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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Zum technischen Umfeld wird beispielsweise auf die Europäische Patentschrift
EP 2 400 579 B1 hingewiesen. Aus diesem Patent ist eine Batterieanordnung bekannt, aufweisend ein Paar von Batteriepacks, die in einem Gehäuse angeordnet sind, das zum Erhalt des Paars von Batteriepacks ausgebildet ist. Die Batteriepacks sind einander zugewandt, wobei jeder der Batteriepacks zumindest ein Batteriemodul aufweist. Jedes Batteriemodul weist eine Vielzahl von Batterieeinheiten auf, wobei ein Spalt zwischen dem Paar von Batteriepacks dargestellt ist, wodurch ein erster Strömungsweg ausgebildet wird und wobei ein Spalt zwischen dem Paar von Batteriepacks ausgebildet ist und eine Innenfläche des Gehäuses dadurch einen zweiten Strömungsweg ausbildet. Der erste Strömungsweg und der zweite Strömungsweg bilden einen geschlossenen Kreis aus und ein Spalt zwischen dem Paar von Batteriepacks in einem unteren Abschnitt des ersten Strömungsweges ist größer als ein Spalt zwischen dem Paar von Batteriepacks in einem oberen Abschnitt des ersten Strömungsweges. Ein Spalt zwischen dem Paar von Batteriepacks verengt sich schrittweise von einem unteren Abschnitt zu einem oberen Abschnitt des ersten Strömungsweges hin, wobei ein Spalt zwischen dem Gehäuse und jedem der Batteriepacks derart ausgebildet ist, dass er sich schrittweise von einem oberen Abschnitt zu einem unteren Abschnitt des zweiten Strömungsweges hin erweitert.
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Weiter ist aus der Deutschen Patentanmeldung
DE 10 2019 216 051 A1 eine Kondensierungsvorrichtung zur Anbringung an einem Fahrzeug zur Bildung einer Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie des Fahrzeuges bekannt, mit einem Fluid, mit einem Einlass für gasförmiges Fluid, einem Auslass für kondensiertes Fluid und einem Wärmetauscherelement zur Aufnahme von Wärme aus dem Fluid und zur Abgabe von Wärme an eine äußere Umgebung. Die Kondensierungsvorrichtung weist eine Druckausgleichsvorrichtung zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum der Kondensierungsvorrichtung und der äußeren Umgebung auf. Weiter ist aus dieser Offenlegungsschrift eine Kühlvorrichtung zur Kühlung einer Traktionsbatterie eines Fahrzeugs mit einem Fluid bekannt, mit einem Kühlkreislauf, wobei die Kühlvorrichtung eine Druckausgleichsvorrichtung zum Druckausgleich zwischen einem Innenraum der Kühlvorrichtung und der äußeren Umgebung aufweist.
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Aus der Deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2010 041 276 A1 ist darüber hinaus ein Fahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher, sowie ein Verfahren zu dessen Kühlung bekannt. Beschrieben wird ein Fahrzeug mit wenigstens einem Energiespeicher für elektrische Energie und wenigstens einer Vorrichtung zur Kühlung des wenigstens einen Energiespeichers. Der wenigstens eine Energiespeicher ist thermisch an in dem Fahrzeug starr verbundene Teile gekoppelt, wobei die Teile ausgebildet sind, den Energiespeicher zu kühlen. Die Wärmemenge wird direkt oder indirekt an Fahrzeugteile mit großer thermischer Masse und/oder an Fahrzeugteile mit großer Oberfläche mit direkter thermischer Verbindung zur Fahrzeugumgebung abgeführt.
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Auch wenn der bekannte Stand der Technik keine direkten Nachteile aufweist, liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine optimierte Temperierung für einen elektrischen Antrieb für ein Elektrofahrzeug aufzuzeigen, wobei gleichzeitig eine weitere Steigerung der Gesamtfahrzeugeffizienz dargestellt werden soll.
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Diese Aufgabe wird für ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine als Antriebseinheit (BEV = Battery Electric Vehicle), wobei für die Antriebseinheit ein erster elektrischer Energiespeicher vorgesehen ist, der parallel zu einem zweiten elektrischen Energiespeicher und durch einen Spalt von dem ersten Energiespeicher beabstandet innerhalb des Kraftfahrzeuges angeordnet ist, wobei der erste und der zweite Energiespeicher für eine Stromversorgung der Antriebseinheit vorgesehen sind, wobei sich der Spalt zwischen den Energiespeichern in einer Fahrzeuglängsrichtung erstreckt, dadurch gelöst, dass das Kraftfahrzeug an der Stirnseite einen ersten Lufteinlass aufweist, der in einem ersten Luftkanal mündet, der sich durch den Spalt zwischen den elektrischen Energiespeichern erstreckt und in einem ersten Luftauslass an dem Fahrzeugheck endet.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs wird eine optimierte Temperierung für den elektrischen Antrieb eines Elektrofahrzeugs (BEV) dargestellt, sowie ein unnötig großer Luftwiderstand von bekannten Fahrzeugarchitekturen vermieden. Rein batterieelektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge erzeugen prinzipbedingt (aufgrund des höheren Wirkungsgrades des Antriebes) deutlich weniger Abwärme als solche mit Verbrennungsmotoren. Dementsprechend können die Kühlflächen kleiner ausgelegt werden. Das erfindungsgemäße Konzept macht sich diesen Umstand zunutze, um den Luftwiderstand und damit den Energiebedarf für den Antrieb des Kraftfahrzeuges weiter zu reduzieren. Erfindungsgemäß wird ein erster Luftkanal im Unterboden des Kraftfahrzeuges vorgeschlagen, der sich zwischen den elektrischen Energiespeichern erstreckt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2, wobei die Antriebseinheit in dem ersten Luftkanal angeordnet ist, dient der Kühlung der elektrischen Antriebseinheit während der Fahrt des Kraftfahrzeuges.
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Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3, wobei das Kraftfahrzeug zwei Vorderräder und zwei Hinterräder aufweist und wobei die Antriebseinheit für zumindest ein Hinterrad vorgesehen ist, dient insbesondere einem sportlichen Antrieb des Kraftfahrzeuges.
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Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 4, wobei für jedes Rad eine Bremsvorrichtung vorgesehen ist, die jeweils in dem ersten Luftkanal angeordnet ist, dient einer effektiven Kühlung der Bremsvorrichtungen.
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Mit der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 5, wobei der erste Luftkanal vom Bereich des ersten Lufteinlasses bis zur Antriebseinheit in einen unteren Luftkanal und einen oberen Luftkanal aufgeteilt ist, ermöglicht eine verbesserte Teiltemperierung der einzelnen Komponenten.
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Besonders bevorzugt ist in dem oberen Luftkanal gemäß Patentanspruch 6 ein erster Wärmetauscher angeordnet, der gemäß Patentanspruch 7 insbesondere zur thermischen Konditionierung des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeichers dient. Dies kann in vorteilhafter Weise während einer Fahrt oder auch im Stillstand des Kraftfahrzeuges erfolgen.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform gemäß Patentanspruch 8, ist in dem oberen Luftkanal eine erste Verschlussvorrichtung vorgesehen, mit der der obere Luftkanal verschließ- oder öffenbar ist. Mit Hilfe dieser Ausgestaltung ist ein optimiertes Thermomanagement mit Hilfe des ersten Wärmetauschers für das Kraftfahrzeug möglich.
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Die Ausgestaltungen gemäß Patentanspruch 9, wobei der obere Luftkanal mit der ersten Verschlussvorrichtung in Stufen oder stufenlos verschließ- oder öffenbar ist, sind zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele.
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Für ein besonders gutes Wärmemanagement ist die erste Verschlussvorrichtung gemäß Patentanspruch 10 bevorzugt zwischen dem ersten Lufteinlass und dem ersten Wärmetauscher angeordnet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung gemäß Patentanspruch 11, weist das Kraftfahrzeug an seiner Stirnseite einen zweiten Lufteinlass auf, der in einen zweiten Luftkanal mündet und der in einem zweiten Luftauslass zwischen einer Frontklappe und einer Frontscheibe des Kraftfahrzeuges endet.
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Bevorzugt ist in dem zweiten Luftkanal gemäß Patentanspruch 12, ein zweiter Wärmetauscher angeordnet, der gemäß Patentanspruch 13 insbesondere zur thermischen Konditionierung der Antriebseinheit vorgesehen ist.
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Für eine weitere Optimierung des Gesamtsystems ist gemäß Patentanspruch 14 in dem zweiten Luftkanal eine zweite Verschlussvorrichtung vorgesehen, mit der der zweite Luftkanal verschließ- oder öffenbar ist.
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Dies erfolgt gemäß Patentanspruch 15 bevorzugt dadurch, dass der zweite Luftkanal mit der zweiten Verschlussvorrichtung ebenfalls in Stufen oder stufenlos verschließ- oder öffenbar ist.
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Ebenfalls für einen guten Wirkungsgrad ist die zweite Verschlussvorrichtung gemäß Patentanspruch 16 in dem Bereich des zweiten Lufteinlasses angeordnet.
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Im Folgenden ist die Erfindung anhand von vier Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt einen Horizontalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einem ersten Luftkanal.
- 2 zeigt einen Vertikalschnitt durch den ersten Luftkanal und einen zweiten Luftkanal.
- 3 zeigt eine Aufsicht auf ein dreidimensional dargestelltes Kraftfahrzeug von vorne mit einem ersten Lufteinlass und einem zweiten Lufteinlass und einem zweiten Luftauslass.
- 4 zeigt eine Aufsicht auf ein dreidimensional dargestelltes Kraftfahrzeug von hinten mit einem ersten Luftauslass.
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Im Folgenden gelten in den 1 bis 4 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
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1 zeigt einen schematischen Horizontalschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine elektrische Maschine als Antriebseinheit 2 auf. Dies bedeutet, dass das Kraftfahrzeug 1 ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug (BEV = Battery Electric Vehicle) ist. Hierfür ist für die Antriebseinheit 2 ein erster elektrischer Energiespeicher 3 vorgesehen, der parallel zu einem zweiten elektrischen Energiespeicher 4 und durch einen Spalt 5 von dem ersten elektrischen Energiespeicher 3 beabstandet innerhalb des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Eine umhüllende Karosserie ist nicht dargestellt. Der erste und der zweite elektrische Energiespeicher 3, 4 sind für eine Stromversorgung der Antriebseinheit 2 vorgesehen. Der Spalt 5 erstreckt sich zwischen den zwei elektrischen Energiespeichern 3, 4 in einer Fahrzeuglängsrichtung X.
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In einem Koordinatensystem rechts von 1 sind eine Längs-Richtung X, eine Quer-Richtung Y und eine Hoch-Richtung Z des Kraftfahrzeuges, die sich aus der Bildebene heraus nach oben erstreckt, dargestellt.
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Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug 1 an einer Stirnseite 6 einen ersten Lufteinlass 7 auf, der in einen ersten Luftkanal 8 mündet, der sich durch den Spalt 5 in X-Richtung erstreckt und in einem ersten Luftauslass 9 an einem Fahrzeugheck 10 endet. Aufgrund dieser grundlegenden Ausgestaltung des Kraftfahrzeuges 1 werden wesentliche Aerodynamikvorteile für das Kraftfahrzeug 1 erzielt, bei einer sehr guten Temperierung des ersten und des zweiten Energiespeichers 3, 4, sowie der Antriebseinheit 2, die ebenfalls in dem ersten Luftkanal 8 angeordnet ist.
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Weiter weist das Kraftfahrzeug 1 zwei Vorderräder 11 und zwei Hinterräder 12 auf, deren Achsen nicht beziffert sind. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Antriebseinheit 2 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Antrieb beider Hinterräder 12 vorgesehen, in einem weiteren Ausführungsbeispiel kann der Antrieb auch nur für ein einziges Hinterrad 12 vorgesehen werden.
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Weiter ist für jedes Rad 11, 12 eine Bremsvorrichtung 13 vorgesehen, die ebenfalls jeweils in dem ersten Luftkanal 8 angeordnet sind. Hierfür sind die Bremsvorrichtungen 13 weiter in der Mitte des Kraftfahrzeuges 1 angeordnet, um eine besonders gute Kühlung der Bremsvorrichtungen 13 darstellen zu können.
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Weiter ist vor der Stirnseite 6 des Kraftfahrzeuges 1 ein Pfeil eingezeichnet, der mit 23 beziffert ist und eine Einströmrichtung einer Zuluft symbolhaft darstellt. Zentrisch durch das Kraftfahrzeug 1 ist ein Vertikalschnitt II - II in der Längs-Richtung X eingezeichnet, der in 2 dargestellt ist.
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2 zeigt schematisch den Vertikalschnitt II - II durch das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 1. Bis auf den ersten Luftkanal 8 sowie einen zweiten Luftkanal 17 mit darin angeordneten Bauteilen sind keine weiteren Komponenten des Kraftfahrzeuges 1 dargestellt. Die Einströmrichtung der Zuluft 23 ist wieder schematisch durch einen Pfeil dargestellt.
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Unterhalb von 2 ist wieder ein Koordinatensystem dargestellt, welches die Längs-Richtung X, die Quer-Richtung Y sowie die Hoch-Richtung Z des Kraftfahrzeuges 1 darstellt.
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Die Stirnseite des Kraftfahrzeuges 1 ist mit 6 und das Fahrzeugheck ist mit 10 beziffert. Im Bereich des ersten Lufteinlasses 7 des ersten Luftkanals 8 ist die Lage einer Bremsvorrichtung 13 eingezeichnet. Im Bereich des ersten Luftauslasses 9 im Bereich des Fahrzeughecks 10 sind die die Lagen der Antriebseinheit 2 sowie einer Bremsvorrichtung 13 überlagert eingezeichnet. Wie aus 2 ersichtlich ist, ist der erste Luftkanal 8 in diesem Ausführungsbeispiel vom Bereich der ersten Bremsvorrichtung 13 bis zu einem Bereich der Antriebseinheit 2 in einem unteren Luftkanal 8a und in einen oberen Luftkanal 8b aufgeteilt. Durch diese Ausgestaltung lässt sich ein Thermomanagement besser regulieren. In einer weiteren Ausführungsform kann diese horizontale Teilung auch vom Bereich des ersten Lufteinlasses 7 bis zur Antriebseinheit 2 dargestellt sein.
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Darüber hinaus ist in dem oberen Luftkanal 8b ein erster Wärmetauscher 14 angeordnet, der insbesondere zur thermischen Konditionierung des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeichers 3, 4 vorgesehen ist. Um den Wirkungsgrad des ersten Wärmetauschers 14 gut regulieren zu können, ist im oberen Luftkanal 8b eine erste Verschlussvorrichtung 15 vorgesehen, mit der der obere Luftkanal 8b verschließ- oder öffenbar ist, wobei die erste Verschlussvorrichtung 15 bevorzugt in Stufen oder stufenlos verschließ- oder öffenbar ist. Bei der ersten Verschlussvorrichtung 15 kann es sich beispielsweise um eine Klappe, eine Drosselklappe oder auch um eine Lamellenvorrichtung handeln. Für einen besonders guten Wirkungsgrad ist die erste Verschlussvorrichtung 15 bevorzugt zwischen dem ersten Lufteinlass 7 und dem ersten Wärmetauscher 14 angeordnet. Eine Schließ- oder Öffenrichtung ist schematisch mit einem Doppelpfeil dargestellt.
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Wie in 2 weiter ersichtlich ist, weist das Kraftfahrzeug 1 an der Stirnseite 6 einen zweiten Lufteinlass 16 auf, der in einen zweiten Luftkanal 17 mündet und der in einem zweiten Luftauslass 18 zwischen einer Frontklappe 19 und einer Frontscheibe 20 des Kraftfahrzeuges 1 endet. Ersichtlich ist das Ende des zweiten Luftkanals in 3.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist in dem zweiten Luftkanal 17 ein zweiter Wärmetauscher 21 angeordnet, der insbesondere zur thermischen Konditionierung der Antriebseinheit 2 vorgesehen ist. Weiter ist in diesem Ausführungsbeispiel in dem zweiten Luftkanal 16 eine zweite Verschlussvorrichtung 22 vorgesehen, mit der der zweite Luftkanal 16 verschließ- oder öffenbar ist. Dies erfolgt bevorzugt stufenlos oder in Stufen. Auch bei der zweiten Verschlussvorrichtung 22 kann es sich beispielsweise um eine einfache Klappe oder eine Drosselklappe oder um eine Lamellenvorrichtung handeln. Bevorzugt ist die zweite Verschlussvorrichtung 22 ebenfalls in dem Bereich des zweiten Lufteinlasses 16 angeordnet. Eine Schließ- oder Öffenrichtung ist schematisch mit einem Doppelpfeil dargestellt.
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3 zeigt eine Aufsicht auf ein dreidimensional dargestelltes Kraftfahrzeug 1. Hierbei handelt es sich um eine Vorderansicht des Kraftfahrzeuges 1. Gestrichelt eingezeichnet in 1 ist ein möglicher Bereich, in dem der erster Lufteinlass 7 angeordnet sein kann. Darüber hinaus ist gepunktet ein Bereich eingezeichnet, in dem der zweite Lufteinlass 16 für den zweiten Luftkanal 17 angeordnet werden kann. Dieser zweite Luftkanal 17 erstreckt sich unter der Frontklappe 19 des Kraftfahrzeuges 1 bis zu der Frontscheibe 20 des Kraftfahrzeuges 1, wobei in diesem Bereich der zweite Luftauslass 18 ebenfalls gepunktet eingezeichnet ist.
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Darüber hinaus sind in 3 vier Bereiche 24 dargestellt, in denen die Karosserie für eine weitere Optimierung der Aerodynamik der Karosserie des Kraftfahrzeuges 1 verschlossen werden kann. Das bedeutet, dass Strömungshindernisse von heute gebräuchlichen Fahrzeugarchitekturen minimiert werden können.
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4 zeigt eine Rückansicht des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges 1 aus 3. Wiederum gestrichelt eingezeichnet ist ein Bereich, in dem der erste Luftauslass 9 angeordnet werden kann. Auch in 4 sind zwei Bereiche 24 eingezeichnet, die aus Aerodynamikgründen ebenfalls verschlossen werden können. In den Bereichen 24 aus den 3 und 4 ist zu beachten, dass an der Vorderachse und an der Hinterachse die Radaufhängung / Lenkung derart modifiziert werden muss, dass ein ausreichender Lenkwinkel weiterhin gewährleistet ist.
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Zusammengefasst kann gesagt werden, dass rein batterieelektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge 1 prinzipbedingt, aufgrund des höheren Wirkungsgrades des Antriebs, deutlich weniger Abwärme als solche mit Verbrennungsmotoren erzeugen. Dem entsprechend können die Kühlflächen kleine ausgelegt werden.
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Das vorgeschlagene, erfindungsgemäße Konzept macht sich diesen Umstand zunutze, um den Luftwiderstand und damit den Energiebedarf des Kraftfahrzeuges 1 weiter zu reduzieren. Voraussetzung hierfür ist die Ausbildung eines ersten Luftkanals 8, ein sog. Kühltunnel, im Unterboden des Kraftfahrzeuges 1. Die Luft umströmt dabei zunächst die (nach innen verlegten) Bremsvorrichtungen 13, ehe sie auf einen horizontal zweigeteilten Bereich (unterer Luftkanal 8a, oberer Luftkanal 8b) trifft. Im unteren Luftkanal 8a gelangt sie ungehindert zur Hinterachse, wo sie auch die dortigen Bremsvorrichtungen 13 kühlen soll. Der obere Luftkanal 8b wird nur bei Bedarf freigegeben und enthält einen Wärmetauscher 14 (Kühl- oder Kältemittelkühler), der bevorzugt der Kühlung des ersten und des zweiten elektrischen Energiespeicher 3, 4 dient. Am Ende dieses Bereichs treffen beide TeilLuftströme wieder aufeinander.
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Der elektrische Antrieb 2 (Leistungselektronik, E-Maschine, Getriebe / Differential, Kühlung / Schmierung) auf der Hinterachse wird zwar ebenfalls von umströmender Luft gekühlt; die Hauptkühlleistung erbringt (falls erforderlich) jedoch der zweite Wärmetauscher 21 (Kühlmittelkühler) in dem zweiten Luftkanal 17 des Kraftfahrzeuges 1. Weiterhin kann die Abwärme der Antriebseinheit 2 zur Beheizung eines Fahrzeuginnenraums verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Antriebseinheit
- 3
- erster Energiespeicher
- 4
- zweiter Energiespeicher
- 5
- Spalt
- 6
- Stirnseite
- 7
- erster Lufteinlass
- 8
- erster Luftkanal
- 8a
- unterer Luftkanal
- 8b
- oberer Luftkanal
- 9
- erster Luftauslass
- 10
- Fahrzeugheck
- 11
- Vorderrad
- 12
- Hinterrad
- 13
- Bremsvorrichtung
- 14
- Erster Wärmetauscher
- 15
- erste Verschlussvorrichtung
- 16
- zweiter Lufteinlass
- 17
- zweiter Luftkanal
- 18
- zweiter Luftauslass
- 19
- Frontklappe
- 20
- Frontscheibe
- 21
- Zweiter Wärmetauscher
- 22
- Zweite Verschlussvorrichtung
- 23
- Zuluft
- 24
- verschließbare Bereiche
- X
- Längs-Richtung
- Y
- Quer-Richtung
- Z
- Hoch-Richtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2400579 B1 [0002]
- DE 102019216051 A1 [0003]
- DE 102010041276 A1 [0004]
