteckigen Array angeordnet. Der Luftmassenstrom 17 wird durch den Luftzufuhrkanal 14 auf einen Seitenbereich der Energiespeichereinrichtung 12 gelenkt. In der Darstellung der 2 und 3 ist der von dem Luftmassenstrom 17 beaufschlagte Bereich des Arrays eine Längsseite. Andere Konfigurationen sind ebenfalls von der Erfindung umfasst.The memory modules 20 are arranged in a substantially rectangular array. The air mass flow 17 is through the air supply duct 14 on a side portion of the energy storage device 12 directed. In the presentation of the 2 and 3 is that of the air mass flow 17 acted upon area of the array one longitudinal side. Other configurations are also included in the invention.

Der Luftzufuhrkanal 14 weist einen Endbereich 14a auf, der einen Anschluss des Luftzufuhrkanals an den Innenbereich 12a der Energiespeichereinrichtung 12 erlaubt. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teilbereich des Innenbereichs 12a in einem Gehäuse 16 zur Führung des Luftmassenstroms angeordnet. Das Gehäuse 16 weist eine Austrittsöffnung mit einem Luftströmkanal 16a auf, durch den ein abströmender Luftmassenstrom 18 geführt wird, so dass im Bereich der Energiespeichereinrichtung 12 ein möglichst geringer Druckverlust auftritt. Vorzugsweise ist das Gehäuse 16 über die Anschlusseinrichtung mit dem Endbereich 14a des Luftzufuhrkanals 14 verbunden.The air supply channel 14 has an end area 14a on, connecting the air supply duct to the indoor area 12a the energy storage device 12 allowed. In a preferred embodiment of the invention is at least a portion of the interior 12a in a housing 16 arranged to guide the air mass flow. The housing 16 has an outlet opening with an air flow channel 16a through, by an outgoing air mass flow 18 is guided, so that in the field of energy storage device 12 the lowest possible pressure loss occurs. Preferably, the housing 16 via the connection device with the end region 14a of the air supply channel 14 connected.

Zur Lenkung des Luftmassenstroms 17 im Innenbereich können Luftleitbleche vorgesehen sein, die die Hauptströmungswege 21b festlegen.For steering the air mass flow 17 inside baffles may be provided, which are the main flow paths 21b establish.

Die Hauptrichtungen 21b der bevorzugten Strömungswege zwischen den Speichermodulen 20 weichen nicht mehr als ±60 Grad, vorzugsweise nicht mehr als ±30 Grad, besonders bevorzugt nicht mehr als ±20 Grad von der Hauptzustromrichtung 21a der aus dem Endbereich 14a des Luftkanals 14 austretenden Luftmasse ab.The main directions 21b the preferred flow paths between the memory modules 20 not more than ± 60 degrees, preferably not more than ± 30 degrees, more preferably not more than ± 20 degrees from the main inflow direction 21a the one from the end area 14a of the air duct 14 exiting air mass.

Der Innenbereich 12a der Energiespeichereinrichtung 12 kann durch den Luftabströmkanal 16a mit einem Unterdruckgebiet zur Erzeugung einer Sogwirkung verbunden sein, womit die Wärmeabfuhr durch den kühlenden Luftmassenstrom 17 sogar noch unterstützt werden kann.The interior 12a the energy storage device 12 can through the air outlet 16a be connected to a negative pressure area for generating a suction effect, whereby the heat dissipation by the cooling air mass flow 17 even can be supported.

Im Bereich des Luftzufuhrkanals 14 und/oder ggf. des Luftabströmkanals 16a kann eine Klappe zur Steuerung des Luftmassenstroms angeordnet sein, um den Luftmassenstrom 17 und damit die Wärmeabfuhr bedarfsgerecht zu steuern.In the area of the air supply channel 14 and / or possibly the Luftabströmkanals 16a For example, a flap may be arranged to control the mass air flow to the air mass flow 17 and thus to control the heat dissipation as needed.

Da Doppelschichtkondensatoren typischerweise bei etwa 50 Grad C minimale Werte eines elektrischen Widerstands (ESR) aufweisen, die jedoch bei höheren, insbesondere aber auch bei niedrigeren Temperaturen ansteigen, bietet sich bei einer steuerbaren bzw. schaltbaren Klappe die Möglichkeit, bei niedrigen Außentemperaturen ein im Hinblick auf den Innenwiderstand und unter Berücksichtigung des Alterungseffektes optimales Temperaturniveau der Energiespeichereinrichtung 12 einzustellen. Insbesondere kann zum Beispiel nach einer Kaltabfahrt durch Schließen der Klappe in Folge der mit einer hohen Zyklisierung verbundenen erhöhten Wärmeproduktion in der Energiespeichereinrichtung 12 relativ schnell ein wirkungsgradoptimaler Betrieb der Energiespeichereinrichtung 12 erreicht werden. Auf diese Weise einzustellende Zieltemperaturbereiche liegen unter Berücksichtigung des oben erwähnten Alterungseffektes in einem Bereich der Betriebstemperatur der Energiespeichereinrichtung 12 zwischen 10 und 40 Grad C, bevorzugt 15 bis 35 Grad C und besonders bevorzugt 20 bis 30 Grad C.Since double-layer capacitors typically have minimum values of electrical resistance (ESR) at about 50 degrees C, but increase at higher, but especially at lower temperatures, offers a controllable or switchable flap, the possibility at low outdoor temperatures with respect to the internal resistance and taking into account the aging effect optimal temperature level of the energy storage device 12 adjust. In particular, for example, after a cold run by closing the flap as a result of the associated with a high cyclization increased heat production in the energy storage device 12 relatively quickly an efficiency-optimized operation of the energy storage device 12 be achieved. To this Way to be set target temperature ranges are taking into account the above-mentioned aging effect in a range of operating temperature of the energy storage device 12 between 10 and 40 degrees C, preferably 15 to 35 degrees C and particularly preferably 20 to 30 degrees C.

Mit der beschriebenen Erfindung ist es möglich, eine durch den Luftwiderstand beim Fahrbetrieb eines Fahrzeugs ohnehin auftretende Verlustenergie zur Erzielung einer Kühlwirkung zu nutzen, wobei der Kraftstoffverbrauch nicht erhöht wird.With According to the invention described, it is possible to obtain an air resistance when driving a vehicle anyway occurring energy loss to Achieving a cooling effect to use, whereby the fuel consumption is not increased.

1010
Fahrzeugvehicle
1111
Frontendfrontend
1212
EnergiespeichereinrichtungEnergy storage device
12a12a
Innenbereichinterior
1313
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1414
LuftzufuhrkanalAir supply duct
14a14a
Endbereich des Luftzufuhrkanalsend of the air supply channel
1515
Elektromaschineelectric machine
1616
Gehäusecasing
16a16a
LuftabströmkanalLuftabströmkanal
1717
LuftmassenstromAir mass flow
1818
Abströmrichtungoutflow
1919
Einlassöffnunginlet port
2020
Speichermodulmemory module
21a21a
HauptzustromrichtungMain flow direction
21b21b
HauptströmungsrichtungMain flow direction

Claims (13)

Kraftfahrzeug mit einer kühlbaren elektrischen Energiespeichereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung einen Innenbereich aufweist und dass ein Zuführluftkanal mit einer Einlassöffnung in einem Bereich des Fahrzeug-Frontends vorgesehen ist, durch den ein von dem Fahrbetrieb des Fahrzeugs erzeugter Luftmassenstrom dem Innenbereich der Energiespeichereinrichtung zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellt werden kann.Motor vehicle with a coolable electrical energy storage device, characterized in that the energy storage device has an inner region and that a Zuführluftkanal is provided with an inlet opening in a region of the vehicle front end through which a generated by the driving operation of the vehicle air mass flow to the inner region of the energy storage device for heat dissipation Can be made available. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich ein Strömungsvolumen mit Hauptströmungswegen und diesen zugeordneten Hauptströmungsrichtungen aufweist und dass ein Hauptanteil des zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellten Luftmassenstroms in einer Hauptzustromrichtung den Innenbereich beaufschlagt, wobei die Winkelabweichung zwischen der Hauptzustromrichtung und den Hauptströmungsrichtungen in einem Bereich zwischen +60 Grad und –60 Grad, vorzugsweise zwischen +45 Grad und –45 Grad, liegt.Motor vehicle according to claim 1, characterized in that that the interior area has a flow volume with main flow paths and these associated main flow directions and that a major portion of the heat removal provided Air mass flow in a main inflow the indoor area applied, wherein the angular deviation between the main inflow direction and the main flow directions in a range between +60 degrees and -60 degrees, preferably between +45 degrees and -45 Degree, lies. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung zumindest zwei Speichermodule beinhaltet und zumindest ein Teil des Strömungsvolumens von dem Raum zwischen den Speichermodulen gebildet wird.Motor vehicle according to claim 1 or 2, characterized that the energy storage device at least two memory modules includes and at least a portion of the flow volume from the room is formed between the memory modules. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung eine Mehrzahl von in einem Array, vorzugsweise in Reihen oder Kreisen, angeordneten Speichermodulen beinhaltet.Motor vehicle according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the energy storage device a Plurality of in an array, preferably in rows or circles, arranged memory modules includes. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermodule eine säulenartig ausgebildete Formgebung aufweisen.Motor vehicle according to at least one of claims 3 or 4, characterized in that the memory modules a columnar have trained shape. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermodule, insbesondere mit säulenartig ausgebildeter Formgebung, jeweils eine Längsachse aufweisen und mit ihren Längsachsen parallel zueinander stehen.Motor vehicle according to claim 5, characterized in that that the memory modules, in particular with a columnar design, each a longitudinal axis have and with their longitudinal axes parallel to each other. Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen parallel, senkrecht oder in einem zwischen 0 und 90 Grad liegenden Winkel zu einer Fahrbahnfläche, auf der sich das Fahrzeug im Gebrauchszustand befindet, angeordnet sind.Motor vehicle according to claim 6, characterized in that that the longitudinal axes parallel, perpendicular or in a range between 0 and 90 degrees Angle to a road surface, on which the vehicle is in use, arranged are. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich des Innenbereichs in einem Gehäuse zur Führung des Luftmassenstroms angeordnet ist, wobei dieses Gehäuse vorzugsweise eine Anschlusseinrichtung an den Luftzufuhrkanal aufweist.Motor vehicle according to at least one of the preceding Claims, characterized in that at least a portion of the interior in a housing to the leadership the air mass flow is arranged, said housing preferably a Having connecting device to the air supply channel. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich der Energiespeichereinrichtung durch einen Luftabströmkanal mit einem Unterdruckgebiet zur Erzeugung einer Sogwirkung verbunden ist.Motor vehicle according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the interior of the energy storage device through an air outlet channel connected to a negative pressure area for generating a suction effect is. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdruckgebiet in einem Bereich des Fahrzeugunterbodens angeordnet ist.Motor vehicle according to claim 9, characterized in that that the negative pressure area in an area of the vehicle underbody is arranged. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftzufuhr- und/oder ggf. Luftabströmkanal eine Klappe zur Steuerung des Luftmassenstroms vorgesehen ist.Motor vehicle according to at least one of the preceding Claims, characterized in that in the air supply and / or possibly air outlet a Flap is provided for controlling the air mass flow. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und zumindest einer Elektromaschine, jeweils zur Abgabe eines Drehmoments zum Betrieb des Fahrzeugs, ist.Motor vehicle according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the vehicle is a hybrid vehicle an internal combustion engine and at least one electric machine, respectively for delivering a torque for operating the vehicle. Kraftfahrzeug nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung eine Kondensator-, vorzugsweise eine Doppelschichtkondensatoreinrichtung und/oder eine Batterieeinrichtung ist.Motor vehicle according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the energy storage device a Capacitor, preferably a double-layer capacitor device and / or a battery device.
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