DE102014008480A1

DE102014008480A1 - Fahrzeug mit einem Energiespeicher

Info

Publication number: DE102014008480A1
Application number: DE102014008480.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Landgraf; Walter Schmidt
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-06-07
Filing date: 2014-06-07
Publication date: 2015-12-17
Also published as: US10150357B2; US20170120738A1; WO2015185184A1; CN106457991B; CN106457991A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug (52) mit mindestens einer Batterie (35) zur Versorgung von mindestens einem Antrieb des Fahrzeugs (52) mit Elektrizität, und mindestens einem Gasspeicher (33), wobei mindestens ein Teil des Gasspeichers (33) und mindestens ein Teil der Batterie (35) in einer baulichen Einheit (32) zusammengefasst und an einem Unterboden (31) des Fahrzeugs (52) angeordnet sind. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Laden einer Batterie (35) in einem Fahrzeug (52), bei dem mindestens ein in einer baulichen Einheit (32) mit mindestens einem Teil eines Gasspeichers (33) zusammengefasster Teil einer Batterie (35) von einer von dem Fahrzeug (52) umfassten Brennstoffzelle mit Elektrizität versorgt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit mindestens einer Batterie zur Versorgung von mindestens einem Antrieb des Fahrzeugs mit Elektrizität und mindestens einem Gasspeicher. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Laden einer Batterie in einem Fahrzeug.
Aufgrund einer stetig zunehmenden Verknappung von fossilen Brennstoffen und einer dadurch bedingten zunehmenden Unwirtschaftlichkeit von traditionellen bzw. konventionellen Verbrennungsmotoren zur Verbrennung von Diesel oder Benzin werden vermehrt alternative Antriebskonzepte entwickelt und produziert. Häufig zeichnen sich alternative Antriebssysteme dadurch aus, dass ein Fahrzeug zumindest teilweise elektrisch angetrieben wird, wobei in einem alternativen Antriebskonzept eingesetzte elektrische Antriebe in der Regel mit einer Brennkraftmaschine, die bspw. zum Laden einer Batterie des elektrischen Antriebsystems verwendet werden kann, kombiniert werden.
Eine Kombination von einem elektrischen Antrieb und einer Brennkraftmaschine oder einer Brennstoffzelle kann eine Reichweite eines Fahrzeugs gegenüber einem ausschließlich durch Batterien versorgten elektrischen Antrieb deutlich steigern. Da für eine Kombination von verschiedenen Antriebssystemen jedoch sämtliche zum alleinigen Betrieb eines jeweiligen Antriebssystems notwendigen Komponenten von einem jeweiligen Fahrzeug umfasst sein müssen, verknappen sich Bauräume bzw. zur Verfügung stehendes Bauraumvolumen eines mit mehreren Antriebssystemen ausgestatteten Fahrzeugs erheblich.
Um Komponenten, wie bspw. Gastanks zur Speicherung von bspw. Wasserstoff als Brennstoff für eine Brennstoffzelle zusammen mit Batterien, insbesondere sogenannten Hochvolt-, d. h. Hochspannungsbatterien, zu verwenden, sind im Stand der Technik Bauräume von Fahrzeugen, wie bspw. ein Kofferraum beschrieben, die an einen durch mehrere Antriebssysteme bedingten erhöhten Platzbedarf angepasst und dadurch in ihrer eigentlichen Funktion, bspw. zur Aufnahme von Gepäck, beschränkt sind. Im Stand der Technik sind Fahrzeuge mit mehreren Antriebssystemen beschrieben, wobei jeweilige Komponenten der jeweiligen Antriebssysteme in speziell ausgebildeten Bauräumen angeordnet sind.
Die US amerikanische Druckschrift US 2007/0039767 A1 betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug, wobei Brennstoffzellen unterhalb eines Vordersitzes angeordnet sind und wobei eine Batterie unter einem Rücksitz angeordnet ist. Ferner beschreibt die US amerikanische Druckschrift, dass eine Wasserstoffversorgung, in einem Mitteltunnel eines jeweiligen Fahrzeugs angeordnet ist.
In der deutschen Druckschrift DE 10 2012 016 011 A1 wird ein Brennstoffzellenfahrzeug beschrieben, das einen ersten als Wasserstofftank ausgebildeten Energiespeicher und einen zweiten als Batterie ausgebildeten Energiespeicher umfasst, wobei der erste Energiespeicher fest in dem Brennstoffzellenfahrzeug verbaut ist und ein weiterer Reserveenergiespeicher austauschbar bzw. dem Brennstoffzellenfahrzeug entnehmbar ausgestaltet ist.
Die deutsche Druckschrift DE 101 54 353 A1 betrifft einen modularen Fahrzeugaufbau, der eine Fahrzeugkarosserie und ein mit der Fahrzeugkarosserie gekoppeltes Fahrzeugchassis umfasst, wobei das Fahrzeugchassis einen Rahmen und eine mit dem Rahmen gekoppelte Schale umfasst, die einen Speicher für eine Energiequelle zum Versorgen eines Antriebssystems mit Energie bereitstellt. Dies bedeutet, dass in der deutschen Druckschrift mittels der Schale gegenüber einer konventionellen Bauweise bzw. einer konventionellen Konstruktion zusätzlicher Bauraum zur Aufnahme von Komponenten des Antriebssystems vorgesehen ist.
Vor diesem Hintergrund wird ein Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 13 vorgestellt. Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Es wird somit ein Fahrzeug mit mindestens einer Batterie zur Versorgung von mindestens einem Antrieb des Fahrzeugs mit Elektrizität, und mindestens einem Gasspeicher vorgestellt, wobei mindestens ein Teil des Gasspeichers und mindestens ein Teil der Batterie in einer baulichen Einheit zusammengefasst und an einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet sind.
Unter einem Gasspeicher ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Anzahl von Tanks zu verstehen, wobei ein Tank oder alle Tanks des Gasspeichers als Teil der baulichen Einheit vorliegen können.
Unter einer Batterie ist im Kontext der vorliegenden eine Anordnung von mindestens einer Batteriezelle, d. h. einem Batteriemodul zu verstehen, wobei eine Batteriezelle oder alle Batteriezellen der Batterie als Teil der baulichen Einheit vorliegen können.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst insbesondere einen Brennstoffzellenantrieb, der bspw. Wasserstoff oxidiert und dadurch Elektrizität zur Versorgung eines jeweiligen Antriebs, d. h. eines Elektromotors erzeugt. Um eine durch die Brennstoffzelle erzeugte Elektrizitätsmenge, d. h. Energiemenge zu speichern und bei Bedarf dem Elektroantrieb zur Verfügung zu stellen, umfasst das erfindungsgemäße Fahrzeug eine Antriebsbatterie, die insbesondere als sogenannte Hochspannungsbatterie ausgestaltet ist und ggf. mehrere Teile, d. h. Module, umfasst, wobei mindestens ein Teil der Antriebsbatterie Teil der baulichen Einheit ist.
Um weder ein vorhandenes Innenraumvolumen, wie bspw. ein Kofferraumvolumen, einzuschränken noch für eine Fahrdynamik des Fahrzeugs essentielle Bereiche, wie bspw. das Fahrzeugchassis umgestalten, d. h. umformen, zu müssen, ist vorgesehen, dass mindestens ein Teil eines zur Versorgung der Brennstoffzelle mit Brennstoff, d. h. bspw. Wasserstoff, vorgesehener Gasspeicher mit mindestens einem Teil der Batterie zur Versorgung des Elektroantriebs in einer baulichen Einheit zusammengefasst und an einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist.
Mittels einer Kombination von Batterie und Gasspeicher in einer baulichen Einheit wird ein kompaktes Bauelement geschaffen, das in einen vorhandenen Bauraum, wie bspw. einen Mitteltunnel des erfindungsgemäßen Fahrzeugs integriert werden kann und dabei, bedingt durch einen kompakten Aufbau der baulichen Einheit, einen Aufwand bspw. bei einer Konstruktion einer Versorgung von Komponenten der baulichen Einheit, d. h. des mindestens einen Teils des Gasspeichers und des mindestens einen Teils der Batterie, reduziert.
Durch die aufgrund des kompakten Aufbaus der baulichen Einheit ermöglichte Anordnung der baulichen Einheit an einem Unterboden, insbesondere einem Mitteltunnel eines jeweiligen Fahrzeugs, kann benötigter Bauraum zur Anordnung der baulichen Einheit und von zur Versorgung der baulichen Einheit benötigter Versorgungsleitungen reduziert werden. Ferner kann durch eine Anordnung der baulichen Einheit in einer räumlichen Nähe zu einem jeweiligen Antrieb, eine benötigte Länge der Versorgungsleitungen reduziert werden, da die Versorgungsleitungen direkt, d. h. ohne Umwege durch ggf. auftretende Übertrittsöffnungen von einem Fahrzeuginnern nach außen, an den jeweiligen Antrieb angeschlossen werden können.
Aufgrund einer Kombination von Gasspeicher und Batterie in einer baulichen Einheit können ferner Befestigungsmittel zum Verbinden jeweiliger Einzelkomponenten eingespart und durch zentrale Befestigungselemente zur Verbindung der einen baulichen Einheit mit bspw. einem Unterboden des Fahrzeugs, durch bspw. einen Träger, d. h. Trägerrahmen verwendet werden.
Mittels der erfindungsgemäß vorgesehenen baulichen Einheit kann ein Fahrzeug, das bspw. für einen konventionellen Betrieb einer Brennkraftmaschine konzipiert ist, über eine Integration der baulichen Einheit in bspw. einen Mitteltunnel, der in der Regel zur Aufnahme von bspw. Abgaskomponenten oder einer Kraftübertragungseinheit vorgesehen ist, mit einem alternativen Antriebssystem ausgerüstet werden, auch ohne zusätzlichen Bauraum für eine Energieversorgung des alternativen Antriebssystems bereitstellen zu müssen.
Durch Verwendung einer baulichen Einheit aus Gasspeicher und Batterie ist es möglich, einen alternativen Antrieb, d. h. ein alternatives Antriebssystem wie bspw. eine Brennstoffzelle, in eine bereits bestehende, für eine mit einer konventionellen Brennkraftmaschine optimierte Fahrzeugkonstruktion zu integrieren, auch ohne einen Fahrzeuginnenraum zu begrenzen bzw. neu zu ordnen, so dass zusätzlicher Konstruktionsaufwand, insbesondere bezüglich des Innenraums des Fahrzeugs vermieden werden kann.
In einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die in der baulichen Einheit zusammengefassten Komponenten durch weitere Komponenten, wie bspw. Teile eines Gasspeichers bzw. Batterieteile, die bspw. in einem Motorraum des Fahrzeugs angeordnet sind, ergänzt werden.
Um eine zur Verfügung stehende Energiemenge, und dadurch bedingt, bspw. eine Reichweite eines jeweiligen Fahrzeugs zu erhöhen, kann eine Kapazität bzw. ein Fassungsvolumen sowohl des mindestens einen Teils der Batterie als auch des mindestens einen Teils des Gasspeichers durch zusätzliche in dem jeweiligen Fahrzeug angeordnete Teile der Batterie und/oder des Gasspeichers erhöht werden, wobei die zusätzlich angeordneten Teile nicht von der baulichen Einheit umfasst sein müssen, sondern unabhängig von der baulichen Einheit in einem Fahrzeug angeordnet sein können.
Unter einer baulichen Einheit ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Kombination von mehreren Komponenten, insbesondere mindestens einem Teil einer Batterie und mindestens einem Teil eines Gasspeichers zu verstehen, wobei die Komponenten über bspw. einen Trägerrahmen verbunden sind, so dass die Komponenten über ein gemeinsames Befestigungssystem mit einem Fahrzeug zu verbinden sind.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die bauliche Einheit in ihrer Form dem Unterboden des Fahrzeugs angeglichen ist, so dass ein formschlüssiger Übergang von der baulichen Einheit zu dem Unterboden des Fahrzeugs besteht.
Um einen durch eine Konstruktion eines jeweiligen Fahrzeugs vorgegebenen Bauraum möglichst effizient auszunutzen, ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäß vorgesehene bauliche Einheit an einen jeweiligen Bauraum angeglichen wird, so dass der jeweilige Bauraum dicht mit jeweiligen von der baulichen Einheit umfassten Komponenten befüllt wird und ein formschlüssiger Übergang der baulichen Einheit zu dem Unterboden des Fahrzeugs besteht. Durch einen formschlüssigen Übergang kann sowohl Bauraum gespart als auch das Fahrzeug durch die erfindungsgemäß vorgesehene bauliche Einheit geschützt werden, ohne dass das Fahrzeug in seinen Fahreigenschaften, bspw. vermittelt durch eine Unterbodenverspoilerung negativ beeinflusst wird.
Falls die erfindungsgemäß vorgesehene bauliche Einheit das Fahrzeug nach außen hin abgrenzt, kann durch einen formschlüssigen Übergang der baulichen Einheit zu dem Fahrzeug bzw. dem Unterboden des Fahrzeugs, eine aerodynamisch optimierte Formgebung erfolgen. Ferner können weitere Komponenten, die bspw. am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet sind, von der baulichen Einheit vor Einflüssen von außen abgeschirmt werden. Durch eine derartige Abschirmung kann bspw. Korrosion von in dem jeweiligen Bauraum angeordneten Fahrzeugteilen, insbesondere einer Verkabelung oder einer Abgasanlage reduziert werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die bauliche Einheit mittels eines Schnellverschlusses zu tauschen ist.
Da Batterien eine beschränkte Lebensdauer haben und nach einer vorgegebenen Anzahl von Ladezyklen getauscht werden müssen, ist vorgesehen, dass die erfindungsgemäß vorgesehene bauliche Einheit mittels Schnellverschlüssen, bspw. in Form von Bajonettverschlüssen oder elektromagnetischen Verriegelungen oder jeder weiteren technisch geeigneten Verriegelungs- bzw. Verbindungsart, die einen schnellen und komfortablen Zugriff auf die bauliche Einheit ermöglicht, an dem Fahrzeug angeordnet ist. Durch einen Tausch der baulichen Einheit, d. h. des Energiespeichers, kann ein ”leergefahrenes” Fahrzeug, d. h. ein Fahrzeug, das weder in der Batterie noch in dem Gasspeicher Restenergievorräte aufweist, sehr schnell durch einen Tausch der ”leergefahrenen” baulichen Einheit mit einer befüllten bzw. geladenen baulichen Einheit für eine Weiterfahrt bzw. ein weiteren Betrieb ausgerüstet werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die bauliche Einheit in einem Mitteltunnel des Fahrzeugs angeordnet ist.
Da traditionelle, bspw. über eine Brennkraftmaschine angetriebene Fahrzeuge in der Regel bereits einen Mitteltunnel aufweisen, in dem Komponenten, d. h. Fahrzeugteile, wie bspw. eine Abgasanlage angeordnet sind, ist vorgesehen, dass die bauliche Einheit in einem Mitteltunnel eines jeweiligen Fahrzeugs anzuordnen ist, so dass der durch den Mitteltunnel zur Verfügung gestellte Bauraum optimal genutzt wird und eine durch die kompakte Ausgestaltung der erfindungsgemäß vorgesehenen baulichen Einheit bedingte hohe Masse der baulichen Einheit verwendet wird, um einen Schwerpunkt des jeweiligen Fahrzeugs in den Mitteltunnel zu verschieben und das jeweilige Fahrzeug dadurch möglichst optimal auszubalancieren.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die bauliche Einheit zusätzlich zu dem mindestens einen Teil des Gasspeichers, dem mindestens einen Teil der Batterie und dem Trägerrahmen eine ”E-Box” zur Steuerung des mindestens einen von der baulichen Einheit umfassten Teils der Batterie umfasst.
Da eine zum Versorgen eines jeweiligen Antriebs des jeweiligen Fahrzeugs vorgesehene Batterie in komplexen Lade-/und Entladevorgängen, durch bspw. einen Generator mit Elektrizität versorgt wird, ist in der Regel ein als sogenannte ”E-Box” bekanntes Steuergerät vorgesehen, das Lade- bzw. Entladevorgänge der Batterie überwacht bzw. regelt. Um aufwendige Verkabelungen zwischen ”E-Box” und Batterie zu reduzieren, ist vorgesehen, dass die ”E-Box” in die erfindungsgemäß vorgesehene bauliche Einheit integriert ist. Durch eine Integration der ”E-Box” in die bauliche Einheit ist es möglich, dass Aktivitäten, wie bspw. Fahrleistungen oder ein Zustand des mindestens einen Teils der Batterie bzw. des Gasspeichers einer jeweiligen baulichen Einheit auf der ”E-Box” hinterlegt bzw. durch die ”E-Box” abzufragen sind, so dass bspw. ein Austausch einer baulichen Einheit bzw. ein aktueller Status der baulichen Einheit schnell und effizient, bspw. mittels eines Lesegeräts auch ohne ein entsprechendes Fahrzeug zu identifizieren ist.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die bauliche Einheit in einem Bereich zwischen zwei Achsen des Fahrzeugs angeordnet ist.
Durch eine Anordnung der erfindungsgemäß vorgesehenen baulichen Einheit zwischen jeweiligen Achsen eines Fahrzeugs können Versorgungsleitungen von der baulichen Einheit zu bspw. von den jeweiligen Achsen bzw. Rädern der jeweiligen Achsen umfassten Elektromotoren nicht nur direkt, d. h. ohne ggf. vorzusehende Durchtrittsöffnungen in einem Unterboden des Fahrzeugs, sondern auch in einer vergleichbaren Länge verlegt werden, so dass eine benötigte Kabellänge zur Verbindung der baulichen Einheit mit bspw. einem Motor einer Vorderachse und einem Motor einer Hinterachse eine gleiche Länge und, dadurch bedingt, einen gleichen elektrischen Widerstand aufweisen und entsprechend mit einer gleichen Latenz bzw. Verzögerung, bedingt durch die Versorgungsleitungen in gleicher Länge, angesteuert werden können. Durch eine vergleichbare Latenz können bspw. synchrone Steuerungszeiten bzw. ein synchrones Ansteuerungsverhalten zwischen verschiedenen Elektromotoren an verschiedenen Achsen des Fahrzeugs realisiert und Überspannungen dadurch vermieden werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die bauliche Einheit an einer für eine Gewichtsverteilung des Fahrzeugs optimierten Position des Fahrzeugs angeordnet ist.
Durch eine Anordnung der baulichen Einheit in bspw. einem Mitteltunnel, insbesondere zwischen jeweiligen Achsen eines jeweiligen Fahrzeugs, kann die bauliche Einheit aufgrund ihres hohen Eigengewichts zum Bestimmen bzw. Ausgleichen, d. h. Justieren, eines jeweiligen Schwerpunkts des jeweiligen Fahrzeugs verwendet werden. Dazu kann die bauliche Einheit, je nach Aufbau des jeweiligen Fahrzeugs, bspw. innerhalb des Mitteltunnels verschoben werden, so dass der Schwerpunkt des jeweiligen Fahrzeugs in ein Zentrum des jeweiligen Fahrzeugs rückt.
Weiterhin ist denkbar, dass die bauliche Einheit innerhalb eines Bereichs einer Vorder- oder Hinterachse des jeweiligen Fahrzeugs platziert wird, so dass sich eine Gewichtslast, die auf der jeweiligen Achse lastet, erhöht, und dadurch bedingt, eine bessere Verzögerung bei einem Bremsmanöver erreicht werden kann bzw. das Fahrzeug sich bei einem Bremsmanöver besser stabilisiert als es bei einer konventionellen Anordnung von Antriebskomponenten in bspw. einem Innenraum des Fahrzeugs erreicht werden könnte.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist vorgesehen, dass die bauliche Einheit einen Trägerrahmen umfasst, der die bauliche Einheit mit dem Fahrzeug verbindet.
Mittels eines Trägerrahmens, der bspw. V- oder U-förmig ausgestaltet sein kann, kann die bauliche Einheit mit dem jeweiligen Fahrzeug verbunden werden, so dass der mindestens eine Teil der Batterie und der mindestens eine Teil des Gastanks durch den Trägerrahmen fixiert und fest, ggf. formschlüssig, an dem jeweiligen Fahrzeug, insbesondere dem Mitteltunnel des jeweiligen Fahrzeugs angeordnet ist. Der Trägerrahmen kann bspw. aus Metall, Plastik, Karbon oder jedem weiteren technisch geeigneten Material bzw. jeder weiteren Kombination von geeigneten Materialien zum Fixieren bzw. Anordnen von Antriebskomponenten an einem Fahrzeug aufgebaut sein.
Ferner umfasst die vorgestellte Erfindung ein Verfahren zum Laden einer Batterie in einem Fahrzeug, bei dem mindestens ein in einer baulichen Einheit mit mindestens einem Teil des Gasspeichers zusammengefasster Teil einer Batterie von einer von einem Fahrzeug umfassten Brennstoffzelle mit Elektrizität versorgt wird, wobei die Elektrizität aus einem von dem mindestens einen Teil des Gasspeichers bereitgestellten Brenngas erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere zum Betrieb eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, wobei ein von einem jeweiligen Fahrzeug umfasster elektrischer Antrieb sowohl durch eine Brennstoffzelle, die durch den von der mindestens einen baulichen Einheit umfassten Gasspeicher mit einem Brennstoff, wie bspw. Wasserstoff versorgt wird als auch durch eine Batterie, insbesondere eine Hochspannungsantriebsbatterie mit Elektrizität versorgt wird. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Brennstoffzelle durch Oxidation des Brennstoffs bzw. eines Reduktionsmittels erzeugte elektrische Energie an die Batterie, die zumindest teilweise in die bauliche Einheit integriert ist, abgibt und die Batterie jeweilige Elektromotoren des Fahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt. Das erfindungsgemäße Verfahren basiert demnach auf einer Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie, wobei beide Energieformen an einer zentralen Stelle, nämlich der baulichen Einheit, gespeichert werden. Wartungs-, Regel- und Kontrollarbeiten an jeweiligen Energiespeichern können dadurch zentral durchgeführt werden, so dass sich ein für jeweilige Arbeiten zu leistender Aufwand gegenüber einer teilweisen Wartung, Regelung bzw. Kontrolle von einzelnen, d. h. getrennten Energiespeichern reduziert.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der mindestens eine Teil der Batterie über ein in der baulichen Einheit angeordnetes Steuergerät geregelt, d. h. in ihrem Lade- bzw. Entladestrom eingestellt wird.
Durch eine Fusion des mindestens einen Teils des Gasspeichers und des mindestens einen Teils der Batterie zu einer baulichen Einheit kann ein aktueller, von der baulichen Einheit umfasster Energiegehalt von dem mindestens einen Teil des Gasspeichers und/oder der Batterie, bspw. unter Verwendung einer ebenfalls von der baulichen Einheit umfassten ”E-Box”, d. h. eines Steuergeräts, erfasst werden und ein Betrieb des jeweiligen Fahrzeugs, bspw. durch eine erhöhte oder reduzierte Brennstoffzellenauslastung, an den aktuellen Energiegehalt angepasst werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass durch Trennen eines Trennsteckers an einer leicht zugänglichen Position in einem Innenraum des Fahrzeugs ein durch die bauliche Einheit mit Elektrizität versorgtes Hochspannungssystem des Fahrzeugs deaktiviert wird.
Da durch eine konventionelle Anordnung von Batterien zum Versorgen eines Antriebs mit Elektrizität in bspw. einem Innenraum oder einem leicht zugänglichen Ort innerhalb eines Chassis des Fahrzeugs in der Regel ein leicht zugänglicher Ort für einen Trennstecker, der die Batterie von einem Hochspannungssystem des Fahrzeugs entkoppelt, eine sichere Bergung eines bspw. havarierten Fahrzeugs möglich ist, ist bei einer Anordnung der erfindungsgemäß vorgesehenen baulichen Einheit an einem Unterboden bzw. einem Mitteltunnel des Fahrzeugs ein zusätzlicher Trennstecker an einer leicht zugänglichen Position, bspw. in einem Innenraum eines jeweiligen Fahrzeugs vorgesehen, so dass im Falle eines Unfalls der Trennstecker durch Rettungskräfte oder Servicepersonal leicht betätigt werden kann und das Fahrzeug dadurch gefahrlos geborgen werden kann. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen schematisch und ausführlich beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von Komponenten eines alternativen Antriebskonzepts gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Darstellung einer weiteren Anordnung von Komponenten eines alternativen Antriebskonzepts gemäß dem Stand der Technik.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Unterbodens einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
4 zeigt eine Detailansicht der schematischen Darstellung aus 3.
5 zeigt eine Ansicht einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer anderen möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts einer weiteren möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
Der in 1 dargestellte Stand der Technik zeigt ein Fahrzeugchassis 1, bei dem ein Teil 2 eines Gasspeichers 3 an dem Fahrzeugchassis 1 über Befestigungsmittel 4 angeordnet ist. Weiterhin ist an dem Fahrzeugchassis 1 eine Batterie 5 über Befestigungsmittel 6 angeordnet. Sowohl der Teil 2 des Gasspeichers 3 als auch die Batterie 5 liegen hier flächig vor, so dass das Fahrzeugchassis 1 lediglich als Träger für den Teil 2 des Gasspeichers 3 und die Batterie 5 dient und weitere ggf. an dem Fahrzeugchassis 1 anzuordnende Komponenten ggf. um den Teil 2 des Gasspeichers 3 und die Batterie 5 herum oder an einem weiteren Ort, wie bspw. in einem Innenraum angeordnet werden müssen.
2 zeigt einen Querschnitt durch ein Fahrzeugchassis 21, das einen Gasspeicher 23 und eine Batterie 25 trägt, wobei die Batterie 25 über Befestigungsmittel 24 in einem Bereich 26 angeordnet ist, der bei einem konventionellen Antriebkonzept als Kofferraum dient, so dass sich ein nutzbares Kofferraumvolumen eines mit dem Fahrzeugchassis 21 ausgerüsteten Fahrzeugs gegenüber einem konventionellen Fahrzeugchassis mit einer Brennkraftmaschine und ohne die Batterie 25 reduziert.
An dem in 3 dargestellten Fahrzeugchassis 31 ist eine bauliche Einheit 32 angeordnet, die eine Batterie 35, einen Trägerrahmen 36 und einen Gasspeicher 33 umfasst. Die bauliche Einheit 32 ist über den Trägerrahmen 36 mit einem Mitteltunnel des Fahrzeugchassis 31 verbunden, so dass die bauliche Einheit 32 in dem Mitteltunnel versinkt und der Gasspeicher 33 die bauliche Einheit 32 nach außen, d. h. entgegen einer Fahrbahn abgrenzt, so dass der Gasspeicher 33 als Aufsetzschutz, d. h. als Schutz für die Batterie 35 gegenüber von außen ggf. einwirkenden Kräften dient. Ferner umfasst die bauliche Einheit 32 zumindest Teile von Versorgungsleitungen, d. h. Gasleitungen, Hochspannungsleitungen und Kühlleitungen von und zu dem Gasspeicher 33 bzw. der Batterie 35.
4 zeigt eine detaillierte Ansicht des Fahrzeugchassis 31. Der Trägerrahmen 36 wird durch Befestigungsmittel 37 mit Längsträgern des Mitteltunnels des Fahrzeugchassis 31 verschraubt. Der Trägerrahmen 36 umfasst Kammern 34_1, in denen Teile, d. h. Module bzw. Zellen der Batterie 34 angeordnet sind, so dass die Batterie 34 starr mit dem Trägerrahmen 36 und, dadurch bedingt, auch mit dem Gasspeicher 33 verbunden ist. Durch die starre Verbindung der Batterie 34 und des Gasspeichers 33 mit dem Trägerrahmen 36 und, dadurch bedingt, mit dem Fahrzeugchassis 31, ergibt sich eine hohe Unfallsicherheit, da auf die bauliche Einheit 32 einwirkende Kräfte an das Fahrzeugchassis 31 abgeleitet werden können und, aufgrund der Befestigungsmittel 37, ein Losreisen der baulichen Einheit 32 von dem Fahrzeugchassis 31 verhindert wird.
Die in 5 dargestellte Ansicht zeigt ein Fahrzeug 52 mit einem Fahrzeugchassis 51, wobei das Fahrzeugchassis 51 einen Mitteltunnel umfasst, in dem sowohl eine Abgasanlage 59 als auch eine bauliche Einheit 53 und ein Trägerrahmen 54 angeordnet sind. Durch Anordnung der baulichen Einheit 53 innerhalb des Mitteltunnels bleibt ein Innenraum 58 des Fahrzeugs 52 gegenüber einer konventionellen Konstruktion, bei der in dem Mitteltunnel lediglich die Abgasanlage 59 angeordnet ist, in einem zur Verfügung gestellten Volumen bzw. Bauraum unverändert. Weiterhin wird die Abgasanlage 59 durch die bauliche Einheit 53 gegenüber ggf. schadhaften Einflüssen von außen abgeschirmt.
Die bauliche Einheit 53 ist derart in dem Mitteltunnel des Fahrzeugs 52 integriert, dass ein Schwerpunkt des Fahrzeugs 52 sich bei einem Fahrzeugmittelpunkt 57 befindet, wodurch das Fahrzeug 52 sich bei hohen Fahr- bzw. Fliehkräften und insbesondere bei Lastwechseln stabil verhält.
Der in 6 dargestellte Querschnitt durch ein Fahrzeugchassis 61 zeigt Längsträger 65 eines Fahrzeugrahmens, an denen Kammern 63 zur Aufnahme von Teilen einer Batterie befestigt sind. Ein Gasspeicher 64 ist zentral in einem Mitteltunnel des Fahrzeugchassis 61 angeordnet und grenzt die Kammern 63 von einer ebenfalls in dem Mitteltunnel angeordneten Vorrichtung zur Kraftübertragung zwischen jeweiligen Achsen, d. h. bspw. einer Kardanwelle 66 ab.
Der in 7 dargestellte Querschnitt eines Fahrzeugchassis 71 zeigt einen formschlüssigen Übergang zwischen einer baulichen Einheit 72 und einem Unterboden 73 des Fahrzeugchassis 71. Ein von der baulichen Einheit 72 umfasster Trägerrahmen 74 grenzt die bauliche Einheit nach außen, d. h. zu einer Fahrbahn hin ab. Der Trägerrahmen 74 kann bspw. in eine Unterbodenverspoilerung zum Erhöhen eines Anpressdrucks bei einer Fahrt integriert sein und eine entsprechende Außenform aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0039767 A1 [0005]
DE 102012016011 A1 [0006]
DE 10154353 A1 [0007]

Claims

Fahrzeug (52) mit mindestens einer Batterie (35) zur Versorgung von mindestens einem Antrieb des Fahrzeugs (52) mit Elektrizität, und mindestens einem Gasspeicher (33), wobei mindestens ein Teil des Gasspeichers (33) und mindestens ein Teil der Batterie (35) in einer baulichen Einheit (32) zusammengefasst und an einem Unterboden (31) des Fahrzeugs (52) angeordnet sind.
Fahrzeug (52) nach Anspruch 1, bei dem die bauliche Einheit (32) in ihrer Form dem Unterboden (31) des Fahrzeugs (52) angeglichen ist, so dass ein formschlüssiger Übergang von baulicher Einheit (32) zu dem Unterboden (31) des Fahrzeugs (52) besteht.
Fahrzeug (52) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die bauliche Einheit (32) mittels eines Schnellverschlusses zu tauschen ist.
Fahrzeug (52) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die bauliche Einheit (32) in einem Mitteltunnel des Fahrzeugs (52) angeordnet ist.
Fahrzeug (52) nach Anspruch 4, bei dem der Mitteltunnel des Fahrzeugs (52) sowohl die bauliche Einheit (32) als auch mindestens einen Teil einer Abgasanlage (59) des Fahrzeugs (52) umfasst.
Fahrzeug (52) nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Mitteltunnel des Fahrzeugs (52) sowohl die bauliche Einheit (32) als auch mindestens eine Vorrichtung zum Übertragen von Antriebsenergie zu einer Hinterachse des Fahrzeugs (52) umfasst.
Fahrzeug (52) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die bauliche Einheit (32) zusätzliche eine E-box zu Steuerung des mindestens einen von der baulichen Einheit (32) umfassten Teils der Batterie (35) umfasst.
Fahrzeug (52) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die bauliche Einheit (32) in einem Bereich zwischen zwei Achsen des Fahrzeugs (52) angeordnet ist.
Fahrzeug (52) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die bauliche Einheit (32) an einer für eine Gewichtsverteilung des Fahrzeugs (52) optimierten Position angeordnet ist.
Fahrzeug (52) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die bauliche Einheit (32) einen Trägerrahmen (36) umfasst, der die bauliche Einheit (32) mit dem Fahrzeug (52) verbindet.
Fahrzeug (52) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Gasspeicher (33) ein Wasserstoffspeicher ist.
Fahrzeug (52) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Batterie (35) eine Hochspannungsbatterie zum Versorgen des mindestens einen Antriebs des Fahrzeugs (52) mit Elektrizität ist.
Verfahren zum Laden einer Batterie (35) in einem Fahrzeug (52), bei dem mindestens ein in einer baulichen Einheit (32) mit mindestens einem Teil eines Gasspeichers (33) zusammengefasster Teil einer Batterie (35) von einer von dem Fahrzeug (52) umfassten Brennstoffzelle mit Elektrizität versorgt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der mindestens eine Teil der Batterie (35) über ein in der baulichen Einheit (32) angeordnetes Steuergerät in Abhängigkeit eines Füllstands des mindestens einen Teils des Gasspeichers (33) geregelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem durch Trennen eines Trennsteckers an einer leicht zugänglichen Position in einem Innenraum des Fahrzeugs (52) ein durch die mindestens eine Batterie (35) mit Elektrizität versorgtes Hochspannungssystem des Fahrzeugs (52) deaktiviert wird.