DE102008061757A1

DE102008061757A1 - Modulanordnung für ein Fahrzeug und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102008061757A1
Application number: DE102008061757A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl.-Ing. Schirle
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Modulanordnung (12) für ein Fahrzeug (14), mit wenigstens einem Aufnahmeraum, in welchem aus einer Mehrzahl von Modulen wenigstens ein Modul (52, 62) aufnehmbar ist, mittels welchem ein von der Modulanordnung (12) verschiedener Antriebsstrang (50) des Fahrzeugs (14) mit Energie beaufschlagbar ist, und mit einer Tragstruktur (24), an welcher das wenigstens eine Modul (52, 62) lösbar festlegbar ist. Das wenigstens eine Modul (52, 62) ist hierbei aus einer Mehrzahl von in ihrer Funktion unterschiedlichen Modulen auswählbar, in dem wenigstens einen Aufnahmeraum aufnehmbar und an der Tragstruktur (24) lösbar festlegbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug (14) mit einer solchen Modulanordnung (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Modulanordnung für ein Fahrzeug, mit wenigstens einem Aufnahmeraum, in welchem aus einer Mehrzahl von Modulen wenigstens ein Modul aufnehmbar ist, mittels welchem ein von der Modulanordnung verschiedener Antriebsstrang des Fahrzeugs mit Energie beaufschlagbar ist, und mit einer Tragstruktur, an welcher das wenigstens eine Modul lösbar festlegbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Modulanordnung.
Eine solche Modulanordnung ist beispielsweise für ein Elektrofahrzeug bekannt, wobei Akkumulatoren in als Steckplätzen oder dergleichen ausgebildeten Aufnahmeräumen der Modulanordnung aufnehmbar sind. Ist der Akkumulator so weitgehend entladen, dass er dem Antriebsstrang des Fahrzeugs keine Energie mehr zur Verfügung stellen kann, ist er durch einen geladenen Akkumulator ersetzbar. Der Akkumulator als Beispiel für ein in die Modulanordnung einbringbares Modul ist hierbei an einer Tragstruktur lösbar festlegbar.
Des Weiteren beschreibt die DE 42 06 360 B4 ein zweiachsiges Kraftfahrzeug, bei welchen ein Aufnahmeraum für eine auswechselbare Antriebseinheit vorgesehen ist. Die Antriebseinheit umfasst hierbei ein elektrisches Antriebsaggregat und zur Versorgung des elektrischen Antriebsaggregats vorgesehene Batterien oder wahlweise eine Verbrennungskraftmaschine und einen Kraftstofftank. Des Weiteren umfasst die Antriebseinheit eine der zwei Achsen des Kraftfahrzeugs. Hier wird also der Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs zusammen mit der auswechselbaren Antriebseinheit ausgewechselt.
Als nachteilig bei aus dem Stand der Technik bekannten Modulanordnungen ist der Umstand anzusehen, dass sie lediglich eine geringe Flexibilität aufweisen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Modulanordnung für ein Fahrzeug bzw. ein Fahrzeug der eingangs genannten Art mit einer vergrößerten Flexibilität zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch eine Modulanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird diese Aufgabe durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Modulanordnung für ein Fahrzeug weist wenigstens einen Aufnahmeraum auf, in welchem aus einer Mehrzahl von Modulen wenigstens ein Modul aufnehmbar ist. Mittels des Moduls ist ein von der Modulanordnung verschiedener Antriebsstrang des Fahrzeugs mit Energie beaufschlagbar. Des Weiteren umfasst die Modulanordnung eine Tragstruktur, an welcher das wenigstes eine Modul lösbar festlegbar ist. Hierbei ist das wenigstens eine Modul aus einer Mehrzahl von in ihrer Funktion unterschiedlichen Modulen auswahlbar, in dem wenigstens einen Aufnahmeraum aufnehmbar und an der Tragstruktur lösbar festlegbar. Es kann so zum Beaufschlagen des Antriebsstrangs des Fahrzeugs mit Energie dasjenige Modul ausgewählt und in die Modulanordnung eingebracht werden, welches auf gesetzliche Vorschriften, Energiepreise und/oder Nutzungsanforderungen eines Fahrzeugsnutzers abgestimmt ist. So kann je nach Emissionsanforderung und/oder Steuergesetzgebung sowie gewünschter Reichweite, welche mit dem Fahrzeug zu bewältigen sein soll, die Modulanordnung mit dem jeweils geeigneten Modul bestückt werden.
Somit sind unterschiedliche Nutzungsprofile von Fahrzeugnutzern situationsbezogen bedienbar. Insbesondere kann dadurch auf Änderungen von städte- oder länderspezifischen Gesetzen rasch reagiert werden. Des Weiteren ist ein Wertverlust des Fahrzeugs, dessen Modulanordnung mit einem nicht mehr konformen Modul bestückt ist, vermeidbar, da das Modul gegen ein konformes Modul austauschbar ist.
Durch das Auslegen des wenigstens einen Aufnahmeraums für in ihrer Funktion unterschiedliche Module ist des Weiteren eine Senkung von Kosten erreichbar. Darüber hinaus ist so eine besonders rasche Verbreitung und Akzeptanz inbesondere technologisch neuer Module erreichbar. Auch Weiterentwicklungen von Modulen stehen dem Fahrzeugnutzer rasch zur Verfügung.
Des Weiteren ist es so ermöglicht, ein sich gerade nicht in der Modulanordnung befindendes Modul einer Überholung und/oder einem Recycling zuzuführen und so für eine erneute Verwendung bereitzuhalten. Es ist so eine Modulanordnung mit einer besonders großen Flexibilität geschaffen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem wenigstens einen Aufnahmeraum wahlweise wenigstens ein Energiespeicher einer ersten oder einer zweiten Funktion oder wenigstens ein Energiewandler aufnehmbar. Der Energiewandler kann den Antriebsstrang des Fahrzeugs mit Bewegungsenergie beaufschlagen, während der Energiespeicher Energie bereitstellen kann, welche in einem fahrzeugeigenen Antriebsaggregat in Bewegungsenergie, etwa zum Antreiben von Rädern des Fahrzeugs, umsetzbar ist. So kann durch Einbringen von Energiespeichern, etwa von Akkumulatoren oder Batterien, in die Modulanordnung ein besonders großes Energiespeichervolumen bereitgestellt werden. Alternativ kann, etwa wenn das mit der Modulanordnung versehene Fahrzeug besonders große Reichweiten zurücklegen können soll, ein ansonsten von einem Energiespeicher beanspruchtes Volumen des Aufnahmeraums durch den Energiewandler, beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine oder eine Brennstoffzelle, belegt sein.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn in dem wenigstens einen Aufnahmeraum wenigstens ein Energiespeicher und ein Energiewandler aufnehmbar sind. Der so bestückte Aufnahmeraum ist dann für eine autarke, zum Antreiben des Fahrzeugs geeignete Einheit nutzbar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in dem wenigstens einen Aufnahmeraum wenigstens ein Modul mit einem ersten Modulvolumen oder wenigstens ein Modul mit einem zweiten Modulvolumen aufnehmbar, wobei das zweite Modulvolumen bei gleiche Abmessungen aufweisender Grundfläche des Moduls ein ganzzahliges Vielfaches des ersten Modulvolumens beträgt. Somit verfügt die Modulanordnung über ein einheitliches Abmessungsraster, welches ein besonders kompaktes und flexibles Unterbringen von Modulen mit unterschiedlichen jeweiligen Modulvolumina ermöglicht.
Der, insbesondere mit rückgewonnener Energie beaufschlagbare, Energiespeicher kann eine Batterie und/oder einen Akkumulator und/oder ein Brennstoffbehältnis für eine Brennstoffzelle und/oder einen Kraftstofftank, insbesondere für flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff, und/oder ein Druckgasbehältnis und/oder einen Kondensator, insbesondere Doppelschichtkondensator, und/oder einen Hydrospeicher umfassen. Je nach Verfügbarkeit der jeweiligen Energieform und je nach Energiepreisen sowie in Abhängigkeit von, insbesondere gesetzlichen, Vorschriften können somit der oder die Energiespeicher in die Modulanordnung eingebracht werden, welche für den gewünschten Einsatz des Fahrzeugs vorteilhaft sind.
Der Energiewandler, welcher insbesondere mit dem Antriebsstrang koppelbar sein kann, kann eine Verbrennungskraftmaschine und/oder eine Brennstoffzelle und/oder einen Elektromotor und/oder einen Hydraulikmotor und/oder einen Druckgasmotor und/oder einen Generator umfassen. Es kann so der hinsichtlich gewünschter Reichweite des Fahrzeugs und/oder dem Fahrzeug zur Verfügung zu stellender Leistung und/oder einzuhaltender Emissionsgrenzwerte geeignete Energiewandler situationsbezogen und somit besonders flexibel zum Einsatz kommen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einer vergrößerten Flexibilität geschaffen, wenn dieses Fahrzeug eine erfindungsgemäße Modulanordnung aufweist, wobei der Antriebsstrang des Fahrzeugs wenigstens eine überbrückbare Energieübertragungseinheit aufweist.
Die überbrückbare Energieübertragungseinheit kann hierbei insbesondere ein Getriebe und/oder ein Antriebsaggregat umfassen. So kann beispielsweise der mit dem Getriebe gekoppelte Energiewandler für das Antreiben des Fahrzeugs sorgen, wobei der Energiewandler in dem Aufnahmeraum der Modulanordnung lösbar aufgenommen ist. Soll hingegen statt des Energiewandlers der Energiespeicher den Aufnahmeraum einnehmen, so kann das Getriebe überbrückt und das fahrzeugeigene Antriebsaggregat, etwa ein Elektromotor zum Antreiben eines Rads des Fahrzeugs, mit Energie des Energiespeichers beaufschlagt werden. Ist hingegen der Energiewandler mit dem Getriebe gekoppelt, so ist zur Wirkungsgraderhöhung ein Überbrücken, beispielsweise durch Entkoppeln, des fahrzeugeigenen Antriebsaggregats vorteilhaft.
Die für die erfindungsgemäße Modulanordnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Vorteile gelten auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug mit einer Modulanordnung.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu überlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische, schematisierte Ansicht auf eine Oberseite und auf eine Unterseite eines als Energiespeicher ausgebildeten Moduls, welches in eine Modulanordnung eines Fahrzeugs einbringbar ist;
2 Draufsichten und Seitenansichten von als Energiespeichern bzw. als Energiewandlern ausgebildeten Modulen für die Modulanordnung;
3 eine schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht eines Fahrzeugs, dessen Modulanordnung mit in ihrer Funktion unterschiedlichen Energiespeichern und Energiewandlern bestückt ist;
4 eine unterseitige Ansicht des Fahrzeugs gemäß 3;
5 das Fahrzeug gemäß 3 in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht, wobei die Modulanordnung ausschließlich mit Akkumulatoren bestückt ist;
6 eine unterseitige Ansicht des Fahrzeugs gemäß 5;
7 eine weitere schematische, teilweise geschnittene Seitenansicht des Fahrzeugs gemäß 3, wobei die Modulanordnung mit in ihrer Funktion unterschiedlichen Energiewandlern und Energiespeichern bestückt ist; und
8 eine Ansicht auf die Unterseite des Fahrzeugs gemäß 7.
1 zeigt schematisch einen Energiespeicher 10 als Beispiel für ein Modul, welches in eine in 3 gezeigte Modulanordnung 12 eines Fahrzeugs 14 einbringbar ist. Der Energiespeicher 10 ist vorliegend quaderförmig ausgebildet, wobei eine Grundfläche des Moduls eine Länge 16 von beispielsweise sechzig Zentimetern und eine Breite 18 von beispielsweise fünfundvierzig Zentimetern aufweist. Bei einer Höhe 20 von fünfzehn Zentimetern ergibt sich so ein Modulvolumen von rund vierzig Litern.
Das Modul weist drei Kopplungseinrichtungen 22 auf, mittels welchen es an einer in 3 gezeigten Tragstruktur 24 der Modulanordnung 12 festlegbar ist. Die Kopplungseinrichtungen 22, welche vorliegend in zwei Ecken des Moduls sowie auf der den zwei Ecken gegenüberliegenden Seite des Moduls mittig angeordnet sind, sind auch dazu geeignet, zwei Module aneinander lösbar festzulegen. Die Module sind somit über die Kopplungseinrichtungen 22 koppelbar und stapelbar. Die Kopplungseinrichtungen 22 können insbesondere als selbstzentrierende Schlösser ausgebildet sein. Diese Schlösser können mechanisch und/oder elektrisch verriegelbar bzw. entriegelbar ausgebildet sein. Insbesondere kann eine mechanische Verriegelung der Schlösser elektrisch entriegelbar sein.
Auf einer Unterseite des Moduls sind jeweils benachbart zu den drei Kopplungseinrichtungen 22 drei Kugelrollen 26 vorgesehen. Diese Kugelrollen 26 dienen einerseits als Bewegungshilfsmittel zum einfachen Bewegen des Moduls und andererseits als Positioniermittel beim Stapeln von Modulen aufeinander. Hierfür sind auf einer Oberseite des Moduls drei Ausnehmungen 28 vorgesehen, deren Beabstandung und räumliche Anordnung in Bezug auf das Modul der Beabstandung und räumlichen Anordnung der drei Kugelrollen 26 gleich ist. Beim Stapeln zweier Module aufeinander kann also das obere Modul mittels der Kugelrollen 26 so verschoben werden, bis die drei Kugelrollen 26 mit den drei korrespondierenden Ausnehmungen 28 in Eingriff gebracht sind.
Zwischen den beiden in den Ecken angeordneten Kopplungseinrichtungen 22 des Energiespeichers 10 ist ein Anschluss 30 vorgesehen, über welchen von dem Modul Energie und/oder ein Stoffstrom auf die Modulanordnung 12 übertragbar ist. Entsprechend weist die Modulanordnung 12 einen korrespondierenden Anschluss auf. Der Anschluss 30 stellt somit eine standardisierte Schnittstelle dar, mittels welcher in ihrer Funktion unterschiedliche Module mit der Modulanordnung 12 so koppelbar sind, dass ein Übertragen von Energie und/oder Stoffströmen auf die Modulanordnung über die Anschlüsse 30 ermöglicht ist.
2 zeigt in Draufsichten und Seitenansichten Beispiele von in ihrer Funktion unterschiedlichen Energiespeichern 10. Hierbei sind jedoch Abmessungen, Volumina, die Anordnung der Kopplungseinrichtungen 22 sowie des Anschlusses 30 für die unterschiedlichen Energiespeicher 10 gleich.
Das als Energiespeicher 10 ausgebildete Modul kann somit beispielsweise als Batterie bzw. Akkumulator 32, als Wasserstofftank 34, als Kraftstofftank 36 für flüssigen Kraftstoff, etwa Benzin oder Diesel, als Brenngastank 38, etwas zum Bevorraten von komprimiertem Gas (CNG, compressed natural gas), als Druckgasbehältnis 40, etwa zum Bevorraten von Druckluft, ausgebildet sein. Des Weiteren sind als Energiespeicher 10 im Gegensatz zu den vorstehend beispielhaft aufgeführten Langzeitspeichern auch Energiezwischenspeicher vorsehbar, welche als dynamische Puffer wirken können. Bei solchen dynamischen Puffern kann es sich insbesondere um einen Kondensator, beispielsweise einen Doppelschichtkondensator 42, welcher auch als Ultracap oder Ultrakondensator bezeichnet wird, oder einen Hydrospeicher 44 handeln. Der Energiespeicher 10 kann hierbei insbesondere zum Speichern von rückgewonnener Energie, welche beispielsweise beim Bremsen des Fahrzeugs 14 generierbar ist, ausgelegt sein.
2 zeigt des Weiteren in ihrer Funktion unterschiedliche Energiewandler 46, welche wahlweise in die Modulanordnung 12 des Fahrzeugs 14 einbringbar sind. Auch die Energiewandler 46 weisen die standardisierten, in Beabstandung und räumlicher Anordnung den Energiespeichern 10 analogen, Kopplungseinrichtungen 22, Kugelrollen 26 und Ausnehmungen 28 auf.
Eine erste Gruppe von Energiewandlern 46 weist jedoch vorliegend einen mechanischen Abtrieb 48 anstelle des Anschlusses 30 zum Übertragen von Energie und/oder Stoffströmen auf. Mittels des mechanischen Abtriebs 48 sind diese Energiewandler 46 mit einem Antriebsstrang 50 des Fahrzeugs 14 koppelbar (vgl. 4). Diese Energiewandler 46 können als Verbrennungskraftmaschine 52, als Druckgasmotor 54, als Elektromotor 56 oder als Hydraulikmotor 58 ausgebildet sein. Der Elektromotor 56 ist darüber hinaus als Generator zum Rückgewinnen von Energie, beispielsweise beim Bremsen des Fahrzeugs 14, nutzbar.
Eine zweite Gruppe von in ihrer Funktion unterschiedlichen Energiewandlern 46 kann eine Verbrennungskraftmaschine 60 umfassen, welche keinen mechanischen Abtrieb 48, sondern stattdessen den standardisierten Anschluss 30 aufweist. Mittels dieser Verbrennungskraftmaschine 60 kann, beispielsweise über eine Pumpeinrichtung, ein Hydraulikmedium mit Druck beaufschlagbar sein. Ergänzend oder alternativ kann mittels dieser Verbrennungskraftmaschine 60 über einen Generator elektrische Energie bereitstellbar sein. Das mit Druck beaufschlagte Hydraulikmedium und/oder die elektrische Energie ist dann über den Anschluss 30 auf die Modulanordnung 12 übertragbar und von dort einem Verbraucher und/oder einem Energiespeicher 10, etwa dem Hydrospeicher 44, dem Doppelschichtkondensator 42 oder dem Akkumulator 32, zuführbar.
Als Energiewandler 46 ist des Weiteren eine Brennstoffzelle 62 in die Modulanordnung 12 einbringbar. Üblicherweise handelt es sich bei der vorliegend schematisch gezeigten Brennstoffzelle 62 um einen Brennstoffzellenstapel mit den übrigen Einrichtungen zum Erzeugen von elektrischer Energie über die elektrochemische Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff. Auch die Brennstoffzelle 62 weist anstelle des mechanischen Abtriebs 48 den standardisierten Anschluss 30 auf.
Insbesondere die Verbrennungskraftmaschinen 52, 60 und die Brennstoffzelle 62 können, wie vorliegend schematisch gezeigt, Nebenaggregate 64 beispielsweise eine Kühleinrichtung und/oder eine Abgasbehandlungseinrichtung aufweisen.
Aus 2 geht des Weiteren hervor, dass die Energiewandler 46 eine Höhe 20 aufweisen, welche das Zweifache der Höhe 20 des Energiespeichers 10 beträgt. Für einen der Energiespeicher 10 ist dementsprechend nur halb so viel Bauraum vorzusehen wie für einen der Energiewandler 46
Mittels eines Energiespeichers 10 mit einem Volumen von rund vierzig Litern ist beispielsweise Kraftstoff für eine Reichweite des Fahrzeugs 14 von 500 km bereitstellbar ist. Alternativ können mittels des Energiespeichers 10 dieses Volumens zwei Kilogramm Wasserstoffgas mit einem Druck von 700 bar, oder, bei Ausbildung des Energiespeichers als Doppelschichtkatalysator 42, eine Leistung von 30 kW und ein Energiegehalt von 80 Wh bereitgestellt sein.
Als Energiewandler 46 kann eine ein Volumen von rund achtzig Litern aufweisende Verbrennungskraftmaschine 52, 60 mit einer Leistung von 80 kW oder eine Brennstoffzelle 62 mit einer Leistung von 80 kW dem gleichen Modulvolumen in der Modulanordnung 12 untergebracht sein. Ein Modulvolumen von 80 Litern kann auch zum Unterbringen von Batterien oder Akkumulatoren 32 genutzt werden, mittels welchen das Fahrzeug 14 bei einer Geschwindigkeit von 100 km/h eine Reichweite von 60 km hat.
Ergänzend oder alternativ zu diesen Modulvolumina können auch Module mit 120 Litern oder 160 Litern vorgesehen sein, beispielsweise wenn eine besonders große Reichweite des Fahrzeugs 14 gewünscht ist oder wenn andere, insbesondere größere als die vorliegend beispielhaft als Personenkraftwagen dargestellten Fahrzeuge 14 mit den Modulen ausgestattet werden sollen.
In vorliegend nicht näher gezeigter Art und Weise weisen die Module 10, 46 eine Kommunikationseinrichtung, beispielsweise einen Transponder, auf, mittels welcher die Funktion des Moduls 10, 46 und/oder eine Modulkennung und/oder ein Modulzustand kommunizierbar sind. So kann beispielsweise ein Füllzustand bzw. Ladezustand eines der Energiespeicher 10 mittels der Kommunikatonseinrichtung übermittelt werden. Über die Modulkennung sind die Module 10, 46 identifizierbar bzw. registrierbar. Beim Kommunizieren der Funktion, der Kennung oder des Zustands des Moduls 10, 46 kann insbesondere ein drahtloses Übertragungssystem, beispielsweise mittels WLAN, zum Einsatz kommen.
Ein Kommunikationsprotokoll zum Betrieb des Moduls ist hierbei bevorzugt ebenso standardisiert wie die Abmessungen, Kopplungseinrichtungen 22 und die mechanische Belastbarkeit der Module. Dadurch dass in ihrer Funktion unterschiedliche Module 10, 46 eine gleiche mechanische Belastbarkeit aufweisen, ist sicherstellbar, dass sich Crasheigenschaften des Fahrzeugs 14 nicht ändern, wenn in ihrer Funktion unterschiedliche Module 10, 46 in die Modulanordnung 12 eingebracht sind.
Das in 3 schematisch und teilweise geschnitten in einer Seitenansicht gezeigte Fahrzeug 14 weist die Modulanordnung 12 auf, durch welche im Frontbereich und im Heckbereich des Fahrzeugs 14 jeweils ein Aufnahmeraum 66 bereitgestellt ist. In dem frontseitigen Aufnahmeraum 66 ist die Verbrennungskraftmaschine 52 angeordnet, welche den mechanischen Abtrieb 48 aufweist. Über den mechanischen Abtrieb 48 ist die Verbrennungskraftmaschine 52 mit einem Getriebe 68 des Fahrzeugs 14 koppelbar. Werden folglich die Vorderräder 70 des Fahrzeugs 14 über den Antriebsstrang 50 angetrieben, so ist ein alternativ zum Antreiben des jeweiligen Vorderrads 70 vorgesehenes Antriebsaggregat, welches als Elektromotor 72 ausgebildet ist, überbrückbar. Jedoch kann zum Rückgewinnen von Energie beim Verlangsamen des Fahrzeugs 14 der Elektromotor 72 als Generator betrieben werden.
In dem heckseitigen Aufnahmeraum 66 ist vorliegend die Brennstoffzelle 62 angeordnet. Über den Anschluss 30 kann diese Brennstoffzelle 62 elektrische Energie auf die Modulanordnung 12 übertragen. Von der Modulanordnung 12 ist die elektrische Energie auf zwei einem jeweiligen Hinterrad 74 des Fahrzeugs 14 zugeordnete Elektromotoren 72 übertragbar. Mittels dieser Elektromotoren 72 sind somit die Hinterräder 74 antreibbar. In einem Unterbodenbereich, also unterhalb eines für Fahrzeuginsassen 76 vorgesehenen Fahrgastraums des Fahrzeugs 14, weist die Modulanordnung 12 weitere Aufnahmeräume 78 zum Aufnehmen von Energiespeichern 10 auf. Bei dem Fahrzeug 14 weist die Modulanordnung 12 im Unterbodenbereich vier solche Aufnahmeräume 78 auf, welche bezüglich einer Fahrzeuglängsachse symmetrisch angeordnet sind.
Auch die frontseitigen und heckseitigen Aufnahmeräume 66 sind im Unterbodenbereich des Fahrzeugs 14 angeordnet. Zum Einbringen der Module 10, 46 in die Modulanordnung 12 können diese über Hilfsvorrichtungen am Unterboden des Fahrzeugs 14 in eine Verriegelungsposition gebracht werden. Alternativ kann das Fahrzeug 14 abgesenkt werden, um die Module 10, 46 in die jeweiligen Aufnahmeräume 66, 78 einzubringen und dort mittels der Kopplungseinrichtungen 22 an der Tragstruktur 24 festzulegen.
An Energiespeichern 10 sind in der Ausführungsform der Modulanordnung 12 gemäß 3 und 4 der Kraftstofftank 36 und der Brenngastank 38 zum Versorgen der Verbrennungskraftmaschine 52 mit Brennstoff vorgesehen. Der Akkumulator 32 dient dem Speichern und Bereitstellen von elektrischer Energie, welche mittels der Brennstoffzelle 62 oder über die als Generatoren betreibbaren Elektromotoren 72 bereitstellbar ist. Der Wasserstofftank 34 in dem vierten der vier weiteren Aufnahmeräume 78 versorgt über den Anschluss 30 die Brennstoffzelle 62 mit Brennstoff in Form von Wasserstoffgas. Das Fahrzeug 14 gemäß 3 und 4 verfügt somit über in ihrer Funktion verschiedene Antriebsarten und in ihrer Funktion verschiedene Energiespeicher 10.
5 und 6 zeigen das Fahrzeug 14 mit einer alternativ bestückten Modulanordnung 12. Hierbei sind sowohl in den frontseitigen und heckseitigen Aufnahmeräumen 66 als auch in den vier im Bereich des Unterbodens angeordneten Aufnahmeräumen 78 der Modulanordnung 12 Akkumulatoren 32 bzw. Batterien aufgenommen. Somit weist die Modulanordnung 12 insgesamt acht als Akkumulatoren 32 bzw. Batterien ausgebildete Energiespeicher von jeweils vierzig Litern Volumen auf. Das Getriebe 68 des Fahrzeugs ist beim rein batterieelektrischen Betrieb des in 5 und 6 gezeigten Fahrzeugs 14 überbrückt und die Akkumulatoren 32 stellen über die jeweiligen Anschlüsse 30 die elektrische Energie für die Elektromotoren 72 zum Antreiben der Räder 70, 74 bereit. Beim Verlangsamen einer Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs 14 rückgewinnbare Energie ist über die dann als Generatoren wirkenden Elektromotoren 72 den Akkumulatoren 32 wieder zuführbar.
Beabsichtigt ein Fahrzeugnutzer, das Fahrzeug 14 nicht rein batterieelektrisch zu betreiben, sondern zum Erhöhen der Reichweite des Fahrzeugs 14 oder weil Emissionsvorschriften und/oder lokale Energiepreise dies als vorteilhaft erscheinen lassen, so kann er die Modulanordnung 12 so wie in 3 oder 7 gezeigt mit in ihrer Funktion unterschiedlichen Energiespeichern 10 und Energiewandlern 46 bestücken.
Bei dem in 7 und 8 gezeigten Fahrzeug 14 ist der frontseitige Aufnahmeraum 66 der Modulanordnung 12 von einem Hydraulikmotor 58 eingenommen. Der Hydraulikmotor 58 ist über den mechanischen Abtrieb 48 mit dem Getriebe 68 des Antriebsstrangs 50 des Fahrzeugs 14 gekoppelt. Zum Versorgen des Hydraulikmotors 58 sind im Unterbodenbereich des Fahrzeugs 14 zwei Hydrospeicher 44 in die Modulanordnung 12 eingebracht. Die Hydrospeicher 44 und der Hydraulikmotor 58 sind mit einem hydraulischen Medium beaufschlagbar, welches mittels einer Pumpe mit Druck beaufschlagt ist. Diese Pumpe ist mittels der im heckseitigen Aufnahmeraum 66 angeordneten Verbrennungskraftmaschine 60 antreibbar. Zum Versorgen der Verbrennungskraftmaschine 60 ist vorliegend in einem der Aufnahmeräume 78 ein, beispielsweise Benzin fassender, Kraftstofftank 36 angeordnet.
Mittels der im heckseitigen Aufnahmeraum 66 angeordneten Verbrennungskraftmaschine 60 ist des Weiteren elektrische Energie über einen mit der Verbrennungskraftmaschine 60 gekoppelten und in dem Modul integrierten Generator bereitstellbar. Diese elektrische Energie kann über die Modulanordnung 12 den Elektromotoren 72 zum Antreiben der Räder 70, 74 zugeführt werden kann.
Ergänzend oder alternativ kann die von der Verbrennungskraftmaschine 60 mit dem integrierten Generator bereitgestellte Energie in dem Akkumulator 32 gespeichert werden, welcher im Unterbodenbereich des Fahrzeugs 14 in die Modulanordnung 12 eingebracht ist. Beim Verlangsamen des Fahrzeugs 14 rückgewinnbare Energie ist in dem Akkumulator 32 speicherbar.
Sofern bei dem in 7 und 8 gezeigten Fahrzeug 14 sowohl der Hydraulikmotor 58 als auch die Verbrennungskraftmaschine 60 außer Betrieb genommen sind, ist das Fahrzeug 14 mittels des Akkumulators 32 rein batterieelektrisch antreibbar. Jedoch können der Hydraulikmotor 58 und/oder die Verbrennungskraftmaschine 60 im Bedarfsfall, etwa zur Steigerung der Reichweite des Fahrzeugs 14, zugeschaltet werden.
Um auch beim Betreiben der Verbrennungskraftmaschine 60 Emissionsgrenzwerte einzuhalten, ist das in 7 und 8 beispielhaft gezeigte Nebenaggregat 64 der Verbrennungskraftmaschine 60 als Abgasbehandlungseinrichtung ausgebildet.
Durch die standardisierte Modulanordnung 12 mit den wechselbaren Modulen 10, 46 können insbesondere Marktchancen für Akkumulatoren 32 und Batterien sowie deren Geschäftsmodelle verbessert und somit Gesamtkosten verringert sowie eine Verbreitung von batteriebetriebenen Fahrzeugen 14 verbessert werden.
Benötigt der Fahrzeuginsasse 76, beispielsweise für eine Urlaubsfahrt, ein Fahrzeug 14 mit einer größeren Reichweite, so kann in dem gleichen Fahrzeug 14 der für Akkumulatoren 32 nutzbare Aufnahmeraum 66 mit der Verbrennungskraftmaschine 52 oder mit der Brennstoffzelle 62 bestückt werden. Somit stehen für ein und dasselbe Fahrzeug 14 unterschiedliche Energiespeicher 10 und/oder Energiewandler 42 bereit.

10: Energiespeicher
12: Modulanordnung
14: Fahrzeug
16: Länge
18: Breite
20: Höhe
22: Kopplungseinrichtung
24: Tragstruktur
26: Kugelrolle
28: Ausnehmung
30: Anschluss
32: Akkumulator
34: Wasserstofftank
36: Kraftstofftank
38: Brenngastank
40: Druckgasbehältnis
42: Doppelschichtkondensator
44: Hydrospeicher
46: Energiewandler
48: Abtrieb
50: Antriebsstrang
52: Verbrennungskraftmaschine
54: Druckgasmotor
56: Elektromotor
58: Hydraulikmotor
60: Verbrennungskraftmaschine
62: Brennstoffzelle
64: Nebenaggregat
66: Aufnahmeraum
68: Getriebe
70: Vorderrad
72: Elektromotor
74: Hinterrad
76: Fahrzeuginsasse
78: Aufnahmeraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4206360 B4 [0003]

Claims

Modulanordnung für ein Fahrzeug (14), mit wenigstens einem Aufnahmeraum (66), in welchem aus einer Mehrzahl von Modulen (10, 46) wenigstens ein Modul (32, 52, 62) aufnehmbar ist, mittels welchem ein von der Modulanordnung (12) verschiedener Antriebsstrang (50) des Fahrzeugs (14) mit Energie beaufschlagbar ist, und mit einer Tragstruktur (24), an welcher das wenigstens eine Modul (32, 52, 62) lösbar festlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Modul (32, 52, 62) aus einer Mehrzahl von in ihrer Funktion unterschiedlichen Modulen (10, 46) auswahlbar, in dem wenigstens einen Aufnahmeraum (66) aufnehmbar und an der Tragstruktur (24) lösbar festlegbar ist.
Modulanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Aufnahmeraum (66) wahlweise wenigstens ein Energiespeicher (32) einer ersten oder zweiten Funktion oder wenigstens ein Energiewandler (46) aufnehmbar ist.
Modulanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Aufnahmeraum (66) wenigstens ein Energiespeicher (10) und wenigstens ein Energiewandler (46) aufnehmbar sind.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanordnung (12) wenigstens einen weiteren Aufnahmeraum (78) aufweist, in welchem ein weiteres Modul (32, 34, 36, 38, 44) aufnehmbar ist.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem wenigstens einen Aufnahmeraum (66) wenigstens ein Modul (10) mit einem ersten Modulvolumen oder wenigstens ein Modul (46) mit einem zweiten Modulvolumen aufnehmbar ist, wobei das zweite Modulvolumen bei gleiche Abmessungen aufweisender Grundfläche des Moduls (10, 46) ein ganzzahliges Vielfaches des ersten Modulvolumens beträgt.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanordnung (12) wenigstens ein Modul (10, 46) umfasst, wobei das wenigstens eine Modul (10, 46) eine Kopplungseinrichtung (22) aufweist, mittels welcher es an der Tragstruktur (24) und/oder an einem weiteren Modul (10, 46) lösbar festlegbar ist.
Modulanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (22) selbstzentrierend und/oder mechanisch und/oder elektrisch verriegelbar und/oder entriegelbar ausgebildet ist.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanordnung (12) wenigstens ein Modul (10, 46) umfasst, wobei das wenigstens eine Modul (10, 46) ein, insbesondere eine Kugelrolle (26) umfassendes, Positioniermittel und/oder Bewegungshilfsmittel aufweist.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanordnung (12) wenigstens ein Modul (10, 46) umfasst, wobei das wenigstens eine Modul (10, 46) eine Kommunikationseinrichtung aufweist, mittels welcher die Funktion des Moduls (10, 46) und/oder eine Modulkennung und/oder ein Modulzustand, insbesondere drahtlos, kommunizierbar sind.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der, insbesondere mit rückgewonnener Energie beaufschlagbare, Energiespeicher (10) eine Batterie und/oder einen Akkumulator (32) und/oder ein Brennstoffbehältnis (34) für eine Brennstoffzelle (62) und/oder einen Kraftstofftank (36, 38), insbesondere für flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff, und/oder ein Druckgasbehältnis (40) und/oder einen Kondensator, insbesondere Doppelschichtkondensator (42), und/oder einen Hydrospeicher (44) umfasst.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der, insbesondere mit dem Antriebsstrang (50) koppelbare, Energiewandler (46) eine Verbrennungskraftmaschine (52, 60) und/oder eine Brennstoffzelle (62) und/oder einen Elektromotor (56) und/oder einen Hydraulikmotor (58) und/oder einen Druckgasmotor (54) und/oder einen Generator umfasst.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanordnung (12) wenigstens einen Energiewandler (52, 60, 62) umfasst, welcher wenigstens ein Nebenaggregat (64), insbesondere eine Abgasbehandlungseinrichtung und/oder eine Kühleinrichtung, aufweist.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanordnung (12) wenigstens einen Anschluss aufweist, über welchen von dem wenigstens einen Modul (10, 46) Energie und/oder ein Stoffstrom auf die Modulanordnung (12) übertragbar ist.
Modulanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulanordnung (12) wenigstens ein Modul (10, 46) mit einer mechanischen Belastbarkeit umfasst, welche gleich einer mechanischen Belastbarkeit eines in seiner Funktion unterschiedlichen Moduls (10, 46) ist.
Fahrzeug mit einer Modulanordnung (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Antriebsstrang (50) des Fahrzeugs (14) wenigstens eine überbrückbare Energieübertragungseinheit (68, 72) aufweist.
Fahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinheit ein Getriebe (68) und/oder ein Antriebsaggregat (72) umfasst.