DE102022001929A1 - Fahrzeug mit einem im Bereich einer Unterbodenverkleidung angeordneten elektrischen Energiespeicher - Google Patents

Fahrzeug mit einem im Bereich einer Unterbodenverkleidung angeordneten elektrischen Energiespeicher Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit einem im Bereich einer Unterbodenverkleidung angeordneten elektrischen Energiespeicher (3), welcher mit einer Kühlvorrichtung gekoppelt oder koppelbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung einen Wärmetauscher (2) aufweist, welcher an einer Unterseite des elektrischen Energiespeichers (3) angeordnet, mit diesem thermisch gekoppelt ist und mit Fahrtwind beaufschlagbare, in Richtung einer Fahrzeuglängsachse verlaufende Kühlrippen (2.1) aufweist, wobei- der Wärmetauscher (2) höhenverstellbar an der Unterseite des elektrischen Energiespeichers (3) angeordnet ist und/oder- Einleger (6) vorgesehen sind, wobei die Einleger (6) mit zumindest einem Bimetallelement gekoppelt sind, welches zu einer Positionssteuerung der Einleger (6) in einem Bereich zwischen den Kühlrippen (2.1) zum Schließen von Zwischenräumen (Z) zwischen den Kühlrippen (2.1) und in einem Bereich zumindest teilweise außerhalb der Zwischenräume (Z) zum Öffnen der Zwischenräume (Z) vorgesehen ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem im Bereich einer Unterbodenverkleidung angeordneten elektrischen Energiespeicher, welcher mit einer Kühlvorrichtung gekoppelt oder koppelbar ist.
  • Aus der DE 10 2017 113 219 A1 ist ein Verfahren für ein Fahrzeug bekannt, wobei ein Kühlbedarf einer Antriebsstrangkomponente auf Grundlage von Betriebsbedingungen geschätzt wird. Als Reaktion auf den Kühlbedarf der Antriebsstrangkomponente erfolgt ein gleichzeitiges Einstellen einer Kühlerlüfterdrehzahl, einer Kühlmittelsystempumpenausgabe, einer Fahrzeugkühlergrill-Blendenöffnung und einer Belüftungsöffnung von Lüftungsöffnungen, die mit einem einen Motor isolierenden Gehäuse verbunden sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug mit einem im Bereich einer Unterbodenverkleidung angeordneten elektrischen Energiespeicher anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Fahrzeug gelöst, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Fahrzeug umfasst einen im Bereich einer Unterbodenverkleidung angeordneten elektrischen Energiespeicher, welcher mit einer Kühlvorrichtung gekoppelt oder koppelbar ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung einen Wärmetauscher aufweist, welcher an einer Unterseite des elektrischen Energiespeichers angeordnet, mit diesem thermisch gekoppelt ist und mit Fahrtwind beaufschlagbare, in Richtung einer Fahrzeuglängsachse verlaufende Kühlrippen aufweist. Dabei ist der Wärmetauscher höhenverstellbar an der Unterseite des elektrischen Energiespeichers angeordnet, so dass die Kühlrippen bei Bedarf mit Fahrtwind beaufschlagbar sind oder nicht. Alternativ oder zusätzlich sind Einleger vorgesehen, wobei die Einleger mit zumindest einem Bimetallelement gekoppelt sind, welches zu einer Positionssteuerung der Einleger in einem Bereich zwischen den Kühlrippen zum Schließen von Zwischenräumen zwischen den Kühlrippen und in einem Bereich zumindest teilweise außerhalb der Zwischenräume zum Öffnen der Zwischenräume vorgesehen ist.
  • Eine derart ausgebildete Kühlvorrichtung, insbesondere ein derart ausgebildeter Wärmetauscher, wirkt passiv kühlend und ist vergleichsweise kostengünstig in Bezug auf seine Herstellung und seine Funktionsweise. Die Kühlvorrichtung weist im Vergleich zu einem Flüssigkeitskühlsystem ein geringes Gewicht auf, da die Kühlvorrichtung nur einen Wärmetauscher umfasst und keine Kühlflüssigkeit, keine Leitungen und keine Pumpe erforderlich sind.
  • Dabei weist das Fahrzeug bei einem verhältnismäßig geringen Kühlleistungsbedarf einen relativ geringen Strömungswiderstand auf und sofern die Kühlvorrichtung zur Bremsunterstützung eingesetzt wird, kann ein Ausstoß von gesundheitsschädlichem Bremsstaub gesenkt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
    • 1 schematisch ein Fahrzeug mit einem Wärmetauscher in einer ersten Ausführungsform im ausgefahrenen Zustand,
    • 2 schematisch das Fahrzeug mit dem Wärmetauscher in der ersten Ausführungsform im eingefahrenen Zustand,
    • 3 schematisch ein Fahrzeug mit einem Wärmetauscher in einer zweiten Ausführungsform im geöffneten Zustand,
    • 4 schematisch das Fahrzeug mit dem Wärmetauscher in der zweiten Ausführungsform im geschlossenen Zustand,
    • 5 schematisch ein Fahrzeug mit einem Wärmetauscher in einer dritten Ausführungsform mit einem Windleitblech im eingefahrenen Zustand und
    • 6 schematisch das Fahrzeug mit dem Wärmetauscher in der dritten Ausführungsform mit dem Windleitblech im ausgefahrenen Zustand.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die 1 und 2 zeigen ein Fahrzeug 1 mit einem Wärmetauscher 2 in einer ersten Ausführungsform, wobei der Wärmetauscher 2 eine Komponente einer Kühlvorrichtung zum Kühlen eines elektrischen Energiespeichers 3 des Fahrzeuges 1 ist. Der elektrische Energiespeicher 3 ist eine Traktionsbatterie des Fahrzeuges 1, welches ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug 1 ist.
  • Ein solcher elektrischer Energiespeicher 3 ist üblicherweise im Bereich einer nicht näher dargestellten Unterbodenverkleidung des Fahrzeuges 1 angeordnet. Ein elektrischer Energiespeicher 3 eines batteriebetriebenen Fahrzeuges 1 erfordert in bestimmten Betriebszuständen eine Kühlung, um eine Überhitzung und eine damit verbundene Brandgefahr zu vermeiden.
  • Die zur Kühlung vorgesehene Kühlvorrichtung umfasst den mit Fahrtwind beaufschlagbaren Wärmetauscher 2. Im Allgemeinen handelt es sich dabei um Luft-Wasser-Wärmetauscher, die in einem Fahrzeugvorbau angeordnet sind. Ein Luftdurchsatz durch den Fahrzeugvorbau wird dabei mittels einer Kühlerjalousie gesteuert.
  • Bei Fahrzeugen 1 ohne eine nicht näher dargestellte Steuervorrichtung zur Steuerung des Luftdurchsatzes werden die einem Fahrtwind zugewandten Flächen des Wärmetauschers 2 geschwindigkeitsabhängig mit Fahrtwind beaufschlagt. Besteht kein Kühlungsbedarf, verursacht der Wärmetauscher 2 einen unnötig hohen Strömungswiderstand des Fahrzeuges 1.
  • Eine Kühlvorrichtung mit einer steuerbaren Kühlerjalousie ist vergleichsweise komplex aufgebaut und somit verhältnismäßig kostenintensiv, da relativ viele Komponenten, zum Beispiel ein batterieseitiger Wärmetauscher 2, Kühlmittelleitungen, eine Kühlmittelpumpe, ein Kühlmittel, ein luftseitiger Wärmetauscher 2 und die steuerbare Kühlerjalousie, erforderlich sind.
  • Um den elektrischen Energiespeicher 3 bei Bedarf zu kühlen, wobei bei Nichtbedarf zur Kühlung ein Strömungswiderstand des Fahrzeuges 1 dennoch vergleichsweise gering ist, ist die Kühlvorrichtung, wie im Folgenden beschrieben, ausgebildet.
  • Wie oben beschrieben, ist der elektrische Energiespeicher 3 im Bereich einer Unterbodenverkleidung des Fahrzeuges 1 angeordnet. An einer Unterseite des elektrischen Energiespeichers 3 ist der Wärmetauscher 2 angeordnet, welcher in Richtung einer Fahrzeuglängsachse verlaufende Kühlrippen 2.1 aufweist. Der Wärmetauscher 2 ist also als Rippenkühlkörper ausgebildet.
  • Die Kühlvorrichtung weist zudem eine mit dem Wärmetauscher 2 gekoppelte Steuereinheit 4 und eine im Fahrzeug 1 angeordnete Anzeigeeinheit 5 auf.
  • In der ersten Ausführungsform des Wärmetauschers 2 ist dieser höhenverstellbar an der Unterseite des elektrischen Energiespeichers 3 angeordnet, so dass der Wärmetauscher 2 mit seinen Kühlrippen 2.1 einen in 1 gezeigten ausgefahrenen Zustand und einen in 2 gezeigten eingefahrenen Zustand einnehmen kann.
  • Im ausgefahrenen Zustand ist mittels des Wärmetauschers 2 eine in dem elektrischen Energiespeicher 3 durch Laden und Entladen entstehende Wärme an den Fahrtwind ableitbar. Bei einer vergleichsweise hohen Temperatur, insbesondere im Inneren des elektrischen Energiespeichers 3, beispielsweise nach einem Schnellladevorgang, ist der Wärmetauscher 2 ausgefahren, so dass seine Kühlrippen 2.1 in den Fahrtwind ragen.
  • Einem Fahrer des Fahrzeuges 1 kann dieser ausgefahrene Zustand des Wärmetauschers 2 auf der mit der Steuereinheit 4 gekoppelten Anzeigeeinheit 5 optisch ausgegeben werden. Hierdurch hat der Fahrer die Möglichkeit, insbesondere mittels einer angepassten Fahrweise die Kühlung des elektrischen Energiespeichers 3 zu unterstützen.
  • Befindet sich eine Temperatur des elektrischen Energiespeichers 3 in einem zulässigen Temperaturbereich, das heißt der elektrische Energiespeicher 3 weist eine mäßige Temperatur auf, insbesondere im normalen Fahrbetrieb, dann weist der Wärmetauscher 2 den in 2 gezeigten eingefahrenen Zustand auf, in welchem die Kühlrippen 2.1 nicht in den Fahrtwind ragen. Auch dieser eingefahrene Zustand kann dem Fahrer mittels der Anzeigeeinheit 5 angezeigt werden.
  • In den 3 und 4 ist der Wärmetauscher 2 in einer zweiten Ausführungsform gezeigt. 3 zeigt den Wärmetauscher 2 in einem geöffneten Zustand und 4 in einem geschlossenen Zustand.
  • In dieser zweiten Ausführungsform ist keine Höhenverstellung des Wärmetauschers 2 mit seinen Kühlrippen 2.1 vorgesehen, so dass der Wärmetauscher 2 statisch an der Unterseite des elektrischen Energiespeichers 3 angeordnet ist.
  • Zwischen jeweils zwei Kühlrippen 2.1 ist ein Einleger 6 zum Verschließen eines zwischen den Kühlrippen 2.1 ausgebildeten kanalartigen Zwischenraumes Z angeordnet. Im geöffneten Zustand des Wärmetauschers 2 sind die Zwischenräume Z vorhanden, also offen, wobei diese im geschlossenen Zustand mittels der Einleger 6 geschlossen sind.
  • Die Einleger 6 sind mit einer Anzahl nicht näher dargestellter Bimetallelemente gekoppelt, welches zur Steuerung einer Höhenposition der Einleger 6 vorgesehen ist. Ein solches Bimetallelement umfasst einen Metallstreifen, welcher zwei übereinander angeordnete Lagen unterschiedlicher Metalle aufweist, die form- und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Die Metalle weisen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, so dass sich ein Metall temperaturabhängig stärker ausdehnt als das andere. Dadurch biegt sich der Metallstreifen.
  • Insbesondere ist das jeweilige Bimetallelement derart ausgebildet und mit den Einlegern 6 gekoppelt, dass die Einleger 6 bei Überschreiten eines vorgegebenen Temperaturwertes nach oben verfahren, so dass die Zwischenräume Z zwischen den Kühlrippen 2.1 freigegeben sind und die Kühlrippen 2.1 mit Fahrtwind beaufschlagt werden können, um eine Wärme des elektrischen Energiespeichers 3 abzuführen.
  • Ist der vorgegebene Temperaturwert unterschritten, das heißt dass der elektrische Energiespeicher 3 eine Temperatur im zulässigen Temperaturbereich aufweist, sind die Einleger 6 mittels des jeweiligen Bimetallelementes derart gesteuert, dass die Zwischenräume Z geschlossen sind, da die Einleger 6 in den Zwischenräumen Z positioniert sind.
  • Der Wärmetauscher 2 weist also den geöffneten Zustand auf, wenn ein Kühlungsbedarf des elektrischen Energiespeichers 3 besteht, wohingegen der geschlossene Zustand eingestellt wird, wenn sich die Temperatur des elektrischen Energiespeichers 3 im zulässigen Temperaturbereich befindet.
  • Auch hier kann vorgesehen sein, dass der jeweilige Zustand des Wärmetauschers 2 auf der Anzeigeeinheit 5 im Fahrzeug 1 ausgegeben wird, um den Fahrer beispielsweise auf seine Fahrweise hinzuweisen.
  • Eine dritte Ausführungsform des Wärmetauschers 2 ist in den 5 und 6 gezeigt, wobei der als Rippenkühlkörper ausgebildete Wärmetauscher 2, wie in der zweiten Ausführungsform, starr an der Unterseite des elektrischen Energiespeichers 3 angeordnet ist.
  • Der Wärmetauscher 2 umfasst in der dritten Ausführungsform ein Luftleitelement 7 in Form eines Windleitbleches, welches mittels der Steuereinheit 4 in vertikaler Richtung von einem eingefahrenen Zustand in einen ausgefahrenen Zustand und umgekehrt verfahrbar ist.
  • Weist der elektrische Energiespeicher 3 eine Temperatur auf, die den vorgegebenen Temperaturwert überschreitet, weist das Luftleitelement 7 den eingefahrenen Zustand auf, so dass die kanalartigen Zwischenräume Z zwischen den Kühlrippen 2.1 freigegeben, also geöffnet, sind. Dadurch kann die Wärme des elektrischen Energiespeichers 3 an den Fahrtwind abgegeben werden.
  • Im ausgefahrenen Zustand des Luftleitelementes 7 verdeckt dieses die Kühlrippen 2.1 und somit auch die Zwischenräume Z, so dass die Kühlrippen 2.1 nicht mit Fahrtwind beaufschlagt werden und der elektrische Energiespeicher 3 somit nicht gekühlt wird. Insbesondere weist das Luftleitelement 7 den ausgefahrenen Zustand auf, wenn kein Kühlungsbedarf des elektrischen Energiespeichers 3 besteht.
  • Zum Verfahren des Luftleitelementes 7 ist dieses mit der Steuereinheit 4 verbunden, welche das Luftleitelement 7 in Abhängigkeit der Temperatur des elektrischen Energiespeichers 3 steuert. Insbesondere ist die Steuereinheit 4 hierzu mit einem Verschiebeaktuator des Luftleitelementes 7 gekoppelt.
  • Ein jeweiliger Zustand des Wärmetauschers 2, insbesondere in Bezug auf das Luftleitelement 7 kann mittels der Anzeigeeinheit 5 im Fahrzeug 1 ausgegeben werden.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, die Kühlvorrichtung mit dem Wärmetauscher 2, insbesondere in der zweiten und dritten Ausführungsform, bei einem Bremsvorgang des Fahrzeuges 1 zu aktivieren, um den Strömungswiderstand des Fahrzeuges 1 zu erhöhen.
  • Eine derartige mit dem Wärmetauscher 2 realisierbare Bremsunterstützung kann eine erforderliche Bremsarbeit, insbesondere von Radreibungsbremsen, verringern.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Fahrzeug
    2
    Wärmetauscher
    2.1
    Kühlrippe
    3
    elektrischer Energiespeicher
    4
    Steuereinheit
    5
    Anzeigeeinheit
    6
    Einleger
    7
    Luftleitelement
    Z
    Zwischenraum
  • 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 102017113219 A1 [0002]

Claims (4)

  1. Fahrzeug (1) mit einem im Bereich einer Unterbodenverkleidung angeordneten elektrischen Energiespeicher (3), welcher mit einer Kühlvorrichtung gekoppelt oder koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung einen Wärmetauscher (2) aufweist, welcher an einer Unterseite des elektrischen Energiespeichers (3) angeordnet, mit diesem thermisch gekoppelt ist und mit Fahrtwind beaufschlagbare, in Richtung einer Fahrzeuglängsachse verlaufende Kühlrippen (2.1) aufweist, wobei - der Wärmetauscher (2) höhenverstellbar an der Unterseite des elektrischen Energiespeichers (3) angeordnet ist und/oder - Einleger (6) vorgesehen sind, wobei die Einleger (6) mit zumindest einem Bimetallelement gekoppelt sind, welches zu einer Positionssteuerung der Einleger (6) in einem Bereich zwischen den Kühlrippen (2.1) zum Schließen von Zwischenräumen (Z) zwischen den Kühlrippen (2.1) und in einem Bereich zumindest teilweise außerhalb der Zwischenräume (Z) zum Öffnen der Zwischenräume (Z) vorgesehen ist.
  2. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Einleger (6) zum Schließen und Öffnen genau eines Zwischenraumes (Z) zwischen zwei Kühlrippen (2.1) vorgesehen ist.
  3. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) mit einer Steuereinheit (4) verbunden ist, die mit einer im Fahrzeug (1) angeordneten Anzeigeeinheit (5) zum Anzeigen eines Zustandes des Wärmetauschers (2) gekoppelt ist.
  4. Fahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (2) ein Luftleitelement (7) zum Abdecken der Kühlrippen (2.1) und der Zwischenräume (Z) aufweist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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