DE102011079699A1

DE102011079699A1 - Strukturelle Batteriekanalanordnung

Info

Publication number: DE102011079699A1
Application number: DE102011079699A
Authority: DE
Inventors: Marc Lucas
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2012-02-02
Also published as: US20110139526A1; CN102398503B; US8276696B2; CN102398503A

Abstract

Ein Fahrzeug enthält einen Innenraum, einen Kofferraumbereich und einen Sitzbereich, der bezüglich des Kofferraumbereichs vorne im Fahrzeug positioniert ist, und eine Hochspannungstraktionsbatterie, die im Kofferraumbereich untergebracht ist. Ein Elektromotor wird durch die Traktionsbatterie angetrieben. Ein Gebläsesystem enthält eine Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung zum Empfang von Luft und zur Zuführung von Luft zu der Hochspannungstraktionsbatterie, einen Auslasskanal zum Leiten von Abluft von der Hochspannungstraktionsbatterie und einen Lüfter. Die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal bildet/bilden eine Querverstrebung für das Fahrzeug. Die Querverstrebung ist im Kofferraumbereich positioniert und erstreckt sich zwischen einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs, um als Strukturelement zu fungieren und so Struktur bereitzustellen und die Hochspannungstraktionsbatterie zu schützen.

Description

HINTERGRUND
1. Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Hochspannungstraktionsbatterie, die im Kofferraum untergebracht ist, wie zum Beispiel ein batterie-elektrisches Fahrzeug oder ein Hybridelektrofahrzeug.
2. Stand der Technik
Bei einem batterie-elektrischen Fahrzeug kann das Fahrzeug an eine Stromversorgung angeschlossen werden, um die Hochspannungstraktionsbatterie zu laden. Das Fahrzeug enthält ein Ladegerät zum Umwandeln von Haushalts- oder Industriestromversorgungswechselstrom (AC) in einen Hochspannungsgleichstrom (HV-DC), um die Hochspannungsbatterie zu laden.
In einem Beispiel eines existierenden Hybridelektrofahrzeugs enthält ein Hybridelektrofahrzeugantriebsstrang eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC – vehicle system controller), einen Verbrennungsmotor, eine Traktionsbatterie und ein Getriebe mit einem Motor-Generator-Teilsystem. Diese Komponenten bilden einen Antriebsstrang mit Leistungsaufteilung, und die VSC kann die Komponenten in einem Versuch zur Maximierung von Kraftstoffökonomie steuern. Bei einem Plug-In-Hybridelektrofahrzeug kann das Fahrzeug an eine elektrische Stromversorgung angeschlossen werden, um die Hochspannungstraktionsbatterie zu laden. Ähnlich wie bei einem batterie-elektrischen Fahrzeug enthält das Plug-In-Hybridelektrofahrzeug ein Ladegerät, um Haushalts- oder Industriestromversorgungswechselstrom (AC) in Hochspannungsgleichstrom (HV-DC) umzuwandeln, um die Hochspannungsbatterie zu laden.
Hybrid- und/oder batterie-elektrische Antriebsstränge sind oftmals die schwersten Varianten auf einer Fahrzeugplattform. Elektrische Fahrzeuge können zusätzliche strukturelle Aufrüstungen haben, wie zum Beispiel Fahrzeugquerträger und/oder Fußboden-zu-Stoßdämpferdomhalterungen. Diese zusätzlichen Komponenten sind schwer unterzubringen, ohne Ladevolumen und Innen-Packungsziele zu beeinträchtigen.
Hintergrundinformationen sind in US 2008/0196957 A1 , JP 2009-035094 , JP 2007-203912 A2 und US 6547020 zu finden.
KURZE DARSTELLUNG
Eine Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Aufrüstung bestehender Hardware/Komponenten zur Bereitstellung der zusätzlichen Strukturfunktion, die die Installation von komplexen und teuren Teilen im Fahrzeug verhindern und eine bessere Unterbringung der Ladung für den Kunden realisieren kann.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug eine Hochspannungstraktionsbatterie und einen durch die Traktionsbatterie angetriebenen Elektromotor. Ein Gebläsesystem enthält eine Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung zum Empfang von Luft und zur Zuführung von Luft zu der Hochspannungstraktionsbatterie, einen Auslasskanal zum Leiten von Abluft von der Hochspannungstraktionsbatterie und einen Lüfter. Die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal ist/sind als Strukturelement konfiguriert, um Struktur bereitzustellen und die Hochspannungstraktionsbatterie zu schützen.
Insbesondere können Ausführungsformen der Erfindung ein oder mehrere zusätzliche vorgesehene Merkmale aufweisen. Zum Beispiel kann die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung aus einem Paar Einlasskanälen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs positioniert sind, und einer sich zwischen den Einlasskanälen erstreckenden Einlasskammer bestehen. Die Einlasskammer kann mehrere Öffnungen enthalten, um den Hochspannungstraktionsbatteriezellen Luft zuzuführen.
Die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal können aus Stahl hergestellt und dazu konfiguriert sein, eine Querverstrebung für das Fahrzeug bereitzustellen. Insbesondere enthält das Fahrzeug einen Boden und ein Paar Stoßdämpferdome auf einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs. Die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung kann an dem Paar Stoßdämpferdome und am Boden befestigt sein.
Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug einen Innenraum, einen Kofferraumbereich und einen Sitzbereich, der bezüglich des Kofferraumbereichs vorne im Fahrzeug positioniert ist. Eine Hochspannungstraktionsbatterie ist im Kofferraumbereich untergebracht. Ein Elektromotor wird durch die Traktionsbatterie angetrieben.
Ein Gebläsesystem enthält eine Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung zum Empfang von Luft und zur Zuführung von Luft zu der Hochspannungstraktionsbatterie, einen Auslasskanal zum Leiten von Abluft von der Hochspannungstraktionsbatterie und einen Lüfter. Die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal bildet/bilden eine Querverstrebung für das Fahrzeug. Die Querverstrebung ist im Kofferraumbereich positioniert und erstreckt sich zwischen einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs, um als Strukturelement zu fungieren und so Struktur bereitzustellen und die Hochspannungstraktionsbatterie zu schützen.
Bei noch einer anderen Ausführungsform umfasst ein Fahrzeug eine Hochspannungstraktionsbatterie und ein Gebläsesystem. Das Gebläsesystem enthält eine Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung zum Empfang von Luft und zur Zuführung von Luft zu der Hochspannungstraktionsbatterie, einen Auslasskanal zum Leiten von Abluft von der Hochspannungstraktionsbatterie und einen Lüfter. Die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal bildet/bilden eine Querverstrebung für das Fahrzeug.
Es versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung viele Vorteile bereitstellen. Zum Beispiel werden bei einigen Ausführungsformen die Batterieeinlasskanäle und die Einlasskammer als Strukturelemente verwendet. Es versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung auf luftgekühlte Batterien angewendet werden; Fahrzeuge können zum Beispiel hybrid, plug-in oder batterie-elektrisch sein. Es sind viele Variationen möglich. Zum Beispiel bildet/bilden die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal eine Querverstrebung für das Fahrzeug und/oder ist/sind als Strukturelement konfiguriert, um Struktur bereitzustellen und die Innenteile der Batterie zu schützen. Das Strukturelement kann zum Beispiel auch aus Stahl, Aluminium, Kohlefaser oder aus irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung einer batterie-elektrischen Fahrzeugsystemkonfiguration, die bei einer Ausführungsform der Erfindung eine strukturelle Batteriekanalanordnung enthält;
2 zeigt eine strukturelle Batterieeinlass- und/oder -auslasskanalanordnung bei einer Ausführungsform der Erfindung;
3 zeigt einen Querschnitt der strukturellen Batterieeinlass- und/oder -auslasskanalanordnung von 2; und
4 zeigt eine strukturelle Batterieeinlasskanalanordnung bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Wie erforderlich, werden hier detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart; es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung sind, die in unterschiedlichen und alternativen Formen ausgestaltet werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale können übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hier offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um einem Fachmann den unterschiedlichen Einsatz der vorliegenden Erfindung zu lehren.
Die Erfindung umfasst Modifizieren der Ausführung der Hybridbatterieeinlass- und/oder -auslasskanäle und -einlass-/-auslasskammer, die herkömmlicherweise aus Kunststoff hergestellt werden, um die Struktur einer Querverstrebung/Stützhalterung bereitzustellen. Solch ein Kanal/eine Kammer könnten aus Stahl hergestellt werden und an den beiden Stoßdämpferdömen und am Boden befestigt werden. Für eine Fahrzeugquerverstrebung steht aufgrund der großen Querschnittsfläche der Kanäle wenig Packungsraum zur Verfügung – dieses Konzept verwendet bestehende Hardware (Kanäle und Kammer) zur Bereitstellung der Struktur, was zu einer besseren Unterbringung für den Insassen und weniger herzustellenden Komponenten führt.
Vorteilhafterweise können weniger Teile ein effizienteres Packaging bereitstellen. Weiterhin führen einige der vorgesehenen Anordnungen zu einer besseren Ladungsunterbringung für den Kunden.
Des Weiteren versteht sich, dass Ausführungsform der Erfindung in einem beliebigen Fahrzeug eingesetzt werden können, das eine im Kofferraum untergebrachte Hochspannungstraktionsbatterie enthält, zum Beispiel in einem batterie-elektrischen Fahrzeug oder einem Hybridelektrofahrzeug.
Eine schematische Darstellung eines batterie-elektrischen Fahrzeugsystems wird in 1 gezeigt. Das Fahrzeug enthält einen Innenraum 10, eine Hochspannungstraktionsbatterie 12 und einen Elektromotor 14. Die Batterie 12 ist durch einen Hochspannungsbus 16 mit dem Elektromotor 14 verbunden. Bei einer möglichen Anordnung wandelt ein mit der Batterie 12 verbundener Wechselrichter DC in AC um, und der Elektromotor 14 ist mit einem Hochspannungs-AC-Bus verbunden. Der Elektromotor 14 treibt die Ausgangswelle 18 an, die durch einen Differenzial- und Achsmechanismus 20 mit den Rädern 22 antriebsverbunden ist. Der Elektromotor 14 kann auf verschiedenste Weise betrieben werden, wie für den Fachmann auf der Hand liegt. Im Allgemeinen berechnet eine Fahrzeugsystemsteuerung (VSC) (nicht gezeigt) die erforderliche Motorleistung und steuert den Elektromotor 14 auf angemessene Weise.
Ein Ladegerät 30 ist mit der Batterie 12 verbunden und wandelt Wechselstrom (AC) in Hochspannungsgleichstrom (DC) um, um die Batterie 12 zu laden, wenn das Ladegerät 30 in eine Stromversorgung mit Wechselstrom (AC) eingesteckt ist, bei der es sich um eine standardmäßige Haushalts- oder Industriestromversorgung handeln kann.
Weiterhin enthält das Fahrzeug ein Gebläsesystem, das einen Einlasskanal 40 enthält, der Luft empfängt und der Hochspannungstraktionsbatterie 12 Luft zuführt, und einen Auslasskanal 42, der Abluft von der Hochspannungstraktionsbatterie 12 leitet. Ein Lüfter 44 treibt die Luft an. Bei dieser Ausführungsform ist der Einlasskanal 40 als ein Strukturelement konfiguriert, um Struktur bereitzustellen und die Hochspannungstraktionsbatterie zu schützen. Es versteht sich, dass Ausführungsformen der Erfindung mit strukturellen Einlass- und/oder Auslasskanal/-kammerkomponenten konfiguriert sein können.
Die Strukturbatterieeinlass- und/oder -auslasskanalanordnung wird in 2 weiter dargestellt. Wie gezeigt, ist die Traktionsbatterie 12 im Kofferraumbereich untergebracht, und ein Sitzbereich, der sich bezüglich des Kofferraumbereichs vorne im Fahrzeug befindet, enthält einen Sitz 50. Der bzw. die strukturelle Einlasskanal 40/Einlasskammer 48 bildet eine Anordnung zum Empfang von Luft und zur Zuführung von Luft zu der Traktionsbatterie 12. Die Einlasskanal-40-/Einlasskammer-48-Anordnung bildet eine Querverstrebung für das Fahrzeug, die sich im Kofferraumbereich befindet und sich zwischen einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs erstreckt.
Insbesondere ist der strukturelle Einlasskanal 40 am Halter 52 am Fahrzeugaufbau befestigt und ist durch Montagefüße 54 am Fahrzeugboden angebracht. Der bzw. die strukturelle Auslasskanal/-kammer wird bei 42 gezeigt und ist durch Montagefüße 56 am Boden befestigt, während eine Auslasskanalverlängerung aus Kunststoff bei 46 gezeigt wird. Weiterhin wird in 2 der Radkasten 60 gezeigt.
Auf 3 Bezug nehmend, wird ein Querschnitt der strukturellen Batteriekanalanordnung von 2 gezeigt. Die Einlasskanal-40-/Einlasskammer-48-Anordnung empfängt Luft aus dem Innenraum 10, führt die Luft der Traktionsbatterie 12 zu und die Luft wird durch den/die Auslasskanal/-kammer 42 mit dem durch den Lüfter 44 angetriebenen Luftstrom abgelassen.
Bei der in den 2 und 3 gezeigten Implementierung ist/sind die/der herkömmlicherweise aus Kunststoff hergestellte(n) Batterieeinlasskanäle und -kammer und -auslasskanal/-kammer zur Bereitstellung der Struktur einer Querverstrebung/Stützhalterung vorteilhafterweise modifiziert. Die Strukturkomponenten können aus Stahl hergestellt sein und an den beiden Stoßdämpferddome und am Boden befestigt sein. Wie gezeigt, ist ein Paar Einlasskanäle vorgesehen, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs positioniert sind, wobei sich die Einlasskammer 48 zwischen den Einlasskanälen 40 erstreckt.
Eine strukturelle Batteriekanalanordnung bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird in 4 dargestellt. Wie gezeigt, wird der Innenraum bei 10 dargestellt und der den Sitz 50 enthaltende Sitzbereich ist vor dem Kofferraumbereich, in dem die Traktionsbatterie untergebracht ist, positioniert. Die strukturelle Einlasskanal-40-/Einlasskammer-48-Anordnung bildet eine Querverstrebung für das Fahrzeug, die sich im Kofferraumbereich befindet und sich zwischen einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs erstreckt, um als Strukturelement zu dienen. Die Einlasskammer 48 enthält mehrere Öffnungen 66 zur Zuführung von Luft zu der Hochspannungstraktionsbatterie 12. Weiterhin werden bei der Ausführungsform von 4 ein Ablagefachträger 62 und eine Kunststoffkanalverlängerung 64 gezeigt.
Obgleich oben beispielhafte Ausführungsformen beschrieben werden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung beschreiben. Stattdessen dienen die in der Beschreibung verwendeten Ausdrücke eher der Beschreibung als der Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt werden können, ohne vom Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Darüber hinaus können die Merkmale der verschiedenen Implementierungsausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2008/0196957 A1 [0005]
JP 2009-035094 [0005]
JP 2007-203912 A2 [0005]
US 6547020 [0005]

Claims

Fahrzeug, das Folgendes umfasst: eine Hochspannungstraktionsbatterie; einen durch die Traktionsbatterie angetriebenen Elektromotor; ein Gebläsesystem, das eine Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung zum Empfang von Luft und zur Zuführung von Luft zu der Hochspannungstraktionsbatterie, einen Auslasskanal zum Leiten von Abluft von der Hochspannungstraktionsbatterie und einen Lüfter enthält; und wobei die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal als Strukturelement konfiguriert ist/sind, um Struktur bereitzustellen und die Hochspannungstraktionsbatterie zu schützen.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung Folgendes umfasst: ein Paar Einlasskanäle, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs positioniert sind; und eine sich zwischen den Einlasskanälen erstreckende Einlasskammer.
Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Einlasskammer mehrere Öffnungen zur Zuführung von Luft zu der Hochspannungstraktionsbatterie enthält.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal aus Stahl hergestellt ist/sind.
Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal dazu konfiguriert sind, eine Querverstrebung für das Fahrzeug bereitzustellen.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei das Fahrzeug einen Boden und ein Paar Stoßdämpferdome auf einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs enthält, und wobei die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung an dem Paar Stoßdämpferdomen befestigt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 6, wobei die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung am Boden befestigt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung Folgendes umfasst: ein Paar Einlasskanäle, die auf einander gegenüberliegenden Seiten des Fahrzeugs positioniert sind; und eine sich zwischen den Einlasskanälen erstreckende Einlasskammer.
Fahrzeug nach Anspruch 5, wobei die Einlasskanal-/Einlasskammeranordnung und/oder der Auslasskanal aus Stahl hergestellt ist/sind.