DE102019128339A1

DE102019128339A1 - Elektrisch antreibbares Fahrzeug

Info

Publication number: DE102019128339A1
Application number: DE102019128339.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Warbeck; Markus Wuchner; Tim Schmidt; Jonas Zacpal
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-04-22
Anticipated expiration: 2039-10-22
Also published as: DE102019128339B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) mit einer in einem Unterbodenbereich (2) des Fahrzeugs (1) angeordneten Batterie (3), welche mehrere Batteriemodule (4) aufweist, sowie mit einer Kühleinrichtung (5) zum Kühlen der Batteriemodule (4).Bei einem solchen Fahrzeug ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühleinrichtung (5) eine Verteilerplatte (6) aufweist, die an einem Unterboden des Fahrzeugs (1) angeordnet, wobei die Verteilerplatte (6) mindestens einen Kühlmittelzuflusskanal (7) und mindestens einen Kühlmittelabflusskanal (8) aufweist, wobei der Kühlmittelzuflusskanal (7) mit Kühlmitteleinlässen (11) der Batteriemodule (4) fluidisch verbunden ist und der Kühlmittelabflusskanal (8) mit Kühlmittelauslässen (12) der Batteriemodule (4) fluidisch verbunden ist.Bei diesem Fahrzeug ist bei baulich relativ geringem Aufwand eine besonders gute Kühlung der Batterie gewährleistet.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer in einem Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordneten Batterie, welche mehrere Batteriemodule aufweist, sowie mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen der Batteriemodule.
Bei einer solchen Batterie handelt es sich um eine Traktionsbatterie, die im Hochvolt- oder Niedervolt-Bereich Energie für einen Antrieb des elektrisch antreibbaren Fahrzeugs bereitstellt. Bei diesem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um einen Personenkraftwagen.
Eine Batterie für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug besteht typischerweise aus standardisierten Batteriemodulen mit jeweils einer bestimmten Anzahl von Batteriezellen. Die Batteriemodule können in vielfältiger Weise miteinander verschaltet werden.
Es besteht ein ständiges Bedürfnis, eine Batterie eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs gut zu kühlen. Diese Kühlung erfolgt bevorzugt bauraumsparend.
In der DE 10 2015 216 221 A1 ist ein elektrisch antreibbares Fahrzeug beschrieben. Dieses weist eine Traktionsbatterie auf. Diese ist an einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet und weist eine mittels eines Kühlmittels durchströmbare Kühlplatte auf.
In der DE 10 2017 128 318 A1 ist ein elektrisch antreibbares Fahrzeug mit einer Batterie beschrieben, die an einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist. An einer Unterseite der Batterie ist ein Kühlkanal angeordnet. Zwischen einer Unterbodenverkleidung und der Unterseite der Batterie ist ein Wärmetauscher zur Kühlung des Kühlkanals angeordnet.
Die US 2015/135939 A1 offenbart bei einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug eine im Bereich eines Unterbodens angeordnete Batterie. Diese Batterie weist eine Mehrzahl von Batteriezellen auf. An der Unterseite der Batteriezellen ist eine Kühlvorrichtung mit mehreren Kühlkanälen vorgesehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektrisch antreibbares Fahrzeug der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei baulich relativ geringem Aufwand eine besonders gute Kühlung der Batterie gewährleistet ist.
Gelöst wird die Aufgabe durch ein elektrisch antreibbares Fahrzeug, das die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrisch antreibbaren Fahrzeug ist die Batterie, die mehrere Batteriemodule aufweist, im Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet. Die Kühleinrichtung zum Kühlen der Batteriemodule weist eine Verteilerplatte auf, die an einem Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist. Die Verteilerplatte weist mindestens einen Kühlmittelzuflusskanal und mindestens einen Kühlmittelabflusskanal auf. Der Kühlmittelzuflusskanal ist mit Kühlmitteleinlässen der Batteriemodule fluidisch verbunden. Der Kühlmittelabflusskanal ist mit Kühlmittelauslässen der Batteriemodule fluidisch verbunden.
Somit wird die Kühlmittelverteilung bei dem elektrisch antreibbaren Fahrzeug im Bereich der Batterie/Traktionsbatterie durch Zu- und Abflusskanäle in der Verteilerplatte im Unterbodenbereich des Fahrzeugs realisiert.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass der Kanalquerschnitt des Kühlmittelzuflusskanals sich in Strömungsrichtung des Kühlmittels durch den Kühlmittelzuflusskanal verringert. Bei dem in Strömungsrichtung ersten fluidisch mit dem Kühlmittelzuflusskanal verbundenen Batteriemodul steht somit ein großer Kanalquerschnitt, der das kühle Kühlmedium führt, zur Verfügung. In Richtung der weiteren Batteriemodule, somit zweitem, drittem usw. Batteriemodul, verringert sich der Kanalquerschnitt des Kühlmittelzuflusskanals, insbesondere entsprechend der in Strömungsrichtung sich reduzierenden Anzahl an dem Kühlmittelzuflusskanal angeschlossener Batteriemodule. Entsprechend ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Kanalquerschnitt des Kühlmittelabflusskanals sich in Strömungsrichtung des Kühlmittels durch den Kühlmittelabflusskanal vergrößert. Somit kann der Kühlmittelabflusskanal in Strömungsrichtung des Kühlmittels durch diesen den sich vergrößernden Volumenstrom infolge der in Strömungsrichtung nacheinander angeschlossenen Batteriemodule aufnehmen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass der Kanalquerschnitt des Kühlmittelzuflusskanals sich in Strömungsrichtung des Kühlmittels durch den Kühlmittelzuflusskanal stetig verringert und/oder der Kanalquerschnitt des Kühlmittelabflusskanals sich in Strömungsrichtung des Kühlmittels durch den Kühlmittelabflusskanal stetig vergrößert. Insbesondere ist die stetige Veränderung linear.
Unter baulichen Aspekten wird es als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Fahrzeug einen Batterierahmen aufweist, mit dem die Verteilerplatte verbunden ist. Diese Gestaltung ermöglicht eine einfache Lagerung der Verteilerplatte. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Verteilerplatte mit dem Batterierahmen verschweißt und/oder verschraubt ist.
Insbesondere ist die Verteilerplatte auf einer Unterseite des Batterierahmens angeordnet. Hierbei wird von der üblichen Orientierung eines Fahrzeugs, das auf einem Untergrund/Boden steht, ausgegangen. Bei einer solchen Positionierung ergeben sich die auf das Fahrzeug bezogenen Angaben oben und unten. Bezogen auf eine Vorwärtsfahrtrichtung ergeben sich ferner die Angaben vorne, hinten und seitlich.
Vorzugsweise sind die Batteriemodule im Bereich der Kühlmitteleinlässe und Kühlmittelauslässe über abgedichtete Steckverbindungen mit der Verteilerplatte im Bereich des Kühlmittelzuflusskanals und Kühlmittelabflusskanals verbunden. Diese Steckverbindungen ermöglichen eine einfache Montage der Batteriemodule und der Verteilerplatte bei gleichzeitiger Gewährleistung der Dichtigkeit der Verbindung der Batteriemodule mit der Verteilerplatte. Dies ermöglicht überdies eine besonders einfache Montage der Batteriemodule an der Verteilerplatte.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Abdichtung der jeweiligen Steckverbindung mittels eines O-Rings oder mittels einer Plug & Seal-Steckverbindung erfolgt. Eine solche Abdichtung der jeweiligen Steckverbindung lässt sich konstruktiv besonders einfach herstellen und stellt eine dauerhafte Abdichtung sicher.
Vorzugsweise sind die Batteriemodule auf einer Oberseite der Verteilerplatte in dieser gelagert. Hierbei kann die Verteilerplatte das unterste Bauteil des Fahrzeugs im Bereich des Unterbodens darstellen. Die Verteilerplatte stellt somit nicht nur Komponenten zum Kühlen der Batteriemodule zur Verfügung, sondern schützt auch das Fahrzeug im Unterbodenbereich.
Unter dem Aspekt einer besonders einfachen Montage und Befestigung der Batteriemodule ist vorgesehen, dass diese von einer Unterseite der Verteilerplatte mit der Verteilerplatte verschraubt sind. Ein Werkzeug zum Verschrauben kann somit besonders einfach von der Unterseite der Verteilerplatte an das Schraubmittel herangeführt werden und die Verschraubung durchführen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Batteriemodule auf deren Oberseite mittels eines Batteriedeckels abgedeckt sind. Dieser Batteriedeckel kann die Funktion einer Bodenkomponente eines Innenraums des Fahrzeugs aufweisen. Sind die Batteriemodule mit der Verteilerplatte verbunden, ist es ausreichend, wenn der Batteriedeckel die Batteriemodule nur abdeckt, somit die Batteriemodule nicht auf deren Oberseite kontaktiert. Dies ist aber grundsätzlich möglich.
Baulich besonders vorteilhaft ist es, wenn der Batteriedeckel mit dem Batterierahmen verbunden ist. Unter diesem Aspekt ist es von Vorteil, wenn der Batterierahmen, die Verteilerplatte und der Batteriedeckel eine Funktionseinheit bilden, die der Lagerung und Aufnahme der Batteriemodule sowie des Anschlusses der Batteriemodule an die Kühleinrichtung dient. Diese Gesamtkomponente lässt sich so auf besonders einfache Art und Weise im Unterbodenbereich des Fahrzeugs verwirklichen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass die Verteilerplatte und/oder der Batteriedeckel den lichten Querschnitt des Batterierahmens vollständig abdecken. Insbesondere sollte diese Abdeckung abgedichtet erfolgen. Hierdurch ist gewährleistet, dass die Batterie bzw. die Batteriemodule keinen negativen äußeren Einflüssen ausgesetzt ist, insbesondere Feuchtigkeit und Schmutz.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug nebst beschriebener Weiterbildungen ist es somit möglich, die Batteriemodule durch einen Kühlmitteldurchfluss aktiv abzukühlen. Kühlmittel wird durch eine Unterbodenverteilung zu den Batteriemodulen zugeführt und von den Batteriemodulen weggeführt. Die Kühlmittelverteilung wird durch Kühlmittelzuflusskanäle und Kühlmittelabflusskanäle in der Verteilerplatte im Unterboden des Fahrzeugs realisiert. Die Befestigung der Verteilerplatte erfolgt am Batterierahmen durch Verschweißung und/oder Verschraubung. Jedes Batteriemodul ist an die Verteilung angeschlossen und wird in den Batterierahmen auf die Verteilerplatte aufgesetzt. Die Dichtung erfolgt per Plug & Seal oder per O-Ring. Es ist ein maximaler Strömungsquerschnitt bei minimalem, verwinkeltem Bauraum möglich.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels, ohne hierauf beschränkt zu sein.
Es zeigt:

1 betreffend ein elektrisch antreibbares Fahrzeug dessen erfindungsgemäß gestalteten Unterbodenbereich, gesehen in einer Ansicht -Z, somit entgegen der Hochrichtung des Fahrzeugs.

Figurenbeschreibung
In 1 ist mit der Koordinate X die Vorwärtsfahrtrichtung eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs 1, mit der Koordinate Y dessen Querrichtung und der Koordinate Z dessen Hochrichtung bezeichnet.
Das Fahrzeug 1 weist eine in einem Unterbodenbereich 2 des Fahrzeugs 1 angeordnete Batterie 3 auf. Bei dieser Batterie 3 handelt es sich um eine Traktionsbatterie. Die Batterie 3 weist mehrere Batteriemodule 4 auf. Ferner weist das Fahrzeug 1 eine Kühleinrichtung 5 zum Kühlen der Batteriemodule 4 auf.
Im Detail weist die Kühleinrichtung 5 eine großflächige Verteilerplatte 6 auf, die an einem Unterboden des Fahrzeugs 1 angeordnet ist. Die Verteilerplatte 6 erstreckt sich in X- und Y-Richtung im Wesentlichen über die Länge und Breite eines der Aufnahme von Fahrzeuginsassen dienenden Fahrzeuginnenraums. Die Verteilerplatte 6 weist einen Kühlmittelzuflusskanal 7 und einen Kühlmittelabflusskanal 8 auf. Ein externer Anschluss 9 ist mit dem Kühlmittelzuflusskanal 7 und ein externer Anschluss 10 mit dem Kühlmittelabflusskanal 8 verbunden.
Der Kühlmittelzuflusskanal 7 ist mit Kühlmitteleinlässen 11 der Batteriemodule 4 fluidisch verbunden und der Kühlmittelabflusskanal 8 ist mit Kühlmittelauslässen 12 der Batteriemodule 4 fluidisch verbunden.
Das Fahrzeug 1 weist einen Batterierahmen 13 auf, mit dem die Verteilerplatte 6 verschraubt ist. Die Verteilerplatte 6 ist hierbei auf der Unterseite des Batterierahmens 13 angeordnet.
Nicht veranschaulicht ist die Verbindung der Batteriemodule 4 mit dem Kühlmittelzuflusskanal 7 und dem Kühlmittelabflusskanal 8. Die Batteriemodule 4 sind im Bereich der Kühlmitteleinlässe 11 und Kühlmittelauslässe 12 über abgedichtete Steckverbindungen mit der Verteilerplatte 6 im Bereich des Kühlmittelzuflusskanals 7 und des Kühlmittelabflusskanals 8 verbunden. Die Abdichtung der jeweiligen Steckverbindung erfolgt mittels eines O-Rings oder mittels einer Plug & Seal-Steckverbindung.
Die Batteriemodule 4 sind auf einer Oberseite der Verteilerplatte 6 in dieser gelagert. Befestigt sind die Batteriemodule 4 mit der Verteilerplatte 6. Konkret sind die Batteriemodule 4 von der Unterseite der Verteilerplatte 6 mit dieser verschraubt.
Die Batteriemodule 4 sind auf deren Oberseite mittels eines Batteriedeckels 14 abgedeckt. In der Draufsicht gemäß 1 ist dieser Batteriedeckel 14 nicht über seine vollständige Deckfläche veranschaulicht, sodass in dem nicht abgedeckten Bereich Einzelheiten der Batterie 3 betreffend diverse Batteriemodule 4 und dieses Bereichs der Kühleinrichtung 5 sichtbar sind. Unter dem vom veranschaulichten Bereich des Batteriedeckels 14 abgedeckten Bereich befinden sich weitere Batteriemodule 4, die parallel zu der veranschaulichten Anordnung der Batteriemodule 4 positioniert und entsprechend an Kühlmittelzuflusskanäle 7 und Kühlmittelabflusskanäle 8 angeschlossen sind.
Auch der Batteriedeckel 14 ist mit dem Batterierahmen 13 verbunden, insbesondere verschraubt. Der Batteriedeckel 14 kann unmittelbar den Boden oder einen Teilbereich des Bodens des Innenbereichs des Fahrzeugs bilden. Die Verteilerplatte 6 und der Batteriedeckel 14 decken den lichten Querschnitt des Batterierahmens 13, somit in Z-Richtung gesehen, ab.
Bei dem beschriebenen elektrisch antreibbaren Fahrzeug 1 gelangt, bezogen auf den zur 1 beschriebenen Bereich, Kühlmittel über den Anschluss 9 in den die Verteilerplatte 6 im Wesentlichen in X-Richtung durchsetzenden Kühlmittelzuflusskanal 7 und von dort über die Kühlmitteleinlässe 11 in Z-Richtung zum Kühlsystem des jeweiligen Batteriemoduls 4. Das Kühlmittel verlässt das jeweilige Batteriemodul 4 durch den sich in -Z-Richtung erstreckenden Kühlmittelauslass 12 und gelangt in den Kühlmittelabflusskanal 8. Das Kühlmittel strömt in -X-Richtung durch diesen Kühlmittelabflusskanal 8 und verlässt die Kühleinrichtung 5 im Bereich des Anschlusses 10.
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 102015216221 A1 [0005]
DE 102017128318 A1 [0006]
US 2015135939 A1 [0007]

Claims

Elektrisch antreibbares Fahrzeug (1) mit einer in einem Unterbodenbereich (2) des Fahrzeugs (1) angeordneten Batterie (3), welche mehrere Batteriemodule (4) aufweist, sowie mit einer Kühleinrichtung (5) zum Kühlen der Batteriemodule (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (5) eine Verteilerplatte (6) aufweist, die an einem Unterboden des Fahrzeugs (1) angeordnet, wobei die Verteilerplatte (6) mindestens einen Kühlmittelzuflusskanal (7) und mindestens einen Kühlmittelabflusskanal (8) aufweist, wobei der Kühlmittelzuflusskanal (7) mit Kühlmitteleinlässen (11) der Batteriemodule (4) fluidisch verbunden ist und der Kühlmittelabflusskanal (8) mit Kühlmittelauslässen (12) der Batteriemodule (4) fluidisch verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanalquerschnitt des Kühlmittelzuflusskanals (7) sich in Strömungsrichtung des Kühlmittels durch den Kühlmittelzuflusskanal (7) verringert und/oder der Kanalquerschnitt des Kühlmittelabflusskanals (8) sich in Strömungsrichtung des Kühlmittels durch den Kühlmittelabflusskanal (8) vergrößert.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Batterierahmen (13) aufweist, mit dem die Verteilerplatte (6) verbunden ist.
Fahrzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (6) mit dem Batterierahmen (13) verschweißt und/oder verschraubt ist.
Fahrzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (6) auf einer Unterseite des Batterierahmens (13) angeordnet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (4) im Bereich der Kühlmitteleinlässe (11) und Kühlmittelauslässe (12) über abgedichtete Steckverbindungen mit der Verteilerplatte (6) im Bereich des Kühlmittelzuflusskanals (7) und des Kühlmittelabflusskanals (8) verbunden sind.
Fahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung der jeweiligen Steckverbindung mittels eines O-Rings oder mittels einer Plug & Seal-Steckverbindung erfolgt.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (4) auf einer Oberseite der Verteilerplatte (6) in dieser gelagert sind.
Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (4) von einer Unterseite der Verteilerplatte (6) mit der Verteilerplatte (6) verschraubt sind.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (4) auf deren Oberseite mittels eines Batteriedeckels (14) abgedeckt sind.
Fahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriedeckel (14) mit dem Batterierahmen (13) verbunden ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verteilerplatte (6) und/oder der Batteriedeckel (14) den lichten Querschnitt des Batterierahmens (13) vollständig abdeckt.