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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestücken von Kraftfahrzeugen mit Energiespeichern unterschiedlicher, für jedes Kraftfahrzeug gemäß einer Vorgabe bestimmter Art, ein entsprechendes System, einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers.
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Herkömmliche Kraftfahrzeuge werden üblicherweise mit flüssigen, fossilen Brennstoffen betrieben, insbesondere Benzin oder Diesel. Hierzu weist ein derartiges herkömmliches Kraftfahrzeug als Energiespeicher einen Tank auf, in dem der flüssige Brennstoff gelagert ist, bis er einem Verbrennungsmotor zur Gewinnung von Antriebsenergie zugeführt wird. Inzwischen wurden jedoch auch Kraftfahrzeuge mit alternativen Antriebskonzepten vorgeschlagen, bei denen mithin die Antriebsenergie aus anderen Energieträgern gewonnen wird. So wurde beispielsweise vorgeschlagen, Kraftfahrzeuge auch mit gasförmigen Brennstoffen, insbesondere mit Wasserstoff oder komprimiertem Erdgas, zu betreiben. Ferner sind Kraftfahrzeuge bekannt, bei denen die Antriebsenergie wenigstens teilweise aus elektrischer Energie gewonnen wird, wozu derartige Kraftfahrzeuge als Energiespeicher üblicherweise eine Batterie mit elektrischen Speicherzellen aufweisen.
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Derartige Batterien, insbesondere Hochspannungsbatterien, werden in quaderförmigen Gehäusen geliefert und in der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbaut. Für unter Hochdruck stehende gasförmige Brennstoffe, beispielsweise komprimiertes Erdgas (CNG) oder Wasserstoff, sind als Energiespeicher Tanks mit zylindrischen Behältern vorgesehen, da diese bezüglich des Hochdrucks die optimale, stabilste Form darstellen. Derartige Tanks stellen andere Anforderungen/Bauraumansprüche als die zuvor genannten Batterien oder herkömmliche Tanks für flüssigen Brennstoff (Kraftstoff).
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Es wurden Konzepte vorgeschlagen, nach denen Kraftfahrzeuge durch ihre Benutzer hinsichtlich der Erzeugung der Antriebsenergie vorkonfektioniert werden können. Das bedeutet, es kann beispielsweise von einem Käufer bei der Bestellung eines Kraftfahrzeugs als Vorgabe angegeben werden, welche Variante zur Erzeugung von Antriebsenergie genutzt werden soll bzw. welche Varianten wie kombiniert werden sollen. Dies stellt jedoch komplexe Anforderungen an die Bestückung der Kraftfahrzeuge mit Energiespeichern, nachdem unterschiedliche Anbindungskonzepte/Bauräume für die Energiespeicher in der Karosserie vorgehalten werden, mithin sämtliche denkbaren Varianten bei der grundsätzlichen Auslegung und in der Produktion berücksichtigt werden müssen. Beispielsweise ändert sich die Ausgestaltung der Karosserie mit der Auswahl bestimmter Antriebsvarianten.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur einfacheren Bestückung von Kraftfahrzeugen mit unterschiedlichen Energiespeichern gemäß einer Vorgabe anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder Energiespeicher ein definiert ausgebildetes, für alle Energiespeicher wenigstens bezüglich der Ausdehnung und der Befestigungsvorrichtungen gleiches, zylinderförmiges Gehäuse und jedes Kraftfahrzeug wenigstens eine auf das Gehäuse abgestimmte Verbauposition aufweisen, wobei für ein zu bestückendes Kraftfahrzeug wenigstens ein Energiespeicher gemäß der Vorgabe ausgewählt und in der wenigstens einen Verbauposition des Kraftfahrzeugs verbaut wird.
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Die Erfindung schlägt also letztlich eine Standardisierung von Energiespeichern vor, so dass Energiespeicher für wenigstens zwei Arten von Energieträgern an derselben Verbauposition im Kraftfahrzeug, insbesondere in der Karosserie, eingebracht und befestigt werden können. Dies wird dadurch gewährleistet, dass sich die Gehäuse der Energiespeicher hinsichtlich der Ausdehnung und der Befestigungsvorrichtungen gleichen, beispielsweise also ein Energiespeicher für einen gasförmigen Brennstoff ein diesbezüglich identisch ausgestaltetes Gehäuse wie ein Energiespeicher für elektrische Energie, mithin eine Batterie, aufweist. Unterschiede am Gehäuse werden für unterschiedliche Arten von Energiespeichern, mithin unterschiedlichen enthaltenen Energieträgern, meist, bevorzugt lediglich, dadurch gegeben sein, dass unterschiedliche Anschlussvorrichtungen vorliegen, wobei es selbstverständlich auch denkbar ist, insbesondere dann, wenn ein für alle Arten von Energieträgern verwendbares Gehäuse geschaffen werden soll, die Gehäuse allesamt vollständig identisch mit Anschlussvorrichtungen für alle möglichen Energieträger zu versehen. Zweckmäßigerweise sind dann, wenn am Gehäuse energieträgerspezifische Anschlussvorrichtungen vorzusehen sind, diese an unterschiedlichen Positionen angeordnet, da entsprechende Anschlussvorrichtungen kraftfahrzeugseitig dann auch an der Verbauposition vorpositioniert werden können.
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Mithin ermöglicht die vorliegende Erfindung eine Variantenreduzierung bei der Unterbringung alternativer Energiespeicher in einem Kraftfahrzeug, nachdem ein einheitliches Befestigungs-, Unterbringungs- und Montagekonzept gegeben ist. Ein Besteller bzw. Besitzer eines Kraftfahrzeugs kann unterschiedliche Optionen zur Bestückung des Kraftfahrzeugs wählen, wobei entsprechend die wenigstens eine Verbauposition genutzt wird. Beispielsweise kann eine Auswahl zwischen elektrischer Reichweite und Reichweite mit Erdgas oder Wasserstoff gegeben werden.
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Dabei sei angemerkt, dass insbesondere auch eine Austauschbarkeit von Energiespeichern in einem Kraftfahrzeug vorgesehen werden kann. Somit lässt sich dann, wenn ein Besteller bzw. Benutzer eines Kraftfahrzeugs mehr Wert auf Leistung anstatt auf Reichweite legt, nicht nur bereits bei der Bestellung des Kraftfahrzeugs und dessen Herstellung ein Energiespeicher für gasförmigen Brennstoff einfach gegen eine Batterie als Energiespeicher austauschen, sondern auch später noch realisieren, insbesondere dann, wenn die Befestigungsvorrichtung seitens des Gehäuses und der Verbauposition lösbar ausgebildet sind. Die Nutzung von mehr elektrischer Energie stellt mehr Boost-Leistung zur Verfügung, wobei es selbstverständlich bei mehreren Verbaupositionen im Kraftfahrzeug auch denkbar ist, weitere Energiespeicher nachzurüsten, wenn bislang Verbaupositionen vakant geblieben sind.
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Dabei können Energiespeicher für wenigstens zwei aus der Gruppe von gasförmigen Brennstoffen, insbesondere Wasserstoff und/oder Erdgas, flüssigen Brennstoffen und elektrischen Speicherzellen ausgewählte Energieträger verwendet werden. Zweckmäßig kann das erfindungsgemäße Konzept auf alle denkbaren Energieträger erweitert werden, mithin eine Kraftfahrzeugarchitektur gegeben sein, in der nicht nur spezielle alternative Energiearten liefernde Energiespeicher genutzt werden, sondern auch klassische Energieträger wie Benzin und Diesel in zylindrischen Energiespeichern gelagert werden können. Somit kann nach Festlegung der entsprechenden Verbaupositionen für die zylindrischen Energiespeicher die gesamte Vielfalt der Antriebskonzepte (konventionell mit Benzin oder Diesel, Hybridkraftfahrzeuge, Elektrokraftfahrzeuge, Brennstoffzellenkraftfahrzeuge, ...) abgedeckt werden, ohne dass unterschiedliche Verbauorte und Geometrien für unterschiedliche Energiespeicher in den Kraftfahrzeugen vorgehalten werden müssen. Die Wahl der zylindrischen Grundform für das Gehäuse der Energiespeicher beruht letztlich auf der Anforderung für komprimierte gasförmige Brennstoffe, für die die Energiespeicher in jedem Fall auch geeignet sein sollen.
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Dabei ist es selbstverständlich denkbar, dass auch feinere Abstufungen in der Zuteilung des zur Verfügung stehenden Speicherraums für Energieträger geschaffen werden können, wenn wenigstens ein Energiespeicher für wenigstens zwei unterschiedliche Energieträger, insbesondere elektrische Speicherzellen und gasförmige Brennstoffe, verwendet wird. Es sind mithin Energiespeicher denkbar, in deren Gehäuse unterschiedliche Energieträger eingelagert werden können. Beispielsweise können elektrische Speicherzellen einen Anteil des Gehäuses auffüllen, während der andere Anteil des Gehäuses als Behälter für gasförmige Brennstoffe ausgebildet ist. Dabei ist insbesondere auch eine frei wählbare Bestückung von Energiespeichern mit Energieträgern bzw. Behältern möglich, worauf bezüglich des erfindungsgemäßen Energiespeichers und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Energiespeichers noch näher eingegangen werden wird.
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Zweckmäßigerweise werden Gehäuse aus einem gewickelten Faserwerkstoff, insbesondere CFK oder GFK, verwendet. Damit ist nicht nur der Vorteil gegeben, dass unter Hochdruck stehende gasförmige Brennstoffe in den Energiespeichern aufbewahrt werden können, die Gehäuse mithin insbesondere wenigstens teilweise Behälter für gasförmige Brennstoffe bilden können, sondern es ist auch allgemein eine hohe Eigenstabilität und ein Schutz gegen mechanische Einwirkungen, beispielsweise bei einem Unfall, gegeben. Insbesondere können auf diese Art und Weise auch andere Energieträger, beispielsweise elektrische Speicherzellen, an einer größeren Vielfalt von Positionen im Kraftfahrzeug verbaut werden, so dass sich insgesamt erweiterte Packagemöglichkeiten ergeben, beispielsweise die Integration einer Batterie als Energiespeicher im Motorraum. Dies wird durch die hohe Eigenstabilität und Resistenz gegenüber mechanischer Einwirkung ermöglicht. Grundlage eines solches Gehäuses kann beispielsweise ein Wickelrohr sein.
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Die Erfindung betrifft auch ein System zum Bestücken von Kraftfahrzeugen mit Energiespeichern unterschiedlicher, für jedes Kraftfahrzeug gemäß einer Vorgabe bestimmter Art, aufweisend die Kraftfahrzeuge und die Energiespeicher, welches sich dadurch auszeichnet, dass jeder Energiespeicher ein definiert ausgebildetes, für alle Energiespeicher wenigstens bezüglich der Ausdehnung und der Befestigungsvorrichtungen gleiches, zylinderförmiges Gehäuse und jedes Kraftfahrzeug wenigstens eine auf das Gehäuse abgestimmte Verbauposition aufweisen. Ein derartiges System bildet die Grundlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, nachdem ein Standard für die Gehäuse von Energiespeichern definiert wird, dem Energiespeicher für unterschiedliche Energieträger folgen. Sämtliche Ausführungen bezüglich des erfindungsgemäßen Bestückungsverfahrens lassen sich analog auf das erfindungsgemäße System übertragen.
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Daneben betrifft die Erfindung auch einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, aufweisend ein zylinderförmiges, einen Innenraum definierendes Gehäuse, welcher sich dadurch auszeichnet, dass in einem ersten Teilraum des Innenraums als Energieträger elektrische Speicherzellen angeordnet sind und ein zweiter Teilraum des Innenraums als ein Behälter für einen gasförmigen oder flüssigen Energieträger, insbesondere Brennstoff, ausgebildet ist.
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Ein derartiger Energiespeicher ermöglicht es, an einer einzigen Verbauposition mehrere Arten von Energieträgern vorzuhalten, und ermöglicht zudem eine individuellere Anpassung von Kraftfahrzeugen, was die Verteilung der verschiedenen Arten, Antriebsenergie zu erzeugen, betrifft. Die zylindrische Form, wobei das Gehäuse bevorzugt aus einem gewickelten Faserwerkstoff, insbesondere CFK oder GFK, gebildet ist, ermöglicht eine stabile Unterbringung von gasförmigen Brennstoffen, insbesondere von Wasserstoff oder komprimiertem Erdgas. Die stabile äußere Form und die bevorzugt vorgesehene Verwendung von gewickeltem Faserwerkstoff, der beispielsweise als Wickelrohr vorliegen kann, bringt jedoch auch für andere Energieträger Vorteile mit sich, nachdem aufgrund der robusten Ausgestaltung der Energiespeicher auch an grundsätzlich beispielsweise bei Unfällen gefährdeteren Orten angeordnet werden kann.
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Konkret kann vorgesehen sein, dass die Speicherzellen auf wenigstens einer den Querschnitt des Innenraums senkrecht zur Zylinderlängsrichtung im Wesentlichen ausfüllenden, kreisförmigen Platine angeordnet sind. Es ist mithin vorgesehen, elektrische Speicherzellen, mithin typische Batteriezellen, die insbesondere selbst zylindrisch ausgebildet sein können, auf einer kreisförmigen Platine anzuordnen, so dass Module entstehen. Diese Module können in dem zylindrischen Gehäuse eingebaut werden. Die Zahl der vorhandenen Module bestimmt dann letztlich die Speicherkapazität für elektrische Energie und legt fest, welcher Teilraum für den zweiten, gasförmigen oder flüssigen Energieträger verbleibt. In anderen Worten kann also vorgesehen sein, dass bei mehreren Platinen diese gemeinsam mit den darauf angeordneten elektrische Speicherzellen ein Batteriemodul bilden und in Zylinderlängsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind. Dies ermöglicht es also, den Bauraum innerhalb des Gehäuses in Abhängigkeit von der gewünschten elektrischen Speicherkapazität einfach zu skalieren.
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Entsprechend betrifft die Erfindung schließlich auch ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers mit in Zylinderlängsrichtung aufeinanderfolgend im Gehäuse angeordneten Batteriemodulen, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein elektrischer Batterieanteil vorgegeben wird, anhand des Batterieanteils einer Anzahl von Batteriemodulen ausgewählt wird, der Innenraum mit den Batteriemodulen aufgefüllt wird und der restliche Innenraum als der Behälter für den gasförmigen oder flüssigen Energieträger ausgebildet wird. Hierzu kann beispielsweise die Gehäusewand um einen entsprechenden Behälterboden seitens der Batteriemodule ergänzt werden und dergleichen. So ist es mithin möglich, anhand einer Vorgabe den Anteil elektrischer Energieträger und entsprechend von Brennstoffen individuell anzupassen.
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Insgesamt beschreibt die vorliegende Erfindung also die Möglichkeit, Energiespeicher zu standardisieren, so dass ein einheitliches Bauraumangebot seitens der Kraftfahrzeuge für Energiespeicher unterschiedlicher Art gegeben ist. Durch die Möglichkeit, auch Energiespeicher zu schaffen, die unterschiedliche Energieträger beheimaten, bieten sich Möglichkeiten zur individuellen Feinabstimmung. Durch die klare Definition der Schnittstellen zwischen dem Energiespeicher und dem Kraftfahrzeug können Energiespeicher für Energieträger unterschiedlicher Art auf die gleiche Art und Weise montiert und demontiert werden, sei es bei der Herstellung des Kraftfahrzeugs oder im Kundendienst.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 einen Energiespeicher,
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2 ein Batteriemodul für einen Energiespeicher,
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3 einen teilweise offen gezeigten, als Hochspannungs-Batterie ausgebildeten Energiespeicher,
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4 einen teilweise geöffnet gezeigten Energiespeicher für elektrische Energieträger und Brennstoffe, und
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5 Eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Systems.
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1 zeigt eine Außenansicht eines Energiespeichers 1, der ersichtlich ein zylindrisches Gehäuse 2 aufweist und unterschiedliche Energieträger enthalten kann, vorliegend elektrische Speicherzellen, gasförmige Brennstoffe und/oder flüssige Brennstoffe. Für alle diese Arten von Energieträgern und auch, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, Kombinationen aus diesen Energieträgern, ist das äußere Erscheinungsbild des Gehäuses 2 zumindest insofern gleich, dass sich die Ausdehnungen und Befestigungsvorrichtungen zum Verbau an einer Verbauposition innerhalb eines Kraftfahrzeugs entsprechen. Das bedeutet, die Verbauposition in dem Kraftfahrzeug ist auf die entsprechenden Ausdehnungs- und Befestigungseigenschaften des Energiespeichers abgestimmt, wobei vorliegend beispielhaft Nuten 3 in der Oberfläche des Gehäuses 2 gezeigt sind, die mit Führungsschienen an der Verbauposition korrespondieren, und ferner Verschraubungsvorrichtungen 4 angedeutet sind. Es sei angemerkt, dass selbstverständlich auch andere Arten von Befestigungsvorrichtungen verwendet werden können.
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Nicht näher gezeigt sind in 1 der Übersichtlichkeit halber Anschlussvorrichtungen, mithin Zu- und Ableitungen für Brennstoffe und/oder Anschlüsse für elektrische Energie, welchen aber standardisierte Positionen auf der Oberfläche des Gehäuses 2 zugeordnet sind, die den Positionen entsprechender Anschlussvorrichtungen seitens der Verbauposition entsprechen.
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2 zeigt ein Batteriemodul 5, welches eine kreisförmige Platine 6 mit darauf angeordneten elektrischen Speicherzellen 7 umfasst. Die Flächenausdehnung der Platine 6 ist dabei so gewählt, dass der Hohlraum im Inneren des zylindrischen Gehäuses 2 möglichst vollständig durch das Batteriemodul 5 genutzt wird.
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Wie 3 für das Beispiel eines als Hochspannungs-Batterie dienenden Energiespeichers 1a zeigt, können in dem dort aufgeschnitten gezeigten Gehäuse 2 die Batteriemodule 5 in Zylinderlängsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet werden.
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Die Verwendung von Batteriemodulen 5 schafft die Möglichkeit, auch Energiespeicher zu schaffen, in denen Batteriemodule und ein Behälter für einen Brennstoff vorliegen, mithin in einem einzigen Energiespeicher 1 Energieträger unterschiedlicher Art vorgesehen sein können.
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Eine beispielhafte Ausgestaltung zeigt die Prinzipskizze der 4 für einen Energiespeicher 1b, zu dessen einem Ende zwei Batteriemodule 5 in Zylinderlängsrichtung aufeinanderfolgend im Gehäuse 2 angeordnet sind. Durch einen eingesetzten, gewölbten Behälterboden 8 wird im restlichen Teilraum des Innenraums des Gehäuses 2 ein Behälter 9 gebildet, der zur Veranschaulichung auch hier offen dargestellt ist.
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Je nach Wahl der Anzahl der Batteriemodule 5 verbleibt mithin ein Teilraum, der als Behälter 9 genutzt werden kann, im Ausführungsbeispiel der 4 als Behälter 9 für gasförmige Brennstoffe, insbesondere komprimiertes Erdgas oder Wasserstoff.
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Es sei angemerkt, dass in allen hier gezeigten Ausführungsbeispielen das Gehäuse 2 auf der Basis eines CFK-Wickelrohrs gebildet ist, was nicht nur die notwendige Stabilität zur Speicherung von komprimierten, gasförmigen Brennstoffen zur Verfügung stellt, sondern die Robustheit auch bei anderen Energieträgern, beispielsweise flüssigen Brennstoffen wie Benzin oder Diesel, und elektrischen Energiezellen deutlich erhöht, so dass insbesondere auch ein Verbau in kritischen Bereichen, beispielsweise im Motorraum eines Kraftfahrzeugs, möglich ist.
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5 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes System und die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im erfindungsgemäßen System. Dieses umfasst ersichtlich Kraftfahrzeuge 10, die vorliegend beispielhaft jeweils zwei Verbaupositionen 11 für Energiespeicher aufweisen. Die Verbaupositionen 11 sind bei allen Kraftfahrzeugen 10 gleich ausgestaltet und auf die Ausdehnung und die Befestigungsvorrichtungen des Gehäuses 2 der ebenso zum System gehörenden Energiespeicher 1 abgestimmt. Die Energiespeicher 1 können dabei selbstverständlich in Energiespeicher unterschiedlicher Art, die mithin unterschiedliche Energieträger enthalten, unterteilt werden, wobei vorliegend Energiespeicher 1a als reine Hochspannungs-Batterien (vgl. 3), Energiespeicher 1b als Kombinationen von Hochspannungs-Batterien und Behältern für gasförmige Brennstoffe, vgl. 4, gezeigt sind. Energiespeicher 1c können beispielsweise solche sein, in denen das Gehäuse 2 vollständig als Behälter für flüssige, herkömmliche Brennstoffe ausgebildet ist. Selbstverständlich sind auch eine Vielzahl weiterer Arten von Energiespeichern 1 denkbar, die alle gemein haben, dass das Gehäuse 2 in den Ausdehnungen und Befestigungsvorrichtungen gleich ausgebildet ist. Das bedeutet, jeder der Energiespeicher 1 ist geeignet, in die Verbaupositionen 11 der Kraftfahrzeuge 10 verbaut zu werden.
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Bestellt nun beispielsweise eine Person ein von den Energieträgern individuell auf ihn zugeschnittenes Kraftfahrzeug 10a, gibt er hierzu eine Vorgabe 12, die anzeigt, welche Verteilung von Energieträgern die Person wünscht. Vorliegend möchte die Person die Hälfte des vorhandenen Verbauraums für herkömmlichen Kraftstoff, mithin flüssigen Brennstoff, verwenden, gleichzeitig soll das Kraftfahrzeug 10a jedoch auch in der Lage sein, mit komprimiertem Erdgas zu fahren und es soll Leistung durch elektrische Speicherzellen zur Verfügung gestellt werden. Mithin wird vorliegend anhand der Vorgabe 12 ein Energiespeicher 1c und ein Energiespeicher 1b, gegebenenfalls wie bezüglich 4 erläutert angepasst, ausgewählt, und die Energiespeicher 1b, 1c werden an den Verbaupositionen 11 im Kraftfahrzeug 10a verbaut, wie in 5 unten angedeutet ist.
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Dabei ergeben sich beim Einbau für die diesen durchführende Person keinerlei Unterschiede, da die Montage für alle denkbaren Energiespeicher 1 in den standardisierten Verbaupositionen 11 immer gleich verläuft. Sollte sich die die Vorgabe 12 gebende Person umentscheiden und andere Energieträger bzw. eine andere Verteilung von Energieträgern wünschen, können eine oder beide der Energiespeicher 1b, 1c auch wieder ausgebaut und durch andere Energiespeicher 1 ersetzt werden.
