DE102017201299A1

DE102017201299A1 - Brennstoffzellenfahrzeug

Info

Publication number: DE102017201299A1
Application number: DE102017201299.4A
Authority: DE
Inventors: Julian Cebrian; Norbert Deixler; Richard Eiletz; Sebastian Gielisch; Roland König; Robert Loch; Udo Ochner; Alexander-Wilhelm Otte; Martin Waldmann; Christoph Warkotsch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-01-27
Filing date: 2017-01-27
Publication date: 2018-08-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug (1) mit einem Brennstoffzellensystem (10) und einem Hinterwagen (2), welcher eine Hinterachse (3), einen ersten Tank (7) und einen zweiten Tank (8) zum Speichern eines Brennstoffs für einen Brennstoffzellenstapel (9) des Brennstoffzellensystems (10) umfasst, wobei eine jeweilige Längsachse der Tanks (7, 8) in Fahrzeugquerrichtung (y) verläuft. Das Brennstoffzellenfahrzeug (1) weist eine elektrische Maschine (4) zum Antreiben der Hinterachse (3) auf, wobei der erste Tank (7) in Fahrzeuglängsrichtung (x) vor der elektrischen Maschine (4) und der zweite Tank (8) in Fahrzeuglängsrichtung (x) hinter der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem und einem Hinterwagen, welcher eine Hinterachse sowie einen ersten Tank und einen zweiten Tank zum Speichern eines Brennstoffs für einen Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems umfasst. Eine jeweilige Längsachse der Tanks verläuft in Fahrzeugquerrichtung.
Ein Brennstoffzellenfahrzeug mit wenigstens zwei quer angeordneten Tanks im Hinterwagen ist beispielsweise in der US 7 481 411 B2 beschrieben. Hierbei ist zwischen zwei der Quertanks ein Karosseriequerträger angeordnet. Bei einem derartigen Fahrzeug mit Frontantrieb sind entsprechende Limitierungen bezüglich der Fahrdynamik vorhanden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Brennstoffzellenfahrzeug bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Brennstoffzellenfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Das erfindungsgemäße Brennstoffzellenfahrzeug umfasst ein Brennstoffzellensystem und einen Hinterwagen. Der Hinterwagen umfasst eine Hinterachse, einen ersten Tank und einen zweiten Tank. Die Tanks dienen dem Speichern eines Brennstoffs, welcher einem Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems zuführbar ist. Eine jeweilige Längsachse der Tanks verläuft in Fahrzeugquerrichtung. Das Brennstoffzellenfahrzeug weist eine elektrische Maschine zum Antreiben der Hinterachse auf. Hierbei sind der erste Tank in Fahrzeuglängsrichtung vor der elektrischen Maschine und der zweite Tank in Fahrzeuglängsrichtung hinter der elektrischen Maschine angeordnet. Aufgrund des durch die elektrische Maschine bewirkbaren Hinterradantriebs lässt sich eine verbesserte Fahrdynamik realisieren.
Zugleich ist aufgrund des Vorsehens von zwei Tanks für den Brennstoff eine besonders große Reichweite realisierbar. Beispielsweise kann mittels des in den beiden Tanks gespeicherten Brennstoffs eine Reichweite des Brennstoffzellenfahrzeugs von mehr als 400 Kilometern sichergestellt werden. Die Tanks können insbesondere als Drucktanks für Wasserstoff als Brennstoff ausgebildet sein.
Bei dem Brennstoffzellenfahrzeug ist zudem vorzugsweise kein Tunnel vorgesehen, welcher ansonsten zur Unterbringung eines Tanks genutzt werden könnte. Daher kann das Brennstoffzellenfahrzeug im Hinblick auf das Bereitstellen von fünf Sitzplätzen und im Hinblick auf die Sitzposition eines Fahrers und eines Beifahrers vorteilhaft ausgebildet werden. Durch das Vorsehen der beiden quer verlaufenden Tanks kann nämlich auf einen in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichteten Tank verzichtet werden. Dadurch entfällt auch die Teilung eines Bauraums im Unterboden und unter den Rücksitzen des Brennstoffzellenfahrzeugs in zwei Hälften. Eine solche Teilung würde sich bei einem mittig angeordneten, sich in die Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Tank beziehungsweise Tunneltank ergeben. Es lässt sich also bei dem Brennstoffzellenfahrzeug ein ebener Innenraumboden realisieren, wie er etwa bei einem batterieelektrischen Fahrzeug (BEV, Battery Electric Vehicle) vorgesehen sein kann. Zudem ist eine langstreckentaugliche, emissionsfreie Mobilität erreichbar.
Es lässt sich also bei besonders geringen Herstellkosten eine im Hinblick auf den für Fahrzeuginsassen zur Verfügung stehenden, komfortablen Innenraum besonders große, durch Betreiben des Brennstoffzellensystems zurücklegbare Reichweite realisieren. Selbst wenn das Brennstoffzellenfahrzeug als Fahrzeug mit Allradantrieb ausgebildet ist, lässt sich durch das Vorsehen der zwei Tanks beziehungsweise Drucktanks eine Reichweite durch Nutzung des gespeicherten Brennstoffs von mehr als 400 Kilometern erreichen. Dies gilt insbesondere bei Ausbildung des Brennstoffzellenfahrzeugs als Geländewagen (SUV) der Kompaktklasse oder Mittelklasse.
Vorzugsweise weist der zweite Tank ein Volumen auf, welches gleich groß oder größer ist als ein Volumen des ersten Tanks. Denn in Fahrzeuglängsrichtung hinter der elektrischen Maschine lässt sich bei einem Hinterwagen mit gegebener Länge leichter ein Tank mit einem größeren Volumen unterbringen. Beispielsweise kann der erste Tank zum Speichern von etwa 3 Kilogramm Wasserstoff bei etwa 700 bar ausgebildet sein, und der zweite Tank kann zum Speichern von mehr als 3 Kilogramm Wasserstoff bei etwa 700 bar ausgebildet sein.
Aufgrund des Vorsehens des ersten Tanks und des zweiten Tanks mit dem vergleichsweise großen Volumen lässt sich zudem eine optimierte Karosseriestrukturgestaltung realisieren. Es kann nämlich ein dritter Tank vor einem Fersenblech entfallen. Dies führt zu einer besonders großen Bewegungsfreiheit von Fahrzeuginsassen im Fahrgastraum. Des Weiteren lassen sich trotz des vergleichsweise großen Volumens des zweiten Tanks zwischen dem zweiten Tank und einem Querträger für einen Stoßfänger Deformationselemente, insbesondere Schaumelemente, anordnen. Auf diese Weise lässt sich die Integration des zweiten Tanks hinter der Hinterachse im Hinblick auf einen Heckaufprall optimieren.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der erste Tank in Fahrzeuglängsrichtung zwischen einem Fersenblech und der elektrischen Maschine angeordnet ist. So lässt sich das zum Sicherstellen einer besonders großen Reichweite vorzusehende Tankvolumen in Bezug auf den Innenraum optimal in das Brennstoffzellenfahrzeug integrieren.
Vorzugsweise ist ein Innenraumboden des Brennstoffzellenfahrzeugs von einer Stirnwand des Brennstoffzellenfahrzeugs bis zu einem Fersenblech im Wesentlichen eben ausgebildet. Hierbei ist unterhalb des Innenraumbodens ein elektrischer Energiespeicher angeordnet. Auf diese Weise lässt sich der Bauraum unterhalb des Innenraumbodens vorteilhaft zur Unterbringung des großflächigen und zugleich flachen elektrischen Energiespeichers nutzen. Das Vorsehen des elektrischen Energiespeichers führt dazu, dass mittels der elektrischen Energie des Energiespeichers ebenfalls eine besonders große Reichweite des Brennstoffzellenfahrzeugs sichergestellt werden kann.
Hierfür kann sich der elektrische Energiespeicher in Fahrzeuglängsrichtung von der Stirnwand zumindest bis zu dem Fersenblech erstrecken. Zusätzlich oder alternativ kann sich der elektrische Energiespeicher in Fahrzeugquerrichtung von einem ersten Schweller bis zu einem dem ersten Schweller gegenüberliegenden zweiten Schweller erstrecken. Durch einen derartigen, großflächigen elektrischen Energiespeicher beziehungsweise Flachspeicher kann beispielsweise eine rein elektrisch zurücklegbare Reichweite des Brennstoffzellenfahrzeugs von mehr als 100 Kilometern erreicht werden.
Zusammen mit der durch Betreiben des Brennstoffzellensystems realisierbaren Reichweite kann das Brennstoffzellenfahrzeug insbesondere eine Strecke von mehr als 500 Kilometern emissionsfrei zurücklegen. Dies gilt bevorzugt bei Ausbildung des Brennstoffzellenfahrzeugs als Geländewagen (SUV) der Kompaktklasse oder Mittelklasse.
Der elektrische Energiespeicher kann insbesondere als Hochvolt-Flachspeicher ausgebildet sein, wie er auch in einem Plug-in-Hybridfahrzeug oder Steckdosenhybridfahrzeug zum Einsatz kommen kann. Dementsprechend lässt sich der elektrische Energiespeicher bevorzugt durch Anschließen an ein Stromnetz laden. Durch die Möglichkeit, den elektrischen Energiespeicher an einem Stromnetz zu laden, ergibt sich eine Nutzbarkeit von verfügbarer Lade-Infrastruktur, insbesondere im urbanen Bereich.
Dadurch ergibt sich eine besonders große Flexibilität im Hinblick auf die Infrastruktur. Es kann nämlich so einerseits die Ladeinfrastruktur zum Laden des elektrischen Energiespeichers genutzt werden als auch andererseits ein Tankstellennetz zum Befüllen des ersten Tanks und des zweiten Tanks. Des Weiteren lässt sich durch Ausbildung des elektrischen Energiespeichers als Hochvolt-Flachspeicher eine besonders hohe Fahrleistung bereitstellen, beispielsweise mehr als 300 kW elektrische Leistung. Hierbei sorgt die elektrische Maschine zum Antreiben der Hinterachse für eine besonders gute Fahrdynamik.
Aufgrund der hohen Kommunalität bei der Anordnung des elektrischen Energiespeichers unterhalb des Innenraumbodens mit Fahrzeugvarianten in Form von batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) und Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen (PHEV) lässt sich zudem das Brennstoffzellenfahrzeug mit Elektroantrieb mit besonders geringem Aufwand realisieren. Dies liegt insbesondere daran, dass der elektrische Energiespeicher als Hochvoltspeicher ausgebildet sein kann, wie er auch bei dem Plug-in-Hybridfahrzeug mit verbrennungsmotorischem Antrieb oder bei dem batterieelektrischen Fahrzeug zum Einsatz kommt.
Insbesondere die Anordnung der beiden Tanks im Hinterwagen ermöglicht das Bereitstellen eines zusammenhängenden Bauraums für den großen, flachen elektrischen Energiespeicher, welcher unterhalb des Innenraumbodens angeordnet ist. Dadurch lässt sich eine besonders große zusätzliche elektrisch zurücklegbare Reichweite realisieren und auch eine große elektrische Fahrleistung. Des Weiteren sorgt der besonders große elektrischer Energiespeicher dafür, dass Kühllastspitzen besonders gut abgepuffert werden können. Wenn nämlich beispielsweise das Brennstoffzellenfahrzeug einen Anhänger zieht und/oder eine Steigung hinauffährt, so braucht nicht allein das Brennstoffzellensystem die hierfür erforderliche elektrische Leistung bereitzustellen. Vielmehr kann ein Teil dieser Leistung aus dem elektrischen Energiespeicher bezogen werden. Dies führt dazu, dass das Brennstoffzellensystem weniger stark belastet wird und so auch einen geringeren Kühlbedarf hat.
Vorzugsweise ist der elektrische Energiespeicher von einem Rahmen eingefasst, welcher zum Festlegen an wenigstens einem Karosseriebauteil des Brennstoffzellenfahrzeugs ausgebildet ist. Entsprechend können Schnittstellen beispielsweise in Form von Verschraubungsstellen vorgesehen sein, mittels welchen sich der Rahmen und somit der elektrische Energiespeicher gut und einfach an der Karosserie des Brennstoffzellenfahrzeugs befestigen lässt. Insbesondere kann so sichergestellt werden, dass Karosseriebauteile, wie sie für ein Plug-in-Hybridfahrzeug mit Verbrennungsmotor beziehungsweise für ein batterieelektrisches Fahrzeug zum Einsatz kommen, auch für das vorliegend beschriebene Brennstoffzellenfahrzeug verwendet werden können. Es lässt sich also eine hohe Kommunalität des insbesondere als Flachspeicher ausgebildeten elektrischen Energiespeichers mit einem kommunalen beziehungsweise gemeinsamen Rahmen inklusive Schnittstellen zur Karosserie realisieren.
Vorzugsweise ist der Schwerpunkt der im Hinterwagen angeordneten elektrischen Maschine in Fahrzeuglängsrichtung vor einem Mittelpunkt von an der Hinterachse angeordneten Rädern angeordnet. Entsprechend ist die im Hinterwagen angeordnete elektrische Maschine vergleichsweise weit vorne im Hinterwagen platziert beziehungsweise nach vorne gedreht. Dadurch kann der in Fahrtrichtung gesehen hinter der elektrischen Maschine angeordnete zweite Tank möglichst weit vorn im Hinterwagen angeordnet werden. Dann ergibt sich hinter dem zweiten Tank genügend Raum für einen freien Deformationsweg im Falle eines Heckcrashs oder Heckaufpralls.
Vorzugsweise ist in einem Vorderwagen des Brennstoffzellenfahrzeugs eine weitere elektrische Maschine zum Antreiben einer Vorderachse des Brennstoffzellenfahrzeugs angeordnet. Auf diese Weise lässt sich ein, insbesondere am Stromnetz aufladbares, Brennstoffzellenfahrzeug mit Allradantrieb bereitstellen. Dies ist einer guten Fahrdynamik des Brennstoffzellenfahrzeugs in besonders weitgehendem Maße zuträglich.
Vorzugsweise ist zumindest der Brennstoffzellenstapel des Brennstoffzellensystems in Fahrzeughochrichtung oberhalb der weiteren elektrischen Maschine angeordnet. So ergibt sich für das gesamte Antriebssystem im Vorderwagen eine besonders kompakte Bauform in Fahrzeuglängsrichtung. Dies sorgt zum einen für eine günstige Abströmung von Kühlluft hinter einem Kühlpaket beziehungsweise Kühler und zum anderen für eine kurze blockbildende Länge während eines Frontalcrashs oder Frontalaufpralls.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn der Schwerpunkt der weiteren elektrischen Maschine in Fahrzeuglängsrichtung vor einem Mittelpunkt von an der Vorderachse angeordneten Rädern angeordnet ist. So lässt sich eine besonders tiefe Lage der weiteren elektrischen Maschine realisieren. Dies stellt wiederum besonders viel Bauraum zum Anordnen von Komponenten des Brennstoffzellensystems oberhalb der weiteren elektrischen Maschine zur Verfügung, insbesondere zum Anordnen des Bren nstoffzellenstapels.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Lenkgestänge einer Lenkung des Brennstoffzellenfahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung hinter einem Mittelpunkt der Räder der Vorderachse angeordnet sein. Dadurch lässt sich sicherstellen, dass das Lenkgestänge die Anordnung eines großen Kühlpakets oder Kühlers vor dem Brennstoffzellenstapel mit darunter liegender elektrischer Maschine beziehungsweise Antriebsmaschine nicht behindert. Die Lenkung verblockt also nicht.
Vorzugsweise umfasst die Vorderachse wenigstens einen Querlenker mit zumindest einer Druckstrebe. Durch eine derartige Druckstreben-Vorderachse im Vorderwagen lässt sich eine besonders tiefliegende Anordnung der weiteren elektrischen Maschine realisieren.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine Fahrwerksstruktur des Brennstoffzellenfahrzeugs einen im Bereich der Hinterachse angeordneten Querträger umfasst, welcher eine dem zweiten Tank zugewandte Fläche aufweist. Hierbei kann durch eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung der zweite Tank mit der Fläche in Anlage gebracht werden. Es kann also im Crashfall für eine flächige Anlage des zweiten Tanks an dem Querträger gesorgt werden. Entsprechend ergibt sich eine für einen Heckaufprall besonders günstige Ausgestaltung.
Vorzugsweise weist ein Längsträger einer Karosserie des Brennstoffzellenfahrzeugs einen sich von der im Hinterwagen angeordneten elektrischen Maschine bis zu einem Querträger für einen Stoßfänger erstreckenden Abschnitt auf. Der Abschnitt ist in Fahrzeughochrichtung im Wesentlichen krümmungsfrei ausgebildet. Durch einen derartigen, optimierten Längsträgerverlauf lässt sich eine gewichtsoptimierte Aufnahme von Lasten bei einem Heckaufprall realisieren, selbst wenn eine vergleichsweise kurze Deformationszone vorgesehen ist. Dies liegt daran, dass der Längsträger in diesem Abschnitt in Fahrzeughochrichtung keinen Bogen aufweist, da kein störender Hinterachsträger im Weg ist, über welchen der Abschnitt des Längsträgers geführt zu werden braucht. Diese Reduzierung eines bogenmäßigen Verlaufs des Längsträgers sorgt für eine besonders gute Lastaufnahme durch den Längsträger bei einem Heckaufprall.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Hinterachse eine Doppelquerlenkeranordnung aufweist, welche direkt an wenigstens ein Karosseriebauteil des Brennstoffzellenfahrzeugs angebunden ist. Durch eine derartige Doppelquerlenker-Hinterachse mit direkter Fahrwerksanbindung lässt sich ein minimaler Abstand zwischen dem zweiten Tank und der im Hinterwagen angeordneten elektrischen Maschine realisieren. Bei einer gegebenen Länge des Hinterwagens lässt sich so ein besonders großer Durchmesser des zweiten Tanks realisieren.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung ein Brennstoffzellenfahrzeug mit zwei quer liegenden Wasserstofftanks im Hinterwagen und einem im Vorderwagen des Brennstoffzellenfahrzeugs angeordneten Brennstoffzellensystem;
2 in einer teilweise geschnittenen schematischen Darstellung den Hinterwagen des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß 1; und
3 in einer teilweise geschnittenen schematischen Darstellung den Vorderwagen des Brennstoffzellenfahrzeugs gemäß 1.

Ein in 1 schematisch und beispielhaft gezeigtes Brennstoffzellenfahrzeug 1 ist als Fahrzeug mit Allradantrieb ausgebildet. In Varianten des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 kann jedoch auch lediglich ein Hinterradantrieb vorgesehen sein. Vorliegend umfasst das Brennstoffzellenfahrzeug 1 einen Hinterwagen 2, in welchem eine angetriebene Hinterachse 3 angeordnet ist. Zum Antreiben der Hinterachse 3 ist im Hinterwagen 2 eine elektrische Maschine 4 vorgesehen, welche in 2 teilweise geschnitten dargestellt ist. Eine Leistungselektronik etwa in Form eines Inverters 5 ist oberhalb der elektrischen Maschine 4 angeordnet. Die elektrische Maschine 4 befindet sich in Fahrzeugquerrichtung y und in Fahrzeuglängsrichtung x zwischen zwei Hinterrädern 6 des Brennstoffzellenfahrzeugs 1.
Im Hinterwagen 2 des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 sind ein erster Tank 7 und ein zweiter Tank 8 angeordnet, welche dem Speichern eines Brennstoffs wie etwa Wasserstoff dienen. Der Brennstoff aus den Tanks 7, 8 kann einem Brennstoffzellenstapel 9 eines Brennstoffzellensystems 10 (vergleiche 3) des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 zugeführt werden. In Fahrzeuglängsrichtung x, also vom Heckbereich zum Frontbereich des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 gesehen, ist vorliegend der erste Tank 7 vor der elektrischen Maschine 4 angeordnet. Der zweite Tank 8 ist demgegenüber in Fahrzeuglängsrichtung x hinter der elektrischen Maschine 4 angeordnet. Eine jeweilige Längsachse der Tanks 7, 8 verläuft hingegen in Fahrzeugquerrichtung y. Die beiden Tanks 7, 8 sind dementsprechend quer liegend vor und hinter der angetriebenen Hinterachse 3 angeordnet. Mittels des in den Tanks 7, 8 gespeicherten Wasserstoffs lässt sich durch Betreiben des Brennstoffzellensystems 10 bevorzugt eine Reichweite des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 von mehr als 400 Kilometern bei einem mittleren Verbrauch realisieren.
Das Brennstoffzellensystem 10 ist vorliegend in einem Vorderwagen 11 des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 angeordnet. Hierbei liegt vorzugsweise der Brennstoffzellenstapel 9 oberhalb einer weiteren elektrischen Maschine 12 (vergleiche 3), welche bei der vorliegend beispielhaft gezeigten Ausbildung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 als Fahrzeug mit Allradantrieb dem Antreiben einer Vorderachse des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 dient.
Der Brennstoffzellenstapel 9 weist bevorzugt eine größere Erstreckung in Fahrzeugquerrichtung y als in Fahrzeuglängsrichtung x auf. So kann das zwischen Vorderrädern 13 des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 angeordnete Brennstoffzellensystem 10 besonders gut den zwischen den Vorderrädern 13 vorhandenen Bauraum ausnutzen.
Unterhalb eines (in 1 nicht gezeigten) Innenraumbodens des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 erstreckt sich von einer Stirnwand 14 (vergleiche 3) bis zu einem Fersenblech 37 (vergleiche 2) des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 ein elektrischer Energiespeicher 15. Der elektrische Energiespeicher 15 ist vorliegend als flacher beziehungsweise flachbauender Hochvoltspeicher ausgebildet. Die in dem elektrischen Energiespeicher 15 speicherbare elektrische Energie ist bevorzugt ausreichend, um mit dem Brennstoffzellenfahrzeug 1 bei einem mittleren Verbrauch eine Strecke von mehr als 100 Kilometern zurückzulegen. Dies lässt sich vorliegend besonders einfach dadurch realisieren, dass sich der elektrische Energiespeicher 15 in Fahrzeuglängsrichtung x von der Stirnwand 14 bis zu dem Fersenblech erstreckt und in Fahrzeugquerrichtung y von einem ersten Schweller einer Karosserie des Brennstoffzellenfahrzeugs bis zu einem dem ersten Schweller gegenüberliegenden zweiten Schweller.
Batteriemodule des elektrischen Energiespeichers 15 weisen vorzugsweise eine Mehrzahl von elektrisch parallel geschalteten und/oder in Reihe geschalteten Batteriezellen auf. Diese Batteriemodule des elektrischen Energiespeichers 15 sind von einem Rahmen 16 eingefasst. Der Rahmen 16 weist Schnittstellen zu der Karosserie des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 auf. So kann beispielsweise ein in Fahrzeuglängsrichtung x verlaufendes Rahmenteil 17 an dem ersten Schweller befestigt werden, insbesondere verschraubt werden, und ein gegenüberliegendes Rahmenteil 18 an dem gegenüberliegenden zweiten Schweller. In entsprechender Weise ist ein vorderer Rahmenteil 19 des Rahmens 16 zum Befestigen an der Stirnwand 14 (vergleiche 3) ausgebildet.
Der als Flachspeicher ausgebildete elektrische Energiespeicher 15 lässt sich bevorzugt über ein Stromnetz laden. Dementsprechend weisen der Rahmen 16 beziehungsweise Energiespeicherrahmen und der Flachspeicher beziehungsweise elektrische Energiespeicher 15 eine hohe Kommunalität zu Fahrzeugvarianten auf, welche als Plug-in-Hybridfahrzeug mit verbrennungsmotorischem Antrieb beziehungsweise als batterieelektrisches Fahrzeug ausgebildet sind. Auch der strukturelle Verbund über beispielsweise Verschraubungen durch den elektrischen Energiespeicher 15 beziehungsweise Hochvoltspeicher in eine Bodengruppe des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 ist dementsprechend kommunal beziehungsweise für die genannten unterschiedlichen Fahrzeugvarianten in gleicher Weise verwendbar ausgebildet.
In 2 ist der hinter der elektrischen Maschine 4 angeordnete Tank 8 schematisch gezeigt. Des Weiteren ist ein Bauraum 20 veranschaulicht, in welchem der zweite Tank 8 angeordnet ist. Innerhalb dieses Bauraums 20 lassen sich zusätzlich zu dem zweiten Tank 8 besonders gut Deformationselemente wie etwa Schaumteile oder dergleichen anordnen, welche dem Schutz des zweiten Tanks 8 insbesondere bei einem Heckaufprall des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 dienen. Aus der Ansicht in 2 ist des Weiteren ersichtlich, dass auch die Anordnung der elektrischen Maschine 4 an der Hinterachse 3 im Hinblick auf einen Heckaufprall optimiert ist. Darüber hinaus ist der Hinterwagen 2 im Hinblick auf die Integration der Tanks 7, 8 optimiert. So befindet sich der Schwerpunkt 21 der elektrischen Maschine 4 in Fahrzeuglängsrichtung x vor einem Mittelpunkt 22 der Hinterräder 6 des Brennstoffzellenfahrzeugs 1. Des Weiteren liegt die elektrische Maschine 4 besonders tief, und der Inverter 5 ist oberhalb der elektrischen Maschine 4 angeordnet.
Auch die Hinterachse 3 ist im Hinblick auf den Bauraum optimiert und als hochbauende Hinterachse 3 mit zwei Doppelquerlenkern 23 ausgebildet. Die Doppelquerlenker 23 sind direkt an die Karosserie des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 angebunden, sodass eine direkte Fahrwerksanbindung gewährleistet ist. Entsprechend kann auf einen Hinterachsträger verzichtet werden. So kann ein besonders geringer Abstand des zweiten Tanks 8 zu der elektrischen Maschine 4 realisiert werden. Bei einer gegebenen Länge des Hinterwagens 2 erlaubt dies eine Maximierung des Durchmessers des zweiten Tanks 8.
Auch die Fahrwerksstruktur im Hinterwagen 2 ist optimiert ausgelegt. So weist ein im Bereich der Hinterachse angeordneter Querträger 24 des Fahrwerks eine Anlagefläche 25 auf, welche dem zweiten Tank 8 zugewandt ist. Die Anlagefläche 25 ist hierbei durch eine Wand des vorliegend im Querschnitt dreieckigen Querträgers 24 bereitgestellt. Im Falle eines Heckaufpralls kommt es so zu einer flächigen Anlage des zweiten Tanks 8 an dem Querträger 24 im Bereich der Anlagefläche 25.
Die wie vorliegend beschrieben ausgebildete Hinterachse 3 ermöglicht des Weiteren einen optimierten Verlauf eines Längsträgers 26 der Karosserie des Brennstoffzellenfahrzeugs 1. Wie aus 2 ersichtlich ist, weist der Längsträger 26 einen Abschnitt 27 auf, welcher sich in etwa von einem vorderen Ende der elektrischen Maschine 24 bis zu einem Querträger 28 für einen Stoßfänger des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 erstreckt. In diesem Abschnitt 27 verläuft der Längsträger 26 gerade beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung z krümmungsfrei. Dies liegt daran, dass der Abschnitt 27 des Längsträgers 26 nicht über einen störenden Hinterachsträger geführt zu werden braucht, um mit dem Querträger 28 für den Stoßfänger verbunden zu werden. Ein üblicher, bogenmäßiger Verlauf des Längsträgers 26 wird somit reduziert. Auch bei einer kurzen Deformationszone ergibt sich so eine gewichtsoptimierte Aufnahme des Lastniveaus bei einem Heckcrash beziehungsweise Heckaufprall.
Anhand von Fig. 3 lässt sich die Ausbildung des Vorderwagens 11 des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 besonders gut erläutern. Eine Lenkspindel 29 einer Lenkung des Brennstoffzellenfahrzeugs 1, welches als Linkslenker oder als Rechtslenker ausgebildet sein kann (vergleiche 1), tritt durch die Stirnwand 14 hindurch. Ein Lenkgestänge 30 der Lenkung ist in Fahrzeuglängsrichtung x hinter einem Mittelpunkt der Vorderräder 13 angeordnet. Demgegenüber ist der Schwerpunkt 31 der im Vorderwagen 11 angeordneten weiteren elektrischen Maschine 12 vor dem Mittelpunkt der Vorderräder 13 angeordnet. Die hinten liegende Lenkung ermöglicht ein ungestörtes Abströmen von Kühlluft 35 von einem Kühlpaket 36 oder Kühler des Brennstoffzellenfahrzeugs 1 hin zum Fahrzeugunterboden. Die abströmende Kühlluft 35 ist in 3 durch einen Pfeil veranschaulicht.
Neben der Anordnung des Lenkgestänges 30 sorgt auch die Lenkeranordnung der Vorderachse für einen möglichst freien Luftpfad der Kühlluft 35. Hierfür ist die Vorderachse bevorzugt als Druckstreben-Vorderachse ausgebildet und weist somit bevorzugt wenigstens einen Querlenker mit zumindest einer Druckstrebe auf.
Auch bei der im Vorderwagen 11 angeordneten elektrischen Maschine 12 ist bevorzugt eine Leistungselektronik beispielsweise in Form eines Inverters 32 oberhalb der elektrischen Maschine 12 angeordnet. Oberhalb dieses Inverters 32 befindet sich wiederum der Brennstoffzellenstapel 9 des Brennstoffzellensystems 10. In einem in 3 schematisch gezeigten Bauraum 33 des Brennstoffzellensystems 10 befinden sich bevorzugt übliche Peripheriekomponenten des Brennstoffzellensystems 10. Beispielsweise können in diesem Bauraum 33 ein Kompressor zum Verdichten von dem Brennstoffzellenstapel 9 zuzuführender Zuluft, wenigstens ein Befeuchter, Leitungen für eine Anodengas-Rezirkulation und dergleichen angeordnet sein. Ein Teil dieses von dem Brennstoffzellensystem 10 eingenommenen Bauraums 33 befindet sich im Bereich zwischen der elektrischen Maschine 12 und der Stirnwand 14.
Auch ein Inverter 34 des Brennstoffzellensystems 10 (vergleiche 1) befindet sich bevorzugt in dem in 3 schematisch gezeigten Bauraum 33 und hierbei bevorzugt oberhalb der elektrischen Maschine 12. Der Inverter 34 kann insbesondere an dem Brennstoffzellenstapel 9 angeordnet sein.
In dem Vorderwagen 11 mit dem niedrig bauenden elektrischen Antrieb befindet sich dementsprechend die elektrische Maschine 12 vergleichsweise weit vorne und der Verbau des Brennstoffzellensystems 10 und insbesondere des Brennstoffzellenstapels 9 erfolgt quer oberhalb der elektrischen Maschine 12.
Bezugszeichenliste

1: Brennstoffzellenfahrzeug
2: Hinterwagen
3: Hinterachse
4: elektrische Maschine
5: Inverter
6: Hinterrad
7: Tank
8: Tank
9: Brennstoffzellenstapel
10: Brennstoffzellensystem
11: Vorderwagen
12: elektrische Maschine
13: Vorderrad
14: Stirnwand
15: elektrischer Energiespeicher
16: Rahmen
17: Rahmenteil
18: Rahmenteil
19: Rahmenteil
20: Bauraum
21: Schwerpunkt
22: Mittelpunkt
23: Doppelquerlenker
24: Querträger
25: Anlagefläche
26: Längsträger
27: Abschnitt
28: Querträger
29: Lenkspindel
30: Lenkgestänge
31: Schwerpunkt
32: Inverter
33: Bauraum
34: Inverter
35: Kühlluft
36: Kühlpaket
37: Fersenblech
x: Fahrzeuglängsrichtung
y: Fahrzeugquerrichtung
z: Fahrzeughochrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7481411 B2 [0002]

Claims

Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem (10) und einem Hinterwagen (2), welcher eine Hinterachse (3), einen ersten Tank (7) und einen zweiten Tank (8) zum Speichern eines Brennstoffs für einen Brennstoffzellenstapel (9) des Brennstoffzellensystems (10) umfasst, wobei eine jeweilige Längsachse der Tanks (7, 8) in Fahrzeugquerrichtung (y) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoffzellenfahrzeug (1) eine elektrische Maschine (4) zum Antreiben der Hinterachse (3) aufweist, wobei der erste Tank (7) in Fahrzeuglängsrichtung (x) vor der elektrischen Maschine (4) und der zweite Tank (8) in Fahrzeuglängsrichtung (x) hinter der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Tank (8) ein Volumen aufweist, welches gleich groß oder größer ist als ein Volumen des ersten Tanks (7) und/oder der erste Tank (7) in Fahrzeuglängsrichtung (x) zwischen einem Fersenblech (37) und der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Tank (7) in Fahrzeuglängsrichtung (x) zwischen einem Fersenblech (37) und der elektrischen Maschine (4) angeordnet ist
Brennstoffzellenfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraumboden des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) von einer Stirnwand (14) des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) bis zu einem Fersenblech (37) im Wesentlichen eben ausgebildet ist, wobei unterhalb des Innenraumbodens ein elektrischer Energiespeicher (15) angeordnet ist, welcher sich in Fahrzeuglängsrichtung (x) von der Stirnwand (14) zumindest bis zu dem Fersenblech (37) erstreckt und/oder sich in Fahrzeugquerrichtung (y) von einem ersten Schweller bis zu einem dem ersten Schweller gegenüberliegenden zweiten Schweller erstreckt.
Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (15) von einem Rahmen (16) eingefasst ist, welcher zum Festlegen an wenigstens einem Karosseriebauteil des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) ausgebildet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (21) der im Hinterwagen (2) angeordneten elektrischen Maschine (4) in Fahrzeuglängsrichtung (x) vor einem Mittelpunkt (22) von an der Hinterachse (3) angeordneten Rädern (6) angeordnet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Vorderwagen (11) des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) eine weitere elektrische Maschine (12) zum Antreiben einer Vorderachse des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) angeordnet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Brennstoffzellenstapel (9) des Brennstoffzellensystems (10) in Fahrzeughochrichtung (z) oberhalb der weiteren elektrischen Maschine (12) angeordnet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (31) der weiteren elektrischen Maschine (12) in Fahrzeuglängsrichtung (x) vor einem Mittelpunkt von an der Vorderachse angeordneten Rädern (13) angeordnet ist und/oder ein Lenkgestänge (30) einer Lenkung des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) in Fahrzeuglängsrichtung (x) hinter einem Mittelpunkt von Rädern (13) der Vorderachse angeordnet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderachse wenigstens einen Querlenker mit zumindest einer Druckstrebe umfasst.
Brennstoffzellenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fahrwerksstruktur des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) einen im Bereich der Hinterachse (3) angeordneten Querträger (24) umfasst, welcher eine dem zweiten Tank (8) zugewandte Fläche (25) aufweist, wobei durch eine unfallbedingte Kraftbeaufschlagung der zweite Tank (8) in Anlage mit der Fläche (25) bringbar ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Längsträger (26) einer Karosserie des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) einen sich von der im Hinterwagen (2) angeordneten elektrischen Maschine (4) bis zu einem Querträger (28) für einen Stoßfänger erstreckenden Abschnitt (27) aufweist, welcher in Fahrzeughochrichtung (z) im Wesentlichen krümmungsfrei ausgebildet ist.
Brennstoffzellenfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hinterachse (3) eine Doppelquerlenkeranordnung (23) aufweist, welche direkt an wenigstens ein Karosseriebauteil des Brennstoffzellenfahrzeugs (1) angebunden ist.