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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Fahrzeuge, zum Beispiel Automobile und leichte Lastwagen nach dem Stand der Technik, haben eine Karosserie, deren Funktion darin besteht, Insassen und zusätzliches Gepäck aufzunehmen und während der Fahrt zu transportieren und zu schützen. Karosserien sind mit zahlreichen mechanischen, elektrischen und strukturellen beziehungsweise tragenden Komponenten verbunden, die in Kombination mit einer Karosserie ein voll funktionsfähiges Fahrzeug bilden. Ein Fahrwerk des Kraftfahrzeugs und ein mit dem Fahrwerk verbundener Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs sorgen für den Vortrieb des Kraftfahrzeuges. Das Fahrwerk mit seinen Antriebswellen und seinen an den Antriebswellen aufgenommenen Rädern überträgt die mechanische Arbeit des Antriebstrangs zumeist rotierend auf die Fahrbahn. Der Vortrieb eines Kraftfahrzeugs ist das Ergebnis einer Relativbewegung und nach Lagrange'scher Betrachtung zwischen der feststehenden Fahrbahn und dem Kraftfahrzeug abhängig einer Beschleunigung und damit der zeitlichen Veränderung der Relativgeschwindigkeit zwischen feststehender Fahrbahn und dem Kraftfahrzeug.
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Eine erste Hauptkomponente eines konventionellen Antriebstrangs ist ein Antriebsaggregat, in Form eines Verbrennungsmotors mit seinen so genannten Nebenaggregaten wie bspw. Einspritzanlage, Kühlwasserpumpe, Fremdgaseinspritzungsanlage, usw. Auch ein eine thermodynamische Leistung des Verbrennungsmotors steigerndes Aufladeaggregat wie zum Beispiel Abgasturbolader oder mechanisch betriebener Kompressor ist den Nebenaggregaten zuzuordnen. Mit anderen Worten umfasst die erste Hauptkomponente sämtliche zum Betrieb des Verbrennungsmotors notwendigen Aggregate einschließlich des Verbrennungsmotors selbst.
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Dieser ersten Hauptkomponente sind des Weiteren zuzuordnen Brennstoff /Treib-, Aufbereitungs-, Zündungs-, Umwandlungs- und Abführungssysteme beziehungsweise Vorbehandlungs-, Nachbereitungskomponenten wie zum Beispiel Pumpe-Düse-Systeme, Common-Rail, Injektions-Systeme, Abgasrückführ-Komponenten und -Systeme, Abgas-Katalyse-Systeme, Auspuff-Anlage mit Dämpfungs- und Nachreinigungs-Komponenten.
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Weitere der ersten Hauptkomponente zuzuordnende Bauteile sind Kühlsysteme wie zum Beispiel Motorkühlsysteme (Ladeluftkühler, Wasserkühler, Ölkühler usw.) und zum Beispiel Klima-Anlagen inklusive der Klima-Kühlstoffe für die Belüftung der Fahrgastzelle sowie Heizsysteme für die Innenraum-Beheizung aber auch Motor-Temperatur-Regelung.
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Damit eine Leistung des Verbrennungsmotors auf die Straße übertragen werden kann, ist die erste Hauptkomponente mit Hilfe einer zweiten Hauptkomponente mit der Antriebswelle verbunden.
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Die zweite Hauptkomponente umfasst ein Übersetzungsmodul, mit Hilfe dessen es möglich ist, eine Drehzahl einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors zu übersetzen und auf die Antriebswelle zu übertragen. Dabei kann die zweite Hauptkomponente in Form eines Schaltgetriebes mit einer Kupplung oder in Form eines Automatikgetriebes mit einem entsprechenden Wandler ausgebildet sein.
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Eine dritte Hauptkomponente, das Fahrwerk, weist die Antriebswelle oder, je nach Antriebsart mehrere Antriebswellen und ein Übertragungsmodul auf. Das Übertragungsmodul bildet sämtliche Bauteile, welche notwendig sind eine Ausgangswelle der zweiten Hauptkomponente mit der Antriebswelle zu verbinden. Dazu gehören bspw. Achsgetriebe, Radlager, Feder-Dämpfer-Systeme, Hinterachsträger, Integralträger, usw. Weitere Fahrwerkkomponenten sind zum Beispiel Federungssysteme, Dämpfungssysteme, Radaufhängung und -Lagerung, Räder, Reifen und Lenkung. Aktuelle Fahrzeuge sind mit elektrohydraulischen Lenkverstärkungskomponenten ausgerüstet.
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Der dritten Hauptkomponenten ebenfalls zugeordnet sind Bremssysteme zuzüglich der Assistenzsysteme wie zum Beispiel Antiblockiersysteme oder auch Einzelrad-Beschleunigungssysteme zur optimalen Drehmomentverteilung.
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Eine vierte Hauptkomponente sind sämtliche Hilfs-, Betriebs- und Schmierstoffe, welche zum Betrieb der übrigen Hauptkomponenten notwendig sind. Es sind bekannt die Reinigungskomponenten wie zum Beispiel Scheibenreinigungsanlagen inklusive ihrer Betriebs- und Hilfsstoffe.
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Eine fünfte Hauptkomponente ist als Motor- und Fahrzeugsteuermodul ausgebildet und umfasst sämtliche zur Motor- und Fahrzeugsteuerung benötigten Komponenten zusätzlich der benötigten Hard - und Software zur Informationsverarbeitung und -weiterleitung (Can-Bus).
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Energiewandler in Form technischer insbesondere elektrochemischer Systeme wie bspw. Brennstoffzellen, Stromabnehmer in galvanischen Zellen, Elektrolyseure und Batterien sind ebenfalls bekannt.
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Weiterhin bekannt sind Elektromotoren unterschiedlichster Bauarten inklusive ihrer Bestromung, Inverter-Technologien, die Gleich- in Wechselstrom umwandeln, Transformatoren wie zum Beispiel Gleichstrom-Gleichstrom-Wandler, Steuergeräte für unterschiedliche Steuerapplikationen inklusive Regelungsfunktionen, Sensoren für herkömmliche Fahrzeuge mit unterschiedlichen Anwendungsspektren. All das ist bereits entwickelt und in Anwendung für Bordstromversorgung (zum Beispiel 12 Volt und 24 Volt) in Fahrzeugen aber auch für höher bis Hoch-Volt-Anwendung wie zum Beispiel für elektrische Antriebskomponenten von Fahrzeugen.
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Elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen wenigstens einen Elektromotor zum Antrieb von wenigstens einem Antriebsrad des Fahrzeugs auf. Die für den Antrieb des wenigstens eines Elektromotors erforderliche elektrische Energie kann hierbei auf unterschiedlichen Wegen bereitgestellt werden. So sind beispielsweise Fahrzeuge bekannt, bei denen die elektrische Energie mit Hilfe einer Batterie (eines Akkumulators) bereitgestellt wird und solche, bei denen die elektrische Energie mit Hilfe einer Brennstoffzelle bereitgestellt wird.
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Da bei einem Betrieb eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs Betriebszustände mit ganz unterschiedlichen Anforderungen in Bezug auf die benötigte oder auch rückgewinnbare elektrische Energie gegeben sein können (zum Beispiel konstante Fahrt, geringe, mittlere oder starke positive oder negative Beschleunigungen), sind weiter elektrisch betriebene Fahrzeuge bekannt, die zwei Stromversorgungsquellen aufweisen, mit Hilfe derer unterschiedlichen Betriebszuständen besser gerecht werden kann, als dies mit nur einer Stromversorgungsquelle der Fall ist.
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Es sind auch Fahrzeuge und mobile Systeme bekannt, die mit einer Brennstoffzelle und einer Batterie als Energiewandler ausgerüstet sind. Der Triebstrang besteht aus mindestens einem Elektromotor, aus mindestens einem Getriebe, aus mindestens einer Leistungselektrik, aus mindestens einer Leistungselektronik, aus mindestens einer Steuerungselektronik und aus mindestens einem Hochdruck-Tanksystem und konventionellen Bauteilen.
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Es sind auch Fahrzeuge und mobile Systeme bekannt, die mit mindestens einem Verbrennungsmotor und mindestens einem Treibstoff-Behältnis, das gasförmigen Treibstoff beinhaltet, ausgestattet sind.
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Für Batterie- beziehungsweise Akkumulator- beziehungsweise Traktionsbatteriesysteme in mobilen Anwendungen sind belüftete und gas- und flüssigkeitstemperierte Varianten bekannt. Je nach Bauraumbedarf werden sie zum Beispiel in einer flachen Konstruktion im Unterbodenbereich oder in Räumen innerhalb des Fahrzeugs installiert. Varianten mit Vorrichtungen zur Vermeidung von mechanischen Einwirkungen von außen und/oder mit mechanischen Verstärkungen für den Fall von zum Beispiel Crashsituationen sind ebenfalls bekannt.
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DE102015203952A1 zu Traktionsbatterie-Gehäusen: „Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuseteil (1) für eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs. Ein erster Teilbereich des Batteriegehäuseteils (1) ist aus einem Kunststoff und zumindest ein zweiter Teilbereich aus einem davon verschiedenen Werkstoff ausgebildet. Auf diese Weise lässt sich eine hohe Steifigkeit des Batteriegehäuseteils (1) bei gleichzeitig geringem Gewicht erzielen. Der zumindest eine zweite Teilbereich aus einem andersartigen Werkstoff kann gezielt dort vorgesehen werden, wo er den größten Vorteil hinsichtlich der Steifigkeit des Batteriegehäuseteils (1) ermöglicht. Die Verwendung eines Kunststoffs für andere Teilbereiche des Batteriegehäuseteils (1) ermöglicht es, dessen Gewicht gering zu halten.“
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DE202012104339U1 zu Traktionsbatterie-Gehäusen: „Batteriegehäuseteil für eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, mit - einem Aufnahmekörper (1), in welchem die Traktionsbatterie aufnehmbar ist, wobei der Aufnahmekörper (1) wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmaterial besteht und der Aufnahmekörper eine der Traktionsbatterie zugewandte Innenfläche (2) und eine dieser gegenüberliegende Außenfläche (3) aufweist, - einem ersten flächigen Element (4) für die Abschirmung eines Umgebungsbereichs des Batteriegehäuseteils und/oder für die Abschirmung der Traktionsbatterie vor elektromagnetischer Strahlung, wobei das erste flächige Element (4) wenigstens teilweise aus einem Material aus Kupfer und/oder Aluminium besteht, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein weiteres flächiges Element (5) vorgesehen ist, wobei das weitere flächige Element (5) wenigstens teilweise aus einem weichmagnetischen Material besteht und/oder das erste flächige Element (4) zusätzlich aus einem weichmagnetischen Material besteht.“
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DE102014204209A1 zu Traktionsbatterie-Wärmemanagement: “ Ein modulares Wärmemanagementsystem für eine Batterie in einem Elektrofahrzeug wird bereitgestellt. Das Wärmemanagementsystem weist ein Batteriemodul mit mehreren Modulöffnungen zum Leiten eines Wärmetauschfluids auf, um eine Temperatur in einer Traktionsbatterie zu regeln. Das Wärmemanagementsystem weist auch einen Verteiler mit mehreren Anschlussöffnungen auf, die mit den mehreren Modulöffnungen übereinstimmen. Ein Haltemerkmal ist an dem Verteiler oder dem Batteriemodul zum Befestigen des Verteilers an dem Batteriemodul angeordnet, um sicherzustellen, dass die Anschlussöffnungen fluidisch an den Modulöffnungen abgedichtet bleiben.“
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen.
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Die Erfindung besteht im Wesentlichen aus einem Behälter/Gehäuse, bestehend aus mindestens einem Hohlzylinder-Teil. Der Behälter/das Gehäuse kann in Länge, Innen- und Außendurchmesser und in seiner Wanddicke variieren. Die Wanddicke kann entlang der Längsachse des Behälters/Gehäuses und an den Enden des Behältnisses variieren. Die Enden können als ein- oder mehrteilige Anbauteile, zum Beispiel als Deckel, oder als Teil des Behälters/Gehäuses gleicher oder unterschiedlicher Form dargestellt werden.
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In 1 (1) sind in einer schematischen Prinzipdarstellung beispielhaft die charakteristischen Maße eines Behälters/Gehäuses mit hohlen, halbkugelförmigen Deckeln dargestellt. Der Behälter/das Gehäuse wird geometrisch im Wesentlichen beschrieben durch die Länge (1), den Außendurchmesser (2), den Innendurchmesser (3), die Radien der Deckel (4) und die Wanddicke, die sich bei zum Beispiel gleichmäßiger Wanddicke über eine Subtraktion von Innen- und Außendurchmesser berechnen lässt.
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Die Wand des Behälters/Gehäuses kann aus unterschiedlichen Ein-Werkstoffen (zum Beispiel Eisen-Legierungen) oder mehreren unterschiedlichen Werkstoffen (zum Beispiel Kunststoff und Faserverbundwerkstoffe) bestehen. Die Wand kann Beschichtungen auf Teilen der Innenwandung und/oder auf Teilen der der Außenwand aufweisen.
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Die Außenwand des Behälters/Gehäuses ist so beschaffen, dass eine funktionsgerechte Fixierung des Behälters/Gehäuses zum Beispiel mit Gurten und Aufnahmen zum Beispiel am Fahrzeugunterboden realisiert werden kann. Jede weitere Fixierung nach dem Stand der Technik ist möglich und realisierbar.
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Der Innenraum des Behältnisses kann aus einem oder mehreren Räumen bestehen. Die Räume können Funktionen gleicher oder unterschiedlicher Art übernehmen und/oder unterschiedlichen Betriebs-/Hilfsmedien oder -stoffen und/oder Bauteilen und/oder Komponenten und/oder Subsystemen und/oder Systemen Raum bieten.
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Denkbare unterschiedliche Funktionen des Innenraums/der Innenräume können zum Beispiel die Funktionen einer Druckkammer und/oder einer Temperaturkammer und/oder einer Bauteilträgerkammer und/oder einer Strömungskammer für zum Beispiel einen Temperaturaustausch/-ausgleich zur Regulierung des Thermohaushalts sein. Zusätzlich kann den Bauteilen, Komponenten, Subsystemen und/oder Systemen Schutz vor mechanischen Schäden und zugleich Schutz vor Außenbedingungen geboten werden. Der Innenraum/die Innenräume kann/können auch zum Schutz vor gefährlichen austretenden zum Beispiel Substanzen, wie Elektrolyte usw., Kurzschlussströme, Flammenübergriffe, Feuer, schmelzende Werkstoffe usw. verwendet werden.
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Der Innenraum ermöglicht somit eine vielfältige Nutzung des Behälters. So kann er zum Beispiel auch als Treibstoffbehältnis oder Aufnahme für Subsysteme, zum Beispiel Brennstoffzellensystem, oder Aufnahme für Komponenten und/oder Bauteile, zum Beispiel Leistungselektronik, verwendet werden.
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Die Behälter/Gehäuse für Bauteile, Komponenten, Subsysteme und/oder Systeme können leistungsabhängig und/oder fahrzeugklassenspezifisch ausgelegt und dimensioniert werden.
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Es folgt eine Beschreibung eines Verfahrens und Produkts zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen ausgeführt für Behälter/Gehäuse für ein Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Traktionsbatterie/- akkumulator, als Behälter/Gehäuse für ein Brennstoffzellensystem, als Treibstoffbehälter und als Behälter/Gehäuse für weitere Teil- und/oder Subsysteme.
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Ein Personenkraftwagen verfügt zum Beispiel über ein Energiewandlersystem, zum Beispiel ein Brennstoffzellensystem inklusive Treibstoffbehältnis, dessen bereitgestellte elektrische Energie in einem Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Traktionsbatterie/- akkumulator, zwischengespeichert und situationsgerecht wieder zum Beispiel dem Bordnetz und/oder dem elektrischen Antrieb und/oder systemexternen Netzen zur Verfügung gestellt werden kann. Traktionsbatterie/-akkumulator, Brennstoffzellensystem und Treibstoffbehältnis sind mit Behältern/Gehäusen gemäß dem Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen ausgeführt.
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Leistungselektronik kann zwischengeschaltet werden, um zum Beispiel mehrere Systeme mit unterschiedlichen Spannungszuständen zu kombinieren. Das Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Traktionsbatterie/-akkumulator, kann auch extern gemäß Stand der Technik zugeführte Energie zwischenspeichern und zeitverzögert der mobilen Anwendung oder auch systemexternen Netzen, zum Beispiel dem öffentlichen Versorgungsnetz, bereitstellen.
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Eine bedarfsgerechte Bereitstellung und/oder Zwischenspeicherung von Energie in zum Beispiel einem Personenkraftwagen, wird zum Beispiel von einer zentralen Regel-/Steuerungseinheit inklusive Regel-/Steuerungsprogramm realisiert.
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In 2 ist in einer Prinzipdarstellung beispielhaft ein möglicher Aufbau eines solchen Fahrzeugs am Beispiel Personenkraftwagen mit Behältern/Gehäusen gemäß dem Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen dargestellt. Die mobile Anwendung, zum Beispiel Personenkraftwagen (8), verfügt demnach über ein Energiewandlersystem, zum Beispiel Brennstoffzellensystem (5), ein Treibstoffbehältnis (6), das über Treibstoffleitungen (7) mit dem Energiewandlersystem, zum Beispiel Brennstoffzellensystem (5), verbunden ist, ein Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Traktionsbatterie/-akkumulator inklusive Batterie-Management-System und Regel-/Steuerungsprogramm nach Stand der Technik (9), einen Elektromotor (10), eine Leistungselektronik (11) und eine zentrale Regel-/Steuerungseinheit inklusive Regel-/Steuerungsprogramm (12). Mittels elektrischer Leitungen (13) ist die Leistungselektronik (11) so mit dem Energiewandlersystem, zum Beispiel Brennstoffzellensystem (5), dem Elektromotor (10) und dem Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Traktionsbatterie/-akkumulator inklusive Batterie-Management-System und Regel-/Steuerungsprogramm nach Stand der Technik (9) verbunden, dass die Leistungselektronik (11) jeweils zwischen den Komponenten geschaltet ist. Die zentrale Regel-/Steuerungseinheit inklusive Regel-/Steuerungsprogramm (12) ist mittels Daten-/lnformationsleitungen (14) mit der Leistungselektronik (11), dem Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Traktionsbatterie/-akkumulator inklusive Batterie-Management-System und Regel-/Steuerungsprogramm nach Stand der Technik (9), dem Energiewandlersystem, zum Beispiel Brennstoffzellensystem (5), und dem Elektromotor (10) vernetzt. Treibstoffbehältnis (6), Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Traktionsbatterie/-akkumulator inklusive Batterie-Management-System und Regel-/Steuerungsprogramm nach Stand der Technik (9), Energiewandlersystem, zum Beispiel Brennstoffzellensystem (5), und weitere Bauteile, Komponenten und/oder Subsysteme (17) sind als Behälter/Gehäuse gemäß dem Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen ausgeführt beziehungsweise in solchen Behältern/Gehäusen installiert. Mittels einer Leitung zum Regel-/Steuerungssystem des Gesamstsystems (16) sind die Bauteile, Komponenten, Subsysteme und Systeme mit dem Gesamtsystem des Fahrzeugs vernetzt.
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Es folgt eine Beschreibung eines beispielhaften Behälters/Gehäuses gemäß dem Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen für ein Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Traktionsbatterie/- akkumulator.
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Der Behälter/das Gehäuse kann in diesem Fall aus zum Beispiel mehreren Komponenten bestehen und verfügt über mindestens eine hohle zylindrische Form mit mindestens einem Deckel, die zusammen den Behälter/das Gehäuse bilden. Im Innenraum (Zellraum) befindet sich mindestens eine Batterie-/Akkumulatorzelle (Zelle) zur Energiezwischenspeicherung.
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Batteriezellen im Zellraum haben zum Beispiel eine zylindrische Form. Batteriezellen sind zum Beispiel in umfassenden, teilgeschlossenen Lagern/Aufnahmen gelagert. Der Zellraum ist zum Beispiel mit einem Thermomedium, das einen Wärmetransport und/oder eine Wärmeleitung zur Regulierung des Thermohaushalts realisieren kann, gefüllt. Die Lager/Aufnahmen lassen einen Stoffaustausch und/oder Strömungen im Zellraum zu. Das Thermomedium im Zellraum kann zum Beispiel alleine oder zusammen mit einem Wärmetauscher-System eine passive oder aktive Temperierung des Zellraums und/oder von Komponenten realisieren. Das Thermomedium hat zum Beispiel zusätzlich Eigenschaften, die den instabilen Zustand (zum Beispiel Flammpunkt) einer Oxidation (Verbrennung) verhindern und/oder unterdrücken und/oder die Batteriezellen vor einem energetisch betrachtet höchstens metastabilen Zustand bewahren. Mit anderen Worten wird der Aktivierungspunkt einer exothermen Reaktion in den Zellen verhindert und damit technisch gesehen ein thermisches Durchgehen der Zellspannung verhindert. Das Thermomedium verteilt auch die entstehende Wärme gleichmäßiger, sodass lokale Temperaturspitzen möglichst schnell abgebaut werden oder gar nicht entstehen können.
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Für den Fall, dass ein thermisches Durchgehen der Zellspannung entsprechend oben beschriebener Weise auftritt, sind Behälter/Gehäuse und Thermomedium so beschaffen, dass sie exothermen Reaktionen mindestens so lange standhalten, bis das System in einen abgesicherten und damit für den Nutzer/Anwender des Systems unkritischen Zustand versetzt wurde. Mit anderen Worten soll zum Beispiel das Schmelzen des Behälters/Gehäuses so lange verhindert werden und damit zum Beispiel eine Oxidation im Zellraum verbleiben, bis das System sicher für den Anwender/Nutzer abgeschaltet werden kann.
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Der Behälter/das Gehäuse kann neben der Funktion eines thermischen Schutzmantels zusätzlich auch die Funktion des Standhaltens der maximal zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen unter anderem auch im Falle eines Fahrzeugunfalls erfüllen. Zusätzlich kann zum Beispiel der Behälter/das Gehäuse zum Beispiel Eigenschaften aufweisen, die die sicherheitsrelevante mechanische Stabilität auch bei minimal und maximal zu erwartenden Temperaturen sicherstellen.
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Die Deckel können die gleichen thermomechanischen Eigenschaften aufweisen wie der Behälter/das Gehäuse und der Innenraum. Anschlüsse für externe Systeme, zum Beispiel Wärmetauscher-System zur Heizung/Kühlung des Zellraums, und/oder zum Beispiel Komponenten eines zum Beispiel Batterie-Management-Systems können zum Beispiel in/an/auf den Deckeln installiert sein. Die Deckel können unterschiedliche Formen aufweisen. Anschlüsse für externe Systeme können so positioniert sein, dass sie von außen erreichbar sind.
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Für Montage und Wartungsarbeiten ist mindestens einer der Deckel vom zylindrischen Teil mittels mindestens einer Fügstelle wie zum Beispiel Innen-/Außengewinde an Deckel und zylindrischem Teil demontierbar.
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Der Behälter/das Gehäuse für die Traktionsbatterie/-akkumulator verfügt über ein Batterie-Management-System inklusive Regel-/Steuerungsprogramm, das die situationsgerechte Zwischenspeicherung beziehungsweise zeitliche Bereitstellung von Energie regelt/steuert. Dazu sind die Zellen im Zellraum mit dem Batterie-Management-System so verbunden/vernetzt, dass eine Regelung/Steuerung realisiert werden kann. Das Batterie-Management-System kann zum Beispiel in einem Hohlraum in einem halbkugelförmigen Deckel installiert werden, der zum Beispiel mittels eins Mediums im Zellraum und eines externen Wärmetauscher-Systems aktiv temperiert wird, zum Beispiel auch mit Hilfe von Kühlrippen.
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Das Batterie-Management-System umfasst zusätzlich mindestens einen digitalen Anschluss für Daten-/lnformationssysteme und mindestens einen elektrischen Anschluss. Die Anschlüsse sind so positioniert, dass sie von außen erreichbar sind.
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Sind mindestens zwei Zellen im Zellraum vorhanden, können diese Zellen parallel und/oder in Reihe geschaltet werden.
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Das Volumen, die Beschaffenheit und die Form des Behälters/Gehäuses sowie die Wanddicken können unterschiedlich sein, über das gesamte Behältnis und die Einzelkomponenten variieren und jeweils an den Anwendungsfall angepasst werden.
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Anzahl, Form und Größe sowie Lagerung/Aufnahme der Zellen im Zellraum können in Abhängigkeit vom Anwendungsfall variieren und angepasst werden.
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In 3 ist in einer Prinzipdarstellung ein Querschnitt durch eine beispielhafte Ausführung eines Behälters/Gehäuses gemäß dem Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen für Akkumulatorzellen (Zellen) inklusive Batterie-Management-System dargestellt. Demnach verfügt der Behälter/das Gehäuse über einen Zellraum, zum Beispiel mit Flüssigkeit gefüllt (17), der von einem Behälter/Gehäuse (18) umgeben ist, 16 Zellen (19), die in Lagern/Aufnahmen für die Zellen (20) gelagert sind. Die Komponenten des Batterie-Management-Systems inklusive Regel-/Steuerungsprogramm nach Stand der Technik (21) sind in einem Deckel installiert und mittels einer Platte vom Zellraum getrennt. Mittels Kühlrippen (22) werden die Komponenten des Batterie-Management-Systems inklusive Regel-/Steuerungsprogramm nach Stand der Technik (21) im Deckel gekühlt. Die Zellen (19) sind mittels elektrischer Leitungen (25) miteinander und mit den Komponenten des Batterie-Management-Systems inklusive Regel-/Steuerungsprogramm nach Stand der Technik (21) direkt oder indirekt verbunden und in diesem Beispiel in Reihe geschaltet. Das Batterie-Management-System verfügt über einen digitalen Anschluss (23) und einen elektrischen Anschluss (24) für externe Systeme. Die Deckel sind mittels Gewinde (26) aufgeschraubt. Je ein Anschluss für einen externen Kühl-/Heizkreislauf mit Ventil (27) ist in jedem der beiden Deckel installiert. Der angeschlossene externe Kühl-/Heizkreislauf verfügt über einen Wärmetauscher (29), der die Flüssigkeit heizen oder kühlen kann, und eine Pumpe (28).
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen darzustellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein bereits existierendes System damit ausgerüstet werden kann. Genauso wie dass ein neues System mit diesen Attributen aufgebaut werden kann.
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Ein signifikanter Vorteil des Verfahrens und Produkts zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen ist die Vereinheitlichung von Funktionsformen und damit die Möglichkeit der Standardisierung. Somit kann auch zum Beispiel der Unterbodenraum/das Fahrwerk von Fahrzeugen an Standardformen angepasst werden.
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Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass Fahrzeugkonzepte, zum Beispiel mit Unterbodenkonstruktion, gleichförmiger beziehungsweise standardisierter gestaltet werden können.
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Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit der Standardisierung von leistungsklassen- und/oder fahrzeugtypenspezifischen Behältern/Gehäusen gemäß dem Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen.
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Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist die hohe mechanische Festigkeit einer mit Flüssigkeit gefüllten zylindrischen Form gegen mechanische Beanspruchungen von außen.
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Ein Vorteil dieser Erfindung ist die Standardisierung von Behältern sodass ein Ausbau/Einbau von ganzen (Sub-)Systemen für Montage und Wartung vereinfacht wird, da wenige große Behälter/Gehäuse am/vom Rohbau (de-)montiert werden müssen, die alle Bauteile, Komponenten, Systeme und/oder Subsysteme enthalten.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die Lagerung der in der Regel zylindrischen Batteriezellen in einem zylindrischen Gehäuse der Bauraum innerhalb des Gehäuses besser genutzt wird als bei einem zum Beispiel quaderförmigen Gehäuse.
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Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung ist, dass gerade die zylindrische Form von Gastanks für zum Beispiel Wasserstoff schon entwickelt und erprobt ist und dadurch die Anwendung dieser Form auf weitere Bauteile, Komponenten, Systeme und/oder Subsysteme übertragbar ist.
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Ein weiterer signifikanter Vorteil dieses Verfahrens und dieses Produkts ist, dass Vereinheitlichung von Funktionsformen alternative Marktprodukte in der Sparte der Energiebereitstellungs- und -wandlungssysteme zu einer validen Alternative gegenüber heute etablierter Konkurrenzprodukte dargestellt werden können. Signifikantester Vorteil ist die Annahme der damit CO2-neutralen Produkte durch den Nutzer/Anwender, da auch die Preise der Applikationen auf dem Markt geringer sind.
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Somit ist eine technische Lösung angegeben für ein Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen.
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Mit anderen Worten wird die genannte Aufgabe gelöst durch die Vereinheitlichung von Funktionsformen, die zum Beispiel abgeleitet werden können vom zum Beispiel Tankbehältnis für Betriebs-/Kraftstoffe wie zum Beispiel Gase wie zum Beispiel Wasserstoff.
- 1 in einer Prinzipdarstellung sind die charakteristischen Maße eines Behälters mit hohlen, halbkugelförmigen Deckeln dargestellt.
- 2 in einer Prinzipdarstellung ist ein möglicher Aufbau eines Personenkraftwagens mit dem Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen dargestellt.
- 3 in einer Prinzipdarstellung ist ein Querschnitt durch ein beispielhaft ausgeführtes Verfahren und Produkt zur Vereinheitlichung von Funktionsformen in brennstoffzellenbetriebenen Fahrzeugen als Behälter für ein Energiezwischenspeichersystem dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Länge
- 2
- Außendurchmesser
- 3
- Innendurchmesser
- 4
- Radien der Deckel
- 5
- Energiewandlersystem, zum Beispiel Brennstoffzellensystem
- 6
- Treibstoffbehältnis
- 7
- Treibstoffeitung
- 8
- Mobile Anwendung, zum Beispiel Personenkraftwagen
- 9
- Energiezwischenspeichersystem, zum Beispiel Traktionsbatterie/-akkumulator inklusive Batterie-Management-System und Regel-/Steuerungsprogramm nach Stand der Technik
- 10
- Elektromotor
- 11
- Leistungselektronik
- 12
- Zentrale Regel-/Steuerungseinheit inklusive Regel-/Steuerungsprogramm
- 13
- Elektrische Leitung
- 14
- Daten-/Informationsleitung
- 15
- Weitere Bauteile, Komponenten und/oder Subsysteme
- 16
- Leitung zum Regel-/Steuerungssystem des Gesamstsystems
- 17
- Zellraum, zum Beispiel mit Flüssigkeit
- 18
- Behälter/Gehäuse
- 19
- Zelle
- 20
- Lager/Aufnahmen für die Zellen
- 21
- Komponenten des Batterie-Management-Systems inklusive Regel- /Steuerungsprogramm nach Stand der Technik
- 22
- Kühlrippen
- 23
- Digitaler Anschluss
- 24
- Elektrischer Anschluss
- 25
- Elektrische Leitung
- 26
- Gewinde
- 27
- Anschluss für einen externen Kühl-/Heizkreislauf mit Ventil
- 28
- Pumpe
- 29
- Wärmetauscher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015203952 A1 [0019]
- DE 202012104339 U1 [0020]
- DE 102014204209 A1 [0021]
