DE102020100597A1

DE102020100597A1 - Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020100597A1
Application number: DE102020100597.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Albl; Jan Wauer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-01-14
Filing date: 2020-01-14
Publication date: 2021-07-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (1) mit einem elektrischen Traktionsmotor, einer einen Brennstoffzellenstapel mit mindestens einer Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenvorrichtung sowie einer Traktions-Batterie (4), wobei im Bereich des Vorderwagens (2) von dem Brennstoffzellenstapel (3) und der Traktions-Batterie (4) ein Teil an einer Fahrzeugkarosserie (5) und das andere Teil auf einem Vorderachsträger (6) befestigt ist.

Description

Die Erfindung ist gebildet durch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Traktionsmotor, einer ein Spannungswandler und einen Brennstoffzellenstapel mit mindestens einer Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenvorrichtung sowie einer Traktions-Batterie, wobei im Bereich des Vorderwagens von dem Brennstoffzellenstapel und der Traktions-Batterie ein Teil an einer Fahrzeugkarosserie und das andere Teil auf einem Vorderachsträger befestigt ist.
Bei Kraftfahrzeugen, die für die Realisierung der Elektromobilität einen elektrischen Traktionsmotor aufweisen, der aus einer Brennstoffzellenvorrichtung sowie einer Hochvolt-Batterie gespeist wird, ist es erforderlich, die einzelnen Komponenten in dem Kraftfahrzeug so zu verteilen, dass bei ausreichender Dimensionierung des Brennstofftanks für die Brennstoffzellenvorrichtung und der Hochvolt-Batterie genügend Raum verbleibt für die Nebenaggregate der Brennstoffzellenvorrichtung und insbesondere für die Passagiere und deren Gepäck.
In der US 2007/0062746 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Brennstoffzellenvorrichtung beschrieben, bei dem die Komponenten für den Antrieb über das Kraftfahrzeug verteilt angeordnet sind, nämlich der Traktionsmotor im Bereich des Vorderwagens, der Brennstoffzellenstapel der Brennstoffzellenvorrichtung im Bereich des Unterbodens des Passagierraums und der Brennstofftank vor der Hinterachse. Die US 2002/0056580 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, bei dem zur Bereitstellung elektrischer Energie statt eines Generators eine Brennstoffzellenvorrichtung genutzt wird, wobei die Energie- und/oder Materialströme des Verbrennungsmotors und der Brennstoffzellenvorrichtung miteinander verbunden sind, insbesondere der Kühlkreislauf, das Abgassystem und elektrische Leitungen gemeinsam genutzt werden. Bei der JP2012035744 A ist zur Verbesserung des Aufprallschutzes bei einem Frontaufprall beschrieben, dass die zur Versorgung eines Traktionsmotors vorgesehene Brennstoffzelle in einem auf der Vorderachse angeordneten Batteriegehäuse mit einer verstärkten Ecke angeordnet ist, die in Richtung des Vorderendes weist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug bereit zu stellen, bei dem die Nutzung des Bauraums im Bereich des Vorderwagens verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Beim erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergibt sich der Vorteil einer verbesserten Nutzung des im Vorderwagen des Kraftfahrzeuges bereit stehenden Bauraums mit einer günstigen Lastverteilung für den Brennstoffzellenstapel und der Traktions-Batterie, deren Halterung auf unterschiedliche Bauteile verteilt ist, so dass die der Halterung dienenden Bauteile aus Fahrzeugkarosserie und Vorderachsträger jeweils geringer belastet werden und nur für diese Belastung dimensioniert und ausgelegt werden müssen.
Bevorzugt ist dabei, dass die Traktions-Batterie auf dem Vorderachsträger und dem Brennstoffzellenstapel an der Karosserie befestigt ist, da in der Regel die Traktions-Batterie die höhere Masse aufweist und der Schwerpunkt bei dieser Konfiguration niedriger liegt. Es ist dabei vorgesehen, dass die Traktions-Batterie starr befestigt ist und an der Federung des Vorderachsträgers partizipiert.
Hinsichtlich des Brennstoffzellenstapels kann dieser gleichfalls starr befestigt oder auch elastisch gelagert befestigt sein.
Bevorzugt ist weiterhin, wenn der Brennstoffzellenstapel und die Traktions-Batterie übereinander in vertikaler Reihung angeordnet sind, und zumindest teilweise der Brennstoffzellenstapel an der Traktions-Batterie abgestützt und /oder befestigt ist, da so eine nochmals verbesserte Bauraumausnutzung gegeben ist, die eine Anordnung weiterer Bauteile oder Aggregate im Bereich des Vorderwagens ermöglicht, da eine kompakte Einheit von dem Brennstoffzellenstapel und der Traktions-Batterie gebildet werden kann, die es auch ermöglicht, dass der Brennstoffzellenstapel und die Traktions-Batterie als eine elektro-funktionale Einheit zusammengefasst sind, die interne elektrische Verbindungen von dem Brennstoffzellenstapel und der Batterie enthält. Die elektrischen Verbindungen sind dabei als Stromschienen und/oder als Kabel ausgebildet. Durch die internen elektrischen Verbindungen werden Stecker sowie Hochvoltkabel eingespart.
Die vorstehend geschilderte Anordnung von dem Brennstoffzellenstapel und der Traktions-Batterie ermöglicht eine kompakte Bauweise mit kurzen Leitungswegen sowohl für die Kühlung als auch die elektrischen Verbindungen, wobei auch Synergien zu dem Aufbau von Kraftfahrzeugen mit Verbrennungskraftmaschinen bestehen, da gleiche Krafteinleitungspunkte in die Karosserie vorliegen, gleiche Montagepunkte genutzt werden können und ein vergleichbares Crash-Verhalten gegeben ist.
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. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung des Vorderwagens eine Kraftfahrzeuges mit einem Brennstoffzellenstapel und einer Hochvolt-Batterie, und
2 eine der 1 entsprechende Darstellung mit dem Brennstoffzellenstapel mit der Batterie in einer elektro-funktionaler Einheit.

In der 1 ist ein Kraftfahrzeug gezeigt, für dessen Antrieb ein in der Zeichnung nicht dargestellter elektrischer Traktionsmotor vorgesehen ist. Dieser Traktionsmotor kann in einem Bereich außerhalb des Vorderwagens 2 angeordnet sein, beispielsweise im Bereich der Hinterachse. Zur Versorgung des Traktionsmotors weist das Kraftfahrzeug 1 eine Brennstoffzellenvorrichtung auf. Des Weiteren verfügt das Kraftfahrzeug 1 auch über eine Traktions-Batterie 4.
Im Bereich des Vorderwagens 2 ist von dem Brennstoffzellenstapel 3 und der Traktions-Batterie 4 ein Teil an der Fahrzeugkarosserie 5 und das andere Teil auf dem Vorderachsträger 6 befestigt, wobei in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Zuordnung so getroffen ist, dass die Traktions-Batterie 4 starr auf dem Vorderachsträger 6 und der Brennstoffzellenstapel 3 an der Fahrzeugkarosserie 5 befestigt ist. Der Brennstoffzellenstapel 3 kann dabei starr befestigt oder elastisch gelagert befestigt sein.
2 lässt erkennen, dass der Brennstoffzellenstapel 3 und die Traktions-Batterie 4 übereinander in vertikaler Reihung angeordnet sind, so dass der Brennstoffzellenstapel 3 und die Traktions-Batterie 4 auch als eine elektro-funktionale Einheit 7 zusammengefasst sein können, bei der interne elektrische Verbindungen von dem Brennstoffzellenstapel 3 und der Traktions-Batterie 4 vorhanden sind, die als Stromschienen und/oder Kabel ausgebildet sind. Dabei kann die Last von dem Brennstoffzellenstapel 3 teilweise auch über die Traktions-Batterie 4 auf den Vorderachsträger 6 geleitet werden, während ansonsten die Last an der Fahrzeugkarosserie anliegt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Vorderwagen
3: Brennstoffzellenstapel
4: Batterie
5: Fahrzeugkarosserie
6: Vorderachsträger
7: Elektro-funktionale Einheit

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

US 2007/0062746 A1 [0003]
US 2002/0056580 A1 [0003]
JP 2012035744 A [0003]

Claims

Kraftfahrzeug (1) mit einem elektrischen Traktionsmotor, einer einem Brennstoffzellenstapel (3) mit mindestens einer Brennstoffzelle aufweisenden Brennstoffzellenvorrichtung sowie einer Traktions-Batterie (4), wobei im Bereich des Vorderwagens (2) von dem Brennstoffzellenstapel (3) und der Traktions-Batterie (4) ein Teil an einer Fahrzeugkarosserie (5) und das andere Teil auf einem Vorderachsträger (6) befestigt ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktions-Batterie (4) auf dem Vorderachsträger (6) und der Brennstoffzellenstapel (3) an der Fahrzeugkarosserie (5) befestigt ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktions-Batterie (4) starr befestigt ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (3) starr befestigt ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (3) elastisch gelagert befestigt ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (3) und die Batterie (4) übereinander in vertikaler Reihung angeordnet sind, und dass zumindest teilweise der Spannungswandler mit dem Brennstoffzellenstapel (3) an der Traktions-Batterie (4) abgestützt und/ oder befestigt ist.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffzellenstapel (3) und die Batterie (4) als eine elektro-funktionale Einheit (7) zusammengefasst sind.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektro-funktionale Einheit (7) interne elektrische Verbindungen von dem Brennstoffzellenstapel (3) und der Batterie (4) enthält.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen als Stromschienen ausgebildet sind.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Verbindungen als Kabel ausgebildet sind.