-
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Patentanspruch 1.
-
Beim Laden, insbesondere beim Schnellladen, mit beispielsweise bis zu 300 kW, einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs werden große Wärmemengen in der Traktionsbatterie frei. Diese Wärme wird in der Regel über eine Kühleinrichtung an eine Umgebung des Kraftfahrzeugs, welches insbesondere als Personenkraftwagen ausgebildet ist, abgeführt. Da das Kraftfahrzeug während des Ladevorgangs steht, kann kein Fahrtwind für eine Durchströmung des Kühlers, welcher insbesondere ein Wärmetauscher ist, der Kühleinrichtung genutzt werden.
-
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass der Kühler mittels eines Ventilators zwangsdurchströmt wird. Beim Laden und insbesondere beim Schnellladen läuft der Ventilator oft mit maximaler Leistung. Dabei entstehen hohe Lärmpegel und Vibrationen. Diese sind im Kraftfahrzeug und dessen Umgebung wahrnehmbar und können als störend empfunden werden. So werden beispielsweise Geräusche im Innenraum des Kraftfahrzeugs von 25 dB(A) und außerhalb über 35 dB(A) als unangenehm empfunden.
-
Dabei entsteht ein großer Lärmpegel bei einer häufig genutzten offenen Bauform, bei welcher insbesondere mehrere Ventilatoren vor oder nach dem Kühler angeordnet sind, wobei die Ventilatoren typischerweise nahe am Kühler angebracht sind und somit eine Luftstrecke kurz ist. Dabei weisen die Ventilatoren typischerweise einen großen Durchmesser auf, wodurch damit verbundene große Umfanggeschwindigkeiten an Lüfterschaufeln der Ventilatoren, insbesondere in Kombination mit der offenen Bauform, den Lärmpegel erzeugen. Ferner ist es häufig so, dass ein runder Ventilator eine eckige Stirnfläche des Kühlers nicht optimal mit Luft versorgen kann, wodurch die Kühlleistung reduziert wird beziehungsweise nicht effizient genutzt wird.
-
Ferner ist insbesondere bei einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug ein leiser Antriebsstrang eine Komforteigenschaft, insbesondere im Gegensatz zu einem mit Verbrennungsmotor angetriebenen Kraftfahrzeug, sodass auch ein leises Laden eine besondere Beachtung finden sollte.
-
Die
DE 10 2004 025 341 A1 zeigt eine Kühleinrichtung zur Versorgung eines einer Brennkraftmaschine zugeordneten Laders mit gekühlter Luft.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kühleinrichtung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, welche besonders geräuscharm und besonders effizient betrieben werden kann.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
-
Eine erfindungsgemäße Kühleinrichtung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, welches insbesondere als elektrisch angetriebener Personenkraftwagen ausgebildet ist, zum Kühlen der Traktionsbatterie mittels Umgebungsluft weist wenigstens einen Kühler und wenigstens eine Lüftereinrichtung auf. Mittels der Lüftereinrichtung ist eine den Kühler, welcher insbesondere als Wärmetauscher in Wirkverbindung mit der Traktionsbatterie ausgebildet ist, durchströmender, einen Strömungsquerschnitt aufweisender Luftstrom erzeugbar. Der Luftstrom wird vorteilhafterweise durch Fördern der Umgebungsluft mittels der Lüftereinrichtung aus der Umgebungsluft erzeugt.
-
Um die Kühleinrichtung besonders geräuscharm und dabei besonders effizient betreiben zu können ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Lüftereinrichtung wenigstens ein Lüfterelement aufweist, welches außerhalb des Strömungsquerschnitts des Luftstroms angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Lüftereinrichtung räumlich getrennt von dem Kühler angeordnet, sodass insbesondere eine Luftstrecke, welche den Kühler umgibt, nicht durch die Lüftereinrichtung beeinträchtigt wird. Durch die räumliche Trennung bzw. die Anordnung der Lüftereinrichtung außerhalb des Strömungsquerschnitts kann diese, welche insbesondere den Luftstrom mittels eines Motors erzeugen kann, beispielsweise mit einem Gehäuse geräuschgekapselt ausgebildet werden, wodurch auf besonders vorteilhafte Weise die Kühleinrichtung geräuscharm betrieben werden kann.
-
Das Lüfterelement der Lüftereinrichtung ist beispielsweise ein Lüfter bzw. ein Ventilator, welcher die Umgebungsluft transportieren kann, sodass beispielsweise über ein Leitungsmittel, wie insbesondere eine Luftleitung, die Umgebungsluft insbesondere als der Luftstrom dem Kühler zugeführt werden kann. Durch die Separierung, also die räumliche Trennung, kann somit ein leiser und trotzdem hoher Volumenstrom der Umgebungsluft als der Luftstrom bereitgestellt und somit eine besonders hohe Kühlleistung erreicht werden, wodurch die Kühleinrichtung besonders effizient betrieben werden kann. Als Lüfterelement können neben Ventilatoren beispielsweise auch Radial- oder Rohrventilatoren oder Turbinen eingesetzt werden. Ferner ist es möglich bei der Kühleinrichtung weitere Technologien, wie beispielsweise einen Helmholzresonator zur Geräuschneutralisierung oder eine Vibrationsentkopplung einzusetzen. Zusätzlich kann die Kühleinrichtung beispielsweise eine Kühlerjalousie umfassen, welche in dem Luftstrom, insbesondere zwischen Lüftereinrichtung und Kühler, integrierbar ist, um den Kühler beispielsweise besonders gleichmäßig zu durchströmen.
-
Ferner könnte eine weitere Kühlleistungssteigerung beispielsweise durch den Joule-Thomson-Effekt erzielt werden, wenn beispielsweise beim Ausströmen der Umgebungsluft aus dem Leitungsmittel aufgrund einer, insbesondere isenthalpen, Druckminderung die Umgebungsluft gekühlt wird.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Kühleinrichtung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs in einer ersten Ausführungsform;
- 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Kühleinrichtung;
- 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der Kühleinrichtung; und
- 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Kühleinrichtung.
-
1 zeigt eine Kühleinrichtung 10 für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Personenkraftwagens, zum Kühlen mittels Umgebungsluft, insbesondere während eines Ladevorgangs der Traktionsbatterie. Die Kühleinrichtung 10 weist wenigstens einen Kühler 12, welcher insbesondere beispielsweise als Wärmetauscherelement in einer thermischen Kopplung mit der Traktionsbatterie steht, auf. Der Kühler 12 ist ferner beispielsweise in einem Frontbereich, insbesondere innerhalb der Schnauze des Kraftfahrzeugs, angeordnet. Ferner umfasst die Kühleinrichtung 10 wenigstens eine Lüftereinrichtung 14, mittels welcher einer den Kühler 12 durchströmender, einen Strömungsquerschnitt 16 aufweisender Luftstrom 18 erzeugbar ist.
-
Um die Kühleinrichtung 10 besonders vorteilhaft und somit insbesondere aufgrund eines fehlenden Fahrtwinds beim Laden der Traktionsbatterie besonders geräuscharm und insbesondere besonders effizient betreiben zu können, weist die Lüftereinrichtung 14 wenigstens ein Lüfterelement 20 auf, welches außerhalb des Strömungsquerschnitts 16 des Luftstroms 18 angeordnet ist. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen ist wenigstens ein Leitungsmittel 22 vorgesehen, welches insbesondere als Luftleitung, wie beispielsweise ein Rohr ausgebildet sein kann, welches zum Führen der Umgebungsluft von dem Lüfterelement 20 zu dem Kühler 12 dient, um insbesondere den den Strömungsquerschnitt 16 aufweisenden Luftstrom 18, insbesondere aus der Umgebungsluft, auszubilden.
-
Vorteilhafterweise umfasst das jeweilige Lüfterelement 20 einen Lüfter und/oder Ventilator 24 und/oder eine Turbine. Dadurch kann auf besonders einfache Weise der Luftstrom 18 erzeugt werden. Vorteilhafterweise ist das Lüfterelement 20 bzw. wenigstens der Ventilator 24 in einem Gehäuse 26 aufgenommen, welches insbesondere vorteilhafterweise geräuschgekapselt ausgebildet ist. So kann die Lüftereinrichtung 14 vorteilhafterweise ein Geräuschreduzierungselement umfassen, welches beispielsweise als Vibrationskopplungselement ausgebildet ist, um beispielsweise die durch einen Motor, welcher den jeweiligen Ventilator 24 antreibt, auftretenden bzw. durch die Rotation des Ventilators selbst auftretenden Schwingungen zu dämpfen und somit beispielsweise eine Geräuschübertragung an weitere Bauteile des Fahrzeugs bzw. der Kühleinrichtung 10 zu vermeiden.
-
Vorteilhafterweise kann beispielsweise an dem Gehäuse 26 beispielsweise ein Resonator als Geräuschreduzierungselement angeordnet sein, bzw. kann das Gehäuse 26 selbst als solch ein Resonator, insbesondere Helmholzresonator, ausgebildet sein. Ferner zeigen die Ausführungsbeispiele der 1 bis 3 eine Kühlerjalousie 28, welche in Analogie zu einem Kühlergrill an dem Kraftfahrzeug angeordnet werden kann, wobei die Kühlerjalousie 28 einzelne Lamellen 30 umfasst. Die Lamellen 30 können zwischen einer Geschlossenstellung und einer Offenstellung verschwenkt werden, wobei in der Geschlossenstellung die als Kühlergrill fungierende Kühlerjalousie 28 keine Luft in das Innere des Fahrzeugs lässt.
-
In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind die Leitungsmittel 22 derart angeordnet, dass diese zwischen der Kühlerjalousie 28 und dem Kühler 12 eine jeweilige Auslassöffnung 32 aufweisen, durch welche die Umgebungsluft als Luftstrom zu dem Kühler gefördert werden kann.
-
In der in 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die Kühlerjalousie 28 derart ausgebildet, dass mittels eines Rohres 34 die Lamellen 30, welche beispielsweise insbesondere hohl ausgebildet sind, mit der Umgebungsluft versorgt werden können. Somit dienen die jeweiligen Lamellen 30 als Auslassöffnung der durch die Lüftereinrichtung 14 geförderten Umgebungsluft zum Erzeugen des Luftstroms 18. In der rechten Seite der 2 ist eine Detailansicht einer der Lamellen 30 der Kühlerjalousie 28 gezeigt.
-
Die Ausführungsform der 3 zeigt im Wesentlichen den Aufbau der Ausführungsform der 1, wobei zusätzlich ein Verteilelement 36 vorgesehen ist, an welches mittels der Leitungsmittel 22 die Umgebungsluft transportiert wird und welches zwischen der Kühlerjalousie 28 und dem Kühler 12 angeordnet ist. Dabei zeigen die zwei in der 3 rechts dargestellten Verteilelemente 36 mögliche Konfigurationen für Luftaustrittslöcher 38. Im oberen Beispiel sind die Luftaustrittslöcher 38 rund. Im unteren Beispiel dagegen sind die Luftaustrittslöcher 38 als längliche Schlitze ausgebildet. Durch die Verwendung eines zusätzlichen Verteilelements 36 kann der Luftstrom 18 besonders vorteilhaft erzeugt werden und beispielsweise der Strömungsquerschnitt 16 des Luftstroms 18 besonders vorteilhaft auf die Stirnfläche des Kühlers 12 angepasst werden, sodass die gesamte Stirnseite bzw. Stirnfläche des Kühlers 12 vollständig von dem Luftstrom 18 durchströmt werden kann, wodurch die Kühleinrichtung 10 besonders effizient betrieben werden kann.
-
In 4 ist eine vierte Ausführungsform der Kühleinrichtung 10 gezeigt, bei welcher das jeweilige Lüfterelement entlang des Pfeils 40 zwischen die Kühlerjalousie 28 und den Kühler 10 verfahrbar bzw. einbringbar ist. In 4 befindet sich dabei das obere Lüfterelement 20 in einer aus dem Zwischenraum zwischen Kühlerjalousie 28 und Kühler 12 ausgebrachten und somit Nichtgebrauchsstellung. Dagegen befindet sich in der 4 das untere Lüfterelement 20 in einer Gebrauchsstellung, in welcher es sich zwischen der Kühlerjalousie 28 und dem Kühler 12 befindet. So ist in der in 4 gezeigten Ausführungsform das Lüfterelement 20 der Lüftereinrichtung 14 nur temporär außerhalb des Strömungsquerschnitts 16 des Luftstroms 18 angeordnet, wodurch beispielsweise in Abhängigkeit des Ladestroms die Effizienz und/oder die Geräuschentwicklung der Kühlvorrichtung 10 justiert werden kann.
-
Durch die gezeigten Ausführungsformen der Kühlvorrichtung 10 kann auf besonders vorteilhafte Weise und somit leise und vibrationsarm eine Kühlung der Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs, mit hoher Kühlleistung durchgeführt werden, was insbesondere durch die bauliche Trennung von einer Luftstrecke, welche beispielsweise durch die Leitungsmittel 22 erzeugt wird und Luftstrom 18 sowie durch die, insbesondere gekapselten, Lüfterelemente 20 realisiert werden kann. Ferner ist es durch die Kühlvorrichtung 10 möglich, den, insbesondere normalerweise mit einer rechteckigen Stirnseite ausgebildeten, Kühler 10 besonders gleichmäßig zu durchströmen, insbesondere im Vergleich zu konventionellen Lüftern, welche direkt an dem Kühler 10 angeordnet sind, wodurch eine besonders hohe Effizienz der Kühleinrichtung 10 realisiert werden kann.
-
Ferner kann insbesondere je nach Ausgestaltung beispielsweise der Auslassöffnungen 32 der Joule-Thomson-Effekt genutzt werden, um die Kühlleistung weiter zu steigern. Die Kühleinrichtung 10 kann insbesondere besonders vorteilhaft beim Stand des Fahrzeugs in einem Ladezustand der Traktionsbatterie verwendet werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Kühleinrichtung 10 auch während der Fahrt des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Dadurch können Komforteigenschaften des Kraftfahrzeugs besonders vorteilhaft gesteigert werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Kühleinrichtung
- 12
- Kühler
- 14
- Lüftereinrichtung
- 16
- Strömungsquerschnitt
- 18
- Luftstrom
- 20
- Lüfterelement
- 22
- Leitungsmittel
- 24
- Ventilator
- 26
- Gehäuse
- 28
- Kühlerjalousie
- 30
- Lamelle
- 32
- Auslassöffnung
- 34
- Rohr
- 36
- Verteilelement
- 38
- Luftaustrittsloch
- 40
- Pfeil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102004025341 A1 [0006]
