DE102018201666A1

DE102018201666A1 - Speicheranordnung für ein Hybridfahrzeug

Info

Publication number: DE102018201666A1
Application number: DE102018201666.6A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Kramer
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2019-08-08
Also published as: CN110116614A; US10807480B2; US20190241081A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Speicheranordnung (300) für ein Hybridfahrzeug, mit einer oder mehreren Batterieeinheiten (100) zur Versorgung einer Antriebseinrichtung des Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie und mit mindestens zwei zylindrischen Fluidtanks (200, 250). Dabei sind zumindest ein erster Fluidtank (200) und ein zweiter Fluidtank (250) einen Zwischenraum (350) ausbildend, zueinander benachbart angeordnet, wobei mindestens eine Batterieeinheit (100) innerhalb des Zwischenraums (350) und/oder den Zwischenraum (350) ausfüllend angeordnet ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Batterieeinheit (100) zur Versorgung einer Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeugs, insbesondere zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Speicheranordnung. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung eines oder mehrerer Zwischenräume (350) zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten und/oder angrenzenden näherungsweise kreiszylindrischen Fluidtanks zur Anordnung von einer oder mehrerer Batterieeinheiten (100).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speicheranordnung für ein Hybridfahrzeug (d.h. Kombination aus verbrennungsmotorischem Antrieb und batterieelektrischem Antrieb oder auch Brennstoffzellen-Antrieb mit Traktionsbatterie) mit mindestens einer Batterieeinheit und mindestens zwei zylindrischen Fluidtanks nach Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Batterieeinheit, insbesondere zur Verwendung in einer Speicheranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 sowie die Verwendung eines Zwischenraums zwischen zwei oder mehr zylindrischen Fluidtanks zur Aufnahme einer oder mehrerer Batterieeinheiten mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Im Bereich der Automobil- und Kraftfahrzeugindustrie werden gasförmige Brennstoffe, insbesondere aufgrund ihres geringeren CO₂-Ausstoßes im Vergleich zu flüssigen Brennstoffen, immer beliebter. Gasförmige Brennstoffe können in Fahrzeugen eingesetzt werden, die ausschließlich mit einem Verbrennungsmotor angetrieben werden („Natural Gas Vehicles“ = NGV) oder auch in Hybrid-Elektrofahrzeugen („Hybrid Electric Vehicles“=HEV), die zusätzlich zum Verbrennungsmotor einen Elektromotor aufweisen. Eine besondere Variante eines Hybrid-Elektrofahrzeugs ist das sogenannte Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeug („Plug-in Hybrid Vehicle“ = PHEV), welches durch eine vergrößerte Batterie die Fähigkeit besitzt, extern, bspw. an einer herkömmlichen Steckdose einer Ladestation geladen zu werden.
Ein entscheidendes Problem bei Hybrid-Elektrofahrzeugen und insbesondere Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen ist der erhöhte Raumbedarf für Brennstofftanks und Batterien, womit die erzielbare Reichweite der entsprechenden Fahrzeuge begrenzt ist. Während moderne Dieselfahrzeuge in der Regel eine Reichweite von ca. 1000 km erreichen können, sind Autos mit gasbetriebenen Antrieben auf ca. 500 km begrenzt. Insbesondere ist es notwendig, den für den Gasbetrieb erforderlichen Brennstoff für Anwendungen im Leichtlastbereich gasförmig zu lagern, wodurch erheblicher Lagerraum benötigt wird. Ferner ist die elektrische Reichweite von Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeugen aufgrund der geringen Energiedichte von Batterien oftmals auf gerade einmal ca. 50 km beschränkt.
Ein Fahrzeug, das mit einer Kombination aus Hybridtechnologie und einem Erdgas-Verbrennungsmotor ausgestattet ist, ist prinzipiell sehr effizient, mit vielversprechenden Zukunftsperspektiven, erfordert jedoch aufgrund der Kombination von gleich zwei Speicherarten, große Gastanks und große Batterien, mehr Platz zur Aufnahme der jeweiligen Speicher. Problematisch ist, dass sich die geometrischen Außenkonturen eines typischerweise kreiszylindrischen Gastanks und einer typischerweise quaderförmigen oder ebenfalls kreiszylindrischen Batterie nicht platzsparend anordnen/kombinieren lassen. Auch Brennstoffzellenfahrzeuge, die mit komprimiertem Wasserstoff betrieben werden, verfügen üblicherweise über Traktionsbatterien, die als Strompuffer dienen. Der Batteriespeicher ermöglicht zum einen die Rekuperation, zum anderen entlastet er die Brennstoffzelle von Lastwechseln. Der Aufbau des Antriebs eines Brennstoffzellenfahrzeugs entspricht damit dem einem seriellen Hybridantrieb.
Aus dem Stand der Technik ist in der US 2011/00111662 A1 ein Multifunktionstank bekannt, wobei der Multifunktionstank zentral in diesem angeordnet einen kleineren zylindrischen Tank aufweist, der zur Speicherung von Flüssigkeiten und/oder Gasen verwendet werden kann. Dieser zentrale Tank ist von vier gürtelartigen Ringen, in Reihe miteinander verschalteter, Batterien, bspw. Lithium-Ionen-Batterien, umgeben.
Die US 7,556,113 B2 offenbart ein Energieerzeugungs- und Speichersystem für ein Fahrzeug mit einem Speicherbehälter für komprimiertes Gas mit einer im allgemeinen zylindrischen Außenwand und einer länglichen Batterieeinheit mit einem senkrecht zur Längsrichtung näherungsweise dreieckigen Querschnitt. Der Querschnitt ist zum Teil durch eine konkave Oberfläche begrenzt, die sich entlang zumindest eines Abschnitts der Außenwand des Gasspeichers erstreckt. Die Batterieeinheit weist drei Batteriegruppen auf, wobei sich jede Batteriegruppe axial in einer Richtung parallel zur Außenwand des Gasspeicherbehälters erstreckt. Jede Batteriegruppe weist eine Anzahl von in Reihe gestapelten D-Batteriezellen auf, womit sich eine Gesamtzellenzahl von 180 Zellen ergibt.
Ein Fahrzeug mit Batterie und Gasspeicher ist aus der US 2017/0120738 A1 bekannt. Mindestens ein Teil des Gasspeichers und mindestens ein Teil der Batterie sind in einer baulichen Einheit zusammengefasst und auf einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet. Ein mit der Karosserie und dem Gasspeicher verbundener Trägerrahmen weist Kammern auf, in denen Module oder Zellen der Batterie angeordnet sind. Die starre Verbindung der Batterie und des Gasspeichers mit dem Trägerrahmen und über diesen mit der Karosserie führt zu einer hohen Sicherheit im Falle eines Unfalls.
Die US 8,672,359 B2 betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Sekundärbatterie, die in dem hinteren Gepäckraum angebracht ist. Ferner umfasst die Anordnung zum Antrieb eines Fahrzeugs zwei zylindrische Wasserstofftanks, die in Fahrzeugrichtung hintereinander und ohne Abstand zueinander unterhalb der Fahrzeugsitze angeordnet sein können. Der Zwischenraum zwischen diesen zylindrischen Wasserstofftanks wird nicht verwendet.
Auch die US 7,556,110 B2 betrifft ein Brennstoffzellenfahrzeug mit zwei Batterien, die auf der rechten und der linken Seite des Fahrzeugs, in Fahrtrichtung betrachtet, angeordnet sind. Zwischen den zwei Batterien befindet sich eine Antriebseinheit zum Steuern dieser Batterien. Die Höhe der Antriebseinheit ist geringer als die Höhe der zwei oder mehr Batterien, wodurch Luftkanäle oberhalb der Antriebseinheit und zwischen den zwei Batterien ausgebildet sind. Ein einzelner kreiszylindrischer Wasserstofftank ist, in Fahrtrichtung betrachtet, hinter den Batterien angeordnet.
Die US 2006/0102398 A1 offenbart ebenfalls ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einer Speicherbatterie, drei kreiszylindrischen Wasserstofftanks und ferner eine Steuereinheit, die die Zufuhr von elektrischer Energie von der Brennstoffzelle und der Speicherbatterie hin zu zwei, die Vorderräder und Hinterräder antreibenden, Elektromotoren steuert. Alle benannten Komponenten sind unter einem Boden eines Fahrgastraums näherungsweise auf gleicher Höhe angeordnet. Daher verringern diese Komponenten weder den Fahrgastraum noch den Gepäckraum. Da die unter dem Boden des Fahrgastraums angeordneten Komponenten ein vergleichsweise großes Gewicht aufweisen, wird eine gute Fahrstabilität des Fahrzeugs bewirkt. Der Zwischenraum zwischen benachbarten Wasserstofftanks findet keine Verwendung.
Ein Hybridfahrzeug mit kompakter Strukturierung der Fahrzeugkarosserie kann der US 8,393,426 B2 entnommen werden. Die Batterie ist an der unteren Seite in einer Sitzfläche eines Rücksitzes angeordnet. Ferner ist ein Kraftstofftank mit einem flachen Abschnitt ausgebildet, sodass der Tank teilweise an der Unterseite der Batterie angeordnet werden kann. In einer Draufsicht würde ein Abschnitt des Tanks mit der Batterie überlappen.
Die US 6,648,085 B2 betrifft eine Brennstoffzelleneinheit aus quaderförmigen Hauptkomponenten, angeordnet im Fahrzeugboden mit einem Speichertank für Methanol bzw. Wasser und eine Reformierungseinheit, um Wasserstoff aus Methanol und Wasser zu erzeugen, der mittels einer Brennstoffzelle in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Eine Sekundärbatterie ist ebenfalls im Fahrzeugboden angeordnet.
FISHER, P. et al., Electronic Integration of Fuel Cell and Battery System in Novel Hybrid Vehicle, Journal of Power Sources, Vol. 220, offenbaren eine Anordnung zur Integration von Lithium-Ionen-Batterien zusammen mit einer Wasserstoffbrennstoffzelle in ein möglichst leichtes Stadtauto. Die Brennstoffzelle und der Tank wurden daher im Bereich des normalen Tanks und des „Ersatzrad“-Raums angeordnet, womit alle Komponenten zentral angeordnet sind.
Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik bietet die Unterbringung von Gastank und Batterie in Hybridfahrzeugen noch Raum für Verbesserungen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Speicheranordnung für eine platzsparende, effiziente und kostengünstige Bauweise und eine Batterie für eine solche Speicheranordnung bereitzustellen. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zugrunde, eine Verwendung für den nicht genutzten Zwischenraum zwischen zwei Gastanks bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Speicheranordnung für ein Hybridfahrzeug mit mindestens einer Batterieeinheit zur Versorgung einer Antriebseinrichtung des Hybridfahrzeugs und mindestens zwei zylindrischen Fluidtanks nach Anspruch 1, eine Batterieeinheit zur Versorgung einer Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie, insbesondere zur Verwendung in einer Speicheranordnung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 8 und ferner eine Verwendung eines oder mehrerer Zwischenräume zwischen zwei oder mehr zylindrischen Fluidtanks zur Aufnahme einer oder mehrerer Batterieeinheiten mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger, technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich. Insbesondere ist, sofern im weiteren Verlauf der Anmeldung von Fluidtank, Gasantrieb oder Gas-Hybridfahrzeug die Rede ist, jeder technisch sinnvolle gasförmige oder verflüssigte Brennstoff, einschließlich jedes technisch sinnvollen Gasgemischs mit einbezogen. Ferner weist die Bezeichnung Batterie alle technisch sinnvollen Energiespeicher zur Speicherung und/oder Bereitstellung elektrischen Stroms zum Antrieb eines Hybridfahrzeugs auf.
Die Erfindung betrifft eine Speicheranordnung für ein Hybridfahrzeug (also z.B. eine Kombination aus verbrennungsmotorischem Antrieb und batterieelektrischem Antrieb oder auch Brennstoffzellen-Antrieb mit Traktionsbatterie), mit einer oder mehreren Batterieeinheiten zur Versorgung einer Antriebseinrichtung des Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie und mit mindestens zwei zylindrischen Fluidtanks, wobei zumindest ein erster Fluidtank und ein zweiter Fluidtank, einen Zwischenraum ausbildend, zueinander benachbart angeordnet sind. Mindestens eine Batterieeinheit ist innerhalb des Zwischenraums und/oder den Zwischenraum ausfüllend angeordnet. Für ein kombiniertes Gas-Hybrid-Elektrofahrzeug, auch in der Plug-in-Bauart, besteht die Idee darin, ungenutzten Raum zwischen zwei Fluidtanks innerhalb des Tankmoduls als Stauraum für Batterien zu nutzen. Die Fluidtanks sind typischerweise mit komprimiertem und/oder verflüssigtem Gas, insbesondere Erdgas und/oder Wasserstoff befüllt, wobei diese Fluide unter Hochdruck („Compressed Natural Gas-Tanks“ = CNG-Tanks bzw. „Compressed H2 Tanks = CH2-Tanks) darin gespeichert werden. Daher ist die Kombination aus zylindrischen Hochdruck-Tanks mit Batteriepacks, wobei die Batteriepacks zwischen den Tanks gelagert sind, die effizienteste Speicheranordnung für ein Gas-Hybridfahrzeug. Unter effizient ist hier vor allem auch die Platz- und/oder Gewichtseinsparung zu verstehen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung beträgt ein Abstand zwischen zwei oder mehr der Fluidtanks jeweils weniger als 5 cm. Insbesondere beträgt der Abstand weniger als 2 cm oder weniger als 1 cm voneinander oder sie berühren einander. Durch den geringen Abstand der Fluidtanks voneinander oder das Fehlen eines Abstands kann die Speicheranordnung besonders platzsparend realisiert werden. Dadurch, dass eine Batterieeinheit meist aus vielen kleinen Batteriezellen aufgebaut ist, kann für die Anordnung dieser Batteriezellen entsprechend dem zwischen zwei Fluidtanks verfügbaren Zwischenraum, jede beliebige Außenform einer Batterieeinheit nachgebildet werden. Der Gasdruck in einem gefüllten Erdgasbehälter liegt üblicherweise im Bereich von 200 bar, in einem Wasserstoffdruckspeicher im Bereich von 700 bar. Die Erdgastanks sind zur Sicherheit für einen Innendruck von 300 bar ausgelegt, die Wasserstoffbehälter für etwa 900 bar. Um druckbeständig zu sein, ist für ein ökonomisch leichtes Tankdesign eine zylindrische, insbesondere kreiszylindrische, Form zu wählen, da ein Zylinder (abgesehen von einer Kugel) die druckstabilste Geometrie aufweist. Selbst bei einem geringen oder nicht vorhandenen Abstand zwischen zwei zylindrischen Fluidtanks kann eine Batterieeinheit, deren Außenkontur sich an der Außenkontur der Fluidtanks orientiert, platzsparend, quasi formschlüssig, angeordnet werden.
Im Rahmen einer optionalen Weiterbildung der Erfindung ist die Speicheranordnung gekennzeichnet durch eine Reihe von Fluidtanks, wobei zwischen zwei zueinander benachbart angeordneten Fluidtanks jeweils ein Zwischenraum ausgebildet ist und eine Batterieeinheit innerhalb eines jeden Zwischenraums und/oder die jeweiligen Zwischenräume ausfüllend angeordnet ist. Die meisten Fahrzeuge mit Gasantrieb sind mit drei, vier oder sogar fünf Tanks ausgestattet. In der Regel werden jeweils drei bis vier Tanks zu einem Tankmodul zusammengefasst. Das Ergebnis ist eine Reihe von Zylindern, die zwischen den einzelnen Zylindern viel ungenutzten Zwischenraum hinterlässt. Dieser Zwischenraum zwischen zueinander parallel ausgerichteten zylindrischen Fluidtanks/Gastanks steht bei einer Reihe von drei oder mehr Fluidtanks zweimal oder entsprechend häufiger zur Verfügung. Eine vollständige und/oder teilweise Anordnung jeweils einer Batterieeinheit innerhalb dieser Zwischenräume führt zu einer erheblichen Stauraumeinsparung.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der oder jeder Zwischenraum der Speicheranordnung von zwei Fluidtank-Mantelwandungen und von mindestens einer ersten Zwischenraum-Begrenzungsebene begrenzt ist, wobei die erste Zwischenraum-Begrenzungsebene sowohl eine erste Fluidtank-Mantelwandung eines ersten Fluidtanks als auch mindestens eine zweite Fluidtank-Mantelwandung eines zweiten Fluidtanks tangiert und/oder beide Fluidtanks bündig berührt. Dadurch entsteht ein länglicher Zwischenraum zwischen zwei länglichen, kreiszylindrischen Fluidtanks mit trapezähnlichem (bei einem Abstand zwischen zwei Fluidtanks) und/oder dreieckähnlichem (ohne Abstand zwischen zwei Fluidtanks) Querschnitt. Aufgrund dieser ungewöhnlichen, da gewölbten, Form ist dieser Zwischenraum generell schwer nutzbar. Durch die besondere Ausgestaltung der Batterieeinheiten wird dieser zwecks Platzeinsparung verfügbar gemacht.
Optional ist der Zwischenraum der Speicheranordnung von mindestens einer zweiten Zwischenraum-Begrenzungsebene begrenzt, wobei auch die zweite Zwischenraum-Begrenzungsebene sowohl die erste Fluidtank-Mantelwandung des ersten Fluidtanks, als auch mindestens die zweite Fluidtank-Mantelwandung des zweiten Fluidtanks tangiert. Dadurch ist der Querschnitt des als Stauraum für die Batterieeinheit zur Verfügung stehenden Zwischenraums doppeltrapezähnlich (bei einem Abstand zwischen zwei Fluidtanks) und/oder doppeldreieckähnlich (ohne Abstand zwischen zwei Fluidtanks) ausgebildet. Die Verjüngung dieses Querschnitts ist dabei typischerweise mittig angeordnet, vergleichbar dem Querschnitt einer Sanduhr.
In einer optionalen Weiterbildung der Speicheranordnung ist durch eine erste gewölbte Batterie-Wandung mit der ersten Fluidtank-Mantelwandung des ersten Fluidtanks und eine zweite gewölbte Batterie-Wandung mit der zweiten Fluidtank-Mantelwandung des zweiten Fluidtanks ein flächiger Kontakt ausgebildet und/oder ausbildbar. Die Batterie-Wandung einer oder jeder Batterieeinheit weist entsprechende konkav gewölbte Außenwandungen auf, die sich quasi formschlüssig an eine konvexgewölbte Außenwandung eines Fluidtanks mit kreiszylindrischem Querschnitt anlegen können. Dies schließt selbstverständlich mit ein, dass der Abstand zwischen Batterieeinheiten und Fluidtanks auch mehrere Millimeter betragen kann, bspw. zur Isolation gegenüber Temperaturschwankungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Speicheranordnung sind die zwei oder mehr Fluidtanks mit Treibstoff, insbesondere komprimiertem gasförmigem Treibstoff, vorzugsweise Wasserstoff oder Erdgas befüllt. Insbesondere Fahrzeuge mit einer Kombination aus Hybridtechnologie und Erdgas-Verbrennungsmotor, sowie auch Brennstoffzellenfahrzeuge mit Traktionsbatterie sind sehr effizient und weisen vielversprechende Zukunftsperspektiven auf, welche mit dieser Ausführungsform der Erfindung erschlossen sind.
Eigenständiger Erfindungsschutz wird beansprucht für eine Batterieeinheit zur Versorgung einer Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie, insbesondere zur Verwendung in einer Speicheranordnung nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Batterieeinheit länglich entlang einer Mittelachse und/oder Symmetrieachse ausgebildet ist und einen trapezartigen und/oder dreiecksartigen, Batterie-Querschnitt, im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse und/oder Symmetrieachse, aufweist, wobei dieser Batterie-Querschnitt drei oder mehr Batterie-Querschnitt-Begrenzungskanten aufweist. Dabei sind mindestens eine erste Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante und eine zweite Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante, jeweils zur Positionierung zwischen zwei benachbarten Fluidtanks, konkav gewölbt und/oder konkav gekrümmt ausgebildet. Die Batterie umfasst vorzugsweise ferner mindestens eine zusätzliche Oberfläche, die sich parallel zu einer Wand einer Fahrzeugkomponente erstreckt, in der oder die Fluidtanks und die Batterieeinheit(en) eingebaut sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Batterieeinheit entspricht die Krümmung und/oder Wölbung der ersten konkaven Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante und/oder der zweiten konkaven Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante näherungsweise einem Krümmungsradius eines benachbarten Fluidtanks. Bei Verwendung von kreiszylindrischen Fluidtanks, also mit kreisförmigen Querschnitt, entspricht somit die Krümmung und/oder Wölbung der ersten konkaven Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante und/oder der zweiten konkaven Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante näherungsweise einem Kreisbogensegment. Dies ermöglicht eine quasi formschlüssige Anordnung (ggf. mit geringem Abstand) von Batterieeinheit und benachbarten Fluidtanks.
Eigenständiger Erfindungsschutz wird beansprucht für die Verwendung eines oder mehrerer Zwischenräume zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten und/oder angrenzenden zylindrischen, vorzugsweise kreiszylindrischen, Fluidtanks, in einem Hybridfahrzeug zur Anordnung von einer oder mehreren Batterieeinheiten, insbesondere nach einem der Ansprüche 8-9 oder insbesondere für eine Speicheranordnung nach einem der Ansprüche 1-7. Der eine oder jeder der Zwischenräume grenzt an zwei Fluidtank-Mantelwandungen, und vorzugsweise an eine oder mehrere Zwischenraum-Begrenzungsebenen an, wobei die eine oder jede der Zwischenraum-Begrenzungsebenen sowohl eine erste Fluidtank-Mantelwandung mindestens eines ersten Fluidtanks, als auch eine zweite Fluidtank-Mantelwandung mindestens eines zweiten Fluidtanks tangiert. Durch die Verwendung dieses Zwischenraums wird ungenutzter Stauraum für die unverzichtbaren Batterieeinheiten eines Elektro-Hybridfahrzeugs erschlossen und nutzbar gemacht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen:

1a eine schematisch perspektivische Darstellung einer beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Batterieeinheit,
1b eine Schnittdarstellung eines Querschnitts der beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Batterieeinheit aus 1a, und
2 eine schematisch perspektivische Darstellung der beispielhaften Ausführung einer erfindungsgemäßen Speicheranordnung mit einer Batterieeinheit und zwei Fluidtanks.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die eingezeichneten, Hilfslinien und Hilfsebenen der Übersichtlichkeit dienen, die Erfindung aber keinesfalls auf ausschließlich oder überwiegend symmetrische Ausführungsformen oder Ausführungsformen mit gleichgroßen Fluidtanks beschränkt werden soll.
1a zeigt eine Batterieeinheit 100 mit einer Außenkontur mit sechs Wandungen. Die Batterieeinheit 100 ist länglich entlang einer Symmetrieachse und/oder Mittelachse 170 mit einer Batterie-Gesamtlänge 180 von bspw. 50-200 cm ausgebildet. Die Batterieeinheit 100 weist ferner eine erste Batterie-Wandung 110 auf, welche sich parallel zu einer Wandung einer benachbarten und/oder angrenzenden Fahrzeugkomponente erstrecken kann, in der die Fluidtanks 200, 250 (vgl. 2) und die Batterieeinheit(en) 100 eingebaut oder einbaubar sind. Dazu parallel verschoben befindet sich eine zweite Batterie-Wandung 160, welche eine geringere Oberfläche aufweist, als die erste Batterie-Wandung 110 und mittig zu dieser angeordnet ist, sodass die Mittelachse eine Symmetrieachse 170 zur ersten Batterie-Wandung 110 und zur zweiten Batterie-Wandung 160 ist. Die erste Batterie-Wandung 110 und die zweite Batterie-Wandung 160 sind über eine erste gewölbte Batterie-Wandung 120 und eine zweite gewölbte Batterie-Wandung 130 miteinander verbunden, wobei beide gewölbten Batterie-Wandungen 120, 130 zum quasi formschlüssigen Anliegen an die Fluidtank-Mantelwandungen 210, 260 benachbarter Fluidtanks 200, 250 (vgl. 2) konkav nach außen gewölbt sind. Ferner sind beide gewölbten Batterie-Wandungen 120, 130 deckungsgleich ausgebildet, womit der Batterie-Querschnitt 101 (vgl. 1b) achsensymmetrisch ausgebildet ist. Den stirnseitigen Abschluss der Batterieeinheit 100 bilden eine achsensymmetrische erste Batterie-Stirnwandung 140 und eine achsensymmetrische zweite Batterie-Stirnwandung 150, wobei beide Batterie-Stirnwandungen 140 ,150 zueinander und mit dem Batterie-Querschnitt 101 (vgl. 1b) deckungsgleich und mit dem Abstand der Batterie-Gesamtlänge 180 voneinander beabstandet sind. Damit ergibt sich über die Batterie-Gesamtlänge 180 ein zumindest im Wesentlichen konstanter oder unveränderlicher Batterie-Querschnitt 101.
1b zeigt diesen Batterie-Querschnitt 101 als Schnittansicht entlang einer Schnittlinie A-A (vgl. 1a). Die Fläche dieses Batterie-Querschnitts 101 ist ähnlich einem gleichschenkligen achsensymmetrischen Trapez aufgebaut, dessen Schrägseiten konkav nach außen gewölbt sind. Somit weist der Batterie-Querschnitt 101 eine erste Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante 111, eine dazu verkürzte und mit Abstand parallel angeordnete zweite Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante 161, wobei die zweite Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante 161 der ersten Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante 111 gegenüberliegend, zur Ausbildung einer achsensymmetrischen Geometrie des Batterie-Querschnitts 101 angeordnet ist. Einander gegenüberliegend sind eine erste konkave Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante 121 und eine zweite konkave Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante 131 angeordnet, womit ein geschlossenes Viereck mit vier Begrenzungskanten gebildet ist. Dieser Batterie-Querschnitt 101 entspricht auch vollständig oder im Wesentlichen dem Querschnitt eines verfügbaren Zwischenraums 350 zwischen zwei kreiszylindrischen Fluidtanks 200, 250 (vgl. 2).
2 zeigt eine Speicheranordnung 300, aufweisend einen ersten Fluidtank 200 mit einer ersten Fluidtank-Mantelwandung 210, einer kreisförmigen, dem ersten Fluidtank 200 zugehörigen, ersten Fluidtank-Stirnwandung 220 und einer dazu deckungsgleichen, dem ersten Fluidtank 200 zugehörigen, zweiten Fluidtank-Stirnwandung 230, womit sich ein konstanter kreiszylindrischer Querschnitt des ersten Fluidtanks 200 ergibt. Ferner weist die Speicheranordnung 300 einen zweiten Fluidtank mit einer zweiten Fluidtank-Mantelwandung 260, einer kreisförmigen, dem zweiten Fluidtank 250 zugehörigen, ersten Fluidtank-Stirnwandung 270 und einer dazu deckungsgleichen, dem zweiten Fluidtank 250 zugehörigen, zweiten Fluidtank-Stirnwandung 280 auf, womit sich ein konstanter kreiszylindrischer Querschnitt des zweiten Fluidtanks 200 ergibt. Beide Fluidtanks 200, 250 weisen den gleichen kreisförmigen Querschnitt auf und sind parallel zueinander, vorzugsweise horizontal, angeordnet. Ferner können beide Fluidtanks 200, 250 mit einem Abstand 310 zueinander angeordnet sein, wobei der Abstand 310 (in 2 dargestellt) 0 cm beträgt, d. h., dass sich beide Fluidtanks 200, 250 entlang einer Mantellinie berühren. Bedingt durch die parallele Anordnung der Fluidtanks 200, 250 kann, bspw. oberseitig, eine erste Zwischenraum-Begrenzungsebene 320 definiert werden, welche den ersten Fluidtank 200 an einer ersten Fluidtank-Mantellinie 240 und den zweiten Fluidtank 250 an einer zweiten Fluidtank-Mantellinie 290 tangiert, wobei beide Fluidtank-Mantellinien 240, 290 parallel zueinander ausgerichtet sind. Dazu beabstandet kann eine zweite Zwischenraum-Begrenzungsebene 330 definiert werden, welche den ersten Fluidtank 200 an einer nicht dargestellten Fluidtank-Mantellinie und den zweiten Fluidtank 250 an einer nicht dargestellten Fluidtank-Mantellinie tangiert, wobei beide Fluidtank-Mantellinien parallel zueinander ausgerichtet sind. Weisen der erste Fluidtank 200 und der zweite Fluidtank 250 den gleichen Querschnitt auf, so sind die erste Zwischenraum-Begrenzungsebene 320 und die zweite Zwischenraum-Begrenzungsebene 330 zueinander parallel, andernfalls mit einem Winkel zueinander, ausgerichtet. Die erste Fluidtank-Mantelwandung 210, die zweite Fluidtank-Mantelwandung 260, die erste Zwischenraum-Begrenzungsebene 320 und die zweite Zwischenraum-Begrenzungsebene 330 begrenzen einen Zwischenraum 350, der bedingt durch den Abstand 310 von 0 cm, also durch die Berührung des ersten Fluidtanks 200 und des zweiten Fluidtanks 250 in zwei gleich große Hälften aufgeteilt ist. Innerhalb der Begrenzung der ersten Hälfte dieses Zwischenraums 350 ist eine Batterieeinheit 100 mit der bereits beschriebenen geometrischen Außenform (vgl. 1a und 1 b) angeordnet, womit der durch den Zwischenraum 350 zur Verfügung stehende Platz optimal ausgenutzt wird.
Bezugszeichenliste

100: Batterieeinheit
101: Batterie-Querschnitt
110: erste Batterie-Wandung
111: erste Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante
120: erste gewölbte Batterie-Wandung
121: erste konkave Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante
130: zweite gewölbte Batterie-Wandung
131: zweite konkave Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante
140: erste Batterie-Stirnwandung
150: zweite Batterie-Stirnwandung
160: zweite Batterie-Wandung
161: zweite Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante
170: Symmetrieachse/Mittelachse
180: Batterie-Gesamtlänge
200: erster Fluidtank
210: erste Fluidtank-Mantelwandung
220: dem ersten Fluidtank zugehörige erste Fluidtank-Stirnwandung
230: dem ersten Fluidtank zugehörige zweite Fluidtank-Stirnwandung
240: erste Fluidtank-Mantellinie
250: zweiter Fluidtank
260: zweite Fluidtank-Mantelwandung
270: dem zweiten Fluidtank zugehörige erste Fluidtank-Stirnwandung
280: dem zweiten Fluidtank zugehörige zweite Fluidtank-Stirnwandung
290: erste Fluidtank-Mantellinie
300: Speicheranordnung
310: Abstand
320: erste Zwischenraum-Begrenzungsebene
330: zweite Zwischenraum-Begrenzungsebene
350: Zwischenraum
A-A: Schnittlinie

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2011/00111662 A1 [0005]
US 7556113 B2 [0006]
US 2017/0120738 A1 [0007]
US 8672359 B2 [0008]
US 7556110 B2 [0009]
US 2006/0102398 A1 [0010]
US 8393426 B2 [0011]
US 6648085 B2 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

FISHER, P. et al., Electronic Integration of Fuel Cell and Battery System in Novel Hybrid Vehicle, Journal of Power Sources, Vol. 220 [0013]

Claims

Speicheranordnung (300) für ein Hybridfahrzeug mit einer oder mehreren Batterieeinheiten (100) zur Versorgung einer Antriebseinrichtung des Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie und mit mindestens zwei zylindrischen Fluidtanks (200, 250), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Fluidtank (200) und ein zweiter Fluidtank (250) einen Zwischenraum (350) ausbildend, zueinander benachbart, angeordnet sind, wobei mindestens eine Batterieeinheit (100) innerhalb des Zwischenraums (350) und/oder den Zwischenraum (350) ausfüllend angeordnet ist.
Speicheranordnung (300) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand (310) zwischen zwei oder mehr der Fluidtanks (200, 250) jeweils weniger als 5 cm beträgt.
Speicheranordnung (300) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Reihe von Fluidtanks (200, 250), wobei zwischen zwei zueinander benachbart angeordneten Fluidtanks (200, 250) jeweils ein Zwischenraum (350) ausgebildet ist und eine Batterieeinheit (100) innerhalb eines jeden Zwischenraums (350) und/oder die jeweiligen Zwischenräume (350) ausfüllend angeordnet ist.
Speicheranordnung (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (350) von zwei Fluidtank-Mantelwandungen (210, 260) und von mindestens einer ersten Zwischenraum-Begrenzungsebene (320) begrenzt ist, wobei die erste Zwischenraum-Begrenzungsebene (320) sowohl eine Fluidtank-Mantelwandung (210) eines ersten Fluidtanks (200), als auch mindestens eine Fluidtank-Mantelwandung (260) eines zweiten Fluidtanks (250) tangiert.
Speicheranordnung (300) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (350) von mindestens einer zweiten Zwischenraum-Begrenzungsebene (330) begrenzt ist, wobei auch die zweite Zwischenraum-Begrenzungsebene (330) sowohl die Fluidtank-Mantelwandung (210) des ersten Fluidtanks (200), als auch mindestens die Fluidtank-Mantelwandung (260) des zweiten Fluidtanks (250) tangiert.
Speicheranordnung (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine erste gewölbte Batterie-Wandung (120) mit der Fluidtank-Mantelwandung (210) des ersten Fluidtanks (200) und eine zweite gewölbte Batterie-Wandung (130) mit der Fluidtank-Mantelwandung (260) des zweiten Fluidtanks (250) jeweils ein flächiger Kontakt ausgebildet und/oder ausbildbar ist.
Speicheranordnung (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei oder mehr Fluidtanks (200, 250) mit Treibstoff, insbesondere komprimiertem gasförmigem Treibstoff, vorzugsweise Erdgas oder auch Wasserstoff, befüllt sind.
Batterieeinheit (100) zur Versorgung einer Antriebseinrichtung eines Hybridfahrzeugs mit elektrischer Energie, insbesondere zur Verwendung in einer Speicheranordnung (300) nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Batterieeinheit (100) länglich entlang einer Mittelachse und/oder Symmetrieachse (170) ausgebildet ist und einen trapezartigen und/oder dreiecksartigen, Batterie-Querschnitt (101) im Wesentlichen senkrecht zur Mittelachse und/oder Symmetrieachse (170) aufweist, wobei dieser Batterie-Querschnitt (101) drei oder mehr Batterie-Querschnitt-Begrenzungskanten (111, 121, 131) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine erste Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante (121) und eine zweite Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante (131) jeweils zur Positionierung zwischen zwei benachbarten Fluidtanks (200, 250) konkav gewölbt und/oder konkav gekrümmt ausgebildet sind.
Batterieeinheit (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Krümmung und/oder Wölbung der ersten konkaven Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante (121) und/oder der zweiten konkaven Batterie-Querschnitt-Begrenzungskante (131) einem Krümmungsradius eines benachbarten Fluidtanks (200, 250) entspricht.
Verwendung eines oder mehrerer Zwischenräume (350) zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten und/oder zueinander angrenzenden zylindrischen Fluidtanks (200, 250) in einem Hybridfahrzeug, zur Aufnahme einer oder mehrerer Batterieeinheiten (100), insbesondere nach einem der Ansprüche 8-9.