DE102022104236A1 - Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie - Google Patents

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Manuel Groß
Christoph Siegmund Bara
Domenica Fresca
Jens NIEWÖHNER
Patrick Böhl
Marcel Straub
Stefano Ruberto
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Traktionsbatterie (2), wobei die Traktionsbatterie (2) in einer Kraftfahrzeugkarosserie (3), aufweisend einen Rohbau (4) und einen Unterboden (5), aufgenommen ist, und wobei die Traktionsbatterie (2) für einen elektrischen Antrieb (11) ausgebildet ist, und wobei ein Kühlsystem (12) zur Kühlung des elektrischen Antriebs (11) vorgesehen ist. Erfindungsgemäß weist zur Kühlung der Traktionsbatterie (2) ein Unterbodenelement (14) des Unterbodens (5) eine Durchtrittsöffnung (15) auf, die mit Hilfe eines Schließelementes (17) geöffnet oder geschlossen werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Kraftfahrzeuge mit Traktionsbatterien sind bekannt. Üblicherweise weist das Kraftfahrzeug einen elektrischen Antrieb in Form eines Elektromotors auf, der von der Traktionsbatterie mit Energie versorgt wird. Die Traktionsbatterie weist beispielsweise einen Energiespeicher in Form einer Vielzahl von Batteriemodulen aufweisend eine Mehrzahl von Batteriezellen auf. Die Mehrzahl von Batteriezellen sind zu einem Batteriemodul gebündelt, wobei mehrere Batteriemodule in einem Batteriegehäuse der Traktionsbatterie aufgenommen sind. Die Traktionsbatterie ist in einem Aufnahmeraum einer Karosserie des Kraftfahrzeugs aufgenommen. Üblicherweise werden die Traktionsbatterie und der Elektromotor, welche beide in ihrem Betrieb eine Wärmeentwicklung aufweisen, mit Hilfe eines Kühlsystems temperiert.
  • In Kraftfahrzeugen, welche einen elektrischen Antrieb aufweisen, somit als batterieelektrisch angetriebene Fahrzeuge bezeichnet werden können, wird während des Betriebs des Kraftfahrzeugs die Traktionsbatterie ständig belastet, wodurch sie sich erwärmt. Um einen gesicherten Betrieb der Antriebskomponenten bei allen Temperaturen zu gewährleisten, ist das Kühlsystem vorgesehen.
  • Das Kühlsystem der Traktionsbatterie benötigt für seinen Betrieb Energie, die von der Traktionsbatterie selbst erzeugt wird. Daraus folgt, dass eine geringere Energieanforderung zum Heizen oder Kühlen der Traktionsbatterie, direkt einer Erhöhung der verfügbaren Energie zum Betreiben des Kraftfahrzeugs entspricht. Oder mit anderen Worten gesagt, führt ein geringerer Bedarf an Energieanforderung zum Heizen oder Kühlen der Traktionsbatterie zu einer größeren Reichweite des Kraftfahrzeugs.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2019 001 391 A1 geht ein Elektrofahrzeug mit einer Unterboden-Traktionsbatterie hervor, wobei im Frontbereich des Elektrofahrzeugs eine durch eine verstellbare Steuerklappe einstellbare Lufteinlassöffnung vorgesehen ist. Der durch die Lufteinlassöffnung einströmende Fahrtwind wird zur Kühlung der Unterboden-Traktionsbatterie genutzt.
  • Der Offenlegungsschrift DE 10 2016 210 266 A1 kann ein Elektrofahrzeug mit einer Traktionsbatterie, welche am Unterboden angeordnet ist, entnommen werden. Die Traktionsbatterie ist vollständig gegenüber einem Fahrboden mit Hilfe einer Bodenplatte abgegrenzt zur Herbeiführung einer Luft-Isolationsschicht, die einer Isolierung der Traktionsbatterie dient. Mit Hilfe von Klappen und/oder Ventilen kann eine Zirkulation der Luft herbeigeführt werden, wobei die Klappen und/oder Ventile in Richtung einer Hochachse des Elektrofahrzeugs betrachtet, oberhalb der Bodenplatte ausgebildet sind.
  • Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2011 018 553 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Fahrgastraum und einer Batterie bekannt, wobei der Fahrgastraum und die Batterie mit einer ersten, permanent geöffneten Lufteinlassöffnung und die Batterie zusätzlich mit einer zweiten, durch eine Klappe steuerbaren Lufteinlassöffnung fluidisch verbunden sind.
  • Die Patentschrift EP 2 199 133 B1 offenbart ein Hybridfahrzeug mit einer Unterbodenbatterie, wobei zur Kühlung der Unterbodenbatterie ein Luftstrom über einen Kastenprofilkörper zur Unterbodenbatterie geleitet wird, wobei der Luftstrom durch ein Einstellventil einstellbar ist.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein verbessertes Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug weist eine Traktionsbatterie auf, die in einer Kraftfahrzeugkarosserie, welche einen Rohbau und einen Unterboden besitzt, aufgenommen ist. Die Traktionsbatterie ist für einen elektrischen Antrieb ausgebildet. Zur Kühlung des elektrischen Antriebs ist ein Kühlsystem vorgesehen. Erfindungsgemäß weist zur Kühlung der Traktionsbatterie ein Unterbodenelement des Unterbodens eine Durchtrittsöffnung auf, die mit Hilfe eines Schließelementes geöffnet oder geschlossen werden kann. So kann auf einfache Weise durch Öffnen der Durchtrittsöffnung eine Kühlung der Traktionsbatterie mit Hilfe einer Konvektion herbeigeführt werden, da über die geöffnete Durchtrittsöffnung Luft oberhalb des Unterbodens und somit in die Kraftfahrzeugkarosserie hineinströmen kann, in der die Traktionsbatterie aufgenommen ist. Somit kann die Kühlung der Traktionsbatterie durch die Kühlung mit Hilfe von Konvektion ergänzt werden, so dass von der Traktionsbatterie aufgebrachte Energie zur Kühlung ihrer selbst reduziert werden kann.
  • Bevorzugt ist das Schließelement steuerbar, damit die Kühlung durch Konvektion aktiv herbeigeführt werden kann. Mit Hilfe des steuerbaren Schließelementes am Unterboden kann während einer Fahrt Abwärme aus der Traktionsbatterie konvektiv abgeführt und damit Kühlleistung eingespart werden. Selbstredend könnte das Schließelement beispielsweise auch selbstregelnd, beispielsweise in Form einer Rückschlagklappe ausgebildet sein, die mit Hilfe eines Unterdruckes eine Öffnung oder Schließung der Durchtrittsöffnung erwirkt, jedoch ist dann eine sichere Kühlung insbesondere im Bedarfsfall der Traktionsbatterie nicht realisiert.
  • Vorteilhaft ist das Schließelement in Form einer Klappe ausgebildet, wobei das Schließelement insbesondere in Form einer verschwenkbar gelagerten Klappe ausgebildet ist, die bevorzugt am Unterboden verschwenkbar angeordnet ist.
  • Bevorzugt ist die Traktionsbatterie in einem zwischen dem Rohbau und dem Unterboden ausgebildeten Hohlraum aufgenommen.
  • Zur Realisierung einer Luftpolsterisolation zwischen der Traktionsbatterie und dem Rohbau und/oder dem Unterboden ist zwischen der Traktionsbatterie und dem Rohbau und/oder dem Unterboden ein Luftspalt ausgebildet. So kann im Stand des Kraftfahrzeugs die Luft zwischen dem Rohbau und/oder dem Unterboden einer Isolation dienen und im Fahrbetrieb kann die Luft insbesondere bei Ausbildung eines Luftspaltes zwischen dem Unterboden und dem Rohbau zur Herbeiführung einer bevorzugten Kühlung durch Konvektion, zumindest in Richtung einer Hochachse der Kraftfahrzeugkarosserie betrachtet oben und unten, um die Traktionsbatterie strömen. Eine isolierende Wirkung im Stand verringert einen Einfluss der Umgebung, also ein Auskühlen oder Aufheizen über den Rohbau.
  • Die Durchtrittsöffnung kann in Richtung einer Fahrtrichtung stromauf und/oder stromab und/oder in einem von der Traktionsbatterie bedeckten Bereich des Unterbodenelementes angeordnet sein. Das heißt mit anderen Worten, dass sie nicht zwingend stromauf der Traktionsbatterie, also somit in Strömungsrichtung vor der Traktionsbatterie angeordnet sein muss, wobei dies jedoch die zu bevorzugende Variante der Positionierungen der Durchtrittsöffnung ist, da hier ohne weitere Hilfsmittel und direkt die Luft entgegen der Fahrtrichtung auf die Traktionsbatterie strömen kann.
  • Bevorzugt ist das Schließelement ein NACA-Profil aufweisend ausgebildet, damit eine aerodynamische Performance des Kraftfahrzeugs nicht oder zumindest nicht wesentlich durch das Schließelement beeinflusst wird.
  • Insgesamt ist somit ein Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie realisiert, welches eine Erhöhung einer effektiv nutzbaren elektrischen Reichweite aufweist, da ein Teil der nötigen Kühlleistung durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen ersetzt 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 der Figur 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 zeigt die einzige Figur in einer prinzipiellen Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie.
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 weist eine Traktionsbatterie 2 auf, die zu einem Antrieb eines nicht näher abgebildeten Elektromotors ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Kraftfahrzeugkarosserie 3 auf, welche einen Rohbau 4 und einen Unterboden 5 besitzt, wobei der Unterboden 5 den Rohbau 4 zumindest teilweise gegenüber einem Fahrboden 6 abgrenzt. Zwischen dem Rohbau 4 und dem Unterboden 5 ist ein Hohlraum 7 ausgebildet, in dem die Traktionsbatterie 2 angeordnet ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Hohlraum 7 zwischen einer Front 8 der Kraftfahrzeugkarosserie 3 und einem Heck 9 der Kraftfahrzeugkarosserie 3 ausgebildet, in einem so genannten Mittelbereich 10 der Kraftfahrzeugkarosserie 3. Der Mittelbereich 10 liegt im Bereich einer Fahrgastzelle der Kraftfahrzeugkarosserie 3.
  • Die Traktionsbatterie 2 ist zur Energieversorgung des Elektromotors ausgebildet. Sie umfasst ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen und ist mit der Kraftfahrzeugkarosserie 2 fest verbunden.
  • Zur Kühlung eines die Traktionsbatterie 2 und den Elektromotor umfassenden elektrischen Antriebs 11 ist ein Kühlsystem 12 mit einem Kühlkreislauf 13 ausgebildet, wobei der Kühlkreislauf 13 zwei unabhängig voneinander ausgebildete Teilkreisläufe aufweisen kann, damit die Traktionsbatterie 2 unabhängig vom Elektromotor gekühlt werden kann und vice versa. Der Kühlkreislauf 13 kann durch den Rohbau 4 geleitet werden, zur Nutzung des Rohbaus 4 als Wärmesenke.
  • Erfindungsgemäß weist die Kraftfahrzeugkarosserie 3 des in Form eines Elektrofahrzeugs ausgebildeten Kraftfahrzeugs 1 an einem Unterbodenelement 14 des Unterbodens 5 eine Durchtrittsöffnung 15 auf, über die Luft in den Hohlraum 7 einströmen kann.
  • Die Durchtrittsöffnung 15 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel in Richtung einer Längsachse 16 der Kraftfahrzeugkarosserie 3 und in Fahrtrichtung betrachtet stromauf der Traktionsbatterie 2 ausgebildet. Sie könnte ebenso stromab der Traktionsbatterie 2 ausgeführt sein oder in einem von der Traktionsbatterie 2 überdeckten Bereich des Unterbodenelements 14. Über die Durchtrittsöffnung 15 strömt die Luft in den Hohlraum 7 und kann die Traktionsbatterie 2 zur Kühlung über Konvektion umströmen.
  • Zur Steuerung der Kühlung der Traktionsbatterie 2 mit Hilfe der über die Durchtrittsöffnung 15 strömenden Luft ist die Durchtrittsöffnung 15 mit einem Schließelement 17 verschließbar, welches bevorzugt in Form einer Klappe ausgeführt ist. Es könnte auch in Form eines Schiebeelementes oder einer vollständig schließbaren Blende ausgebildet sein, jedoch besitzt das in Form der Klappe ausgebildete Schließelement 17 den Vorteil einer Luftführung, wie es in der Figur mit Hilfe der Luftströmungslinien 18 erkennbar ist. Bevorzugt ist das Schließelement 17, sofern es in Form einer Klappe ausgebildet ist, in Richtung des Rohbaus 4 öffnend ausgebildet und um eine Schwenkachse 21 verschwenkbar am Unterbodenelement 14 befestigt.
  • Sofern das Schließelement 17die Durchtrittsöffnung 15 vollständig schließend positioniert ist, strömt die Luft am Unterboden 5 zwischen dem Unterboden 5 und dem Fahrboden 6 entlang ohne in den Hohlraum 7 einzuströmen. Ist das Schließelement 17 jedoch die Durchtrittsöffnung 15 teilweise oder vollständig schließend positioniert, so kann die Luft über die Durchtrittsöffnung 15 in den Hohlraum 7 einströmen und die Traktionsbatterie 2 zur Wärmeabfuhr umströmen.
  • Das Schließelement 17 ist bevorzugt im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs 1 geöffnet, da in diesem Zustand des Kraftfahrzeugs 1 ein bevorzugtes Einströmen der Luft in den Hohlraum 7 erzielbar ist.
  • Die Luft könnte stromab der Traktionsbatterie 2 über eine weitere, nicht näher dargestellte Öffnung wieder an eine Umgebung 19 abgegeben werden.
  • Des Weiteren ist mit Hilfe eines zwischen dem Rohbau 4 und der Traktionsbatterie 2 ausgebildeten Luftspaltes 21, welcher zur bevorzugten vollständigen Umströmung der Traktionsbatterie 2 ausgebildet ist, die Möglichkeit realisiert ein Luftpolster, insbesondere im Stand des Kraftfahrzeugs 1, auszubilden, das isolierend gegenüber dem Rohbau 4 wirkt. Des Weiteren liegt der Luftspalt 21 ebenso zwischen dem Unterbodenelement 14 unde der Traktionsbatterie 2 vor. Die isolierende Wirkung im Stand verringert einen Einfluss der Umgebung 19 in Bezug auf ein Auskühlen oder Aufheizen über den Rohbau 4.
  • In einem weiteren, nicht näher abgebildeten Ausführungsbeispiel besitzt das Schließelement 17 ein aerodynamisches Profil in Form eines Tragflächenprofils, insbesondere in Form eines so genannten NACA-Profils, damit insbesondere bei geöffneter Durchtrittsöffnung 15 ein Luftwiderstand der Kraftfahrzeugkarosserie 3 nicht negativ beeinflusst, oder mit anderen Worten gesteigert oder zumindest nicht wesentlich gesteigert wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Traktionsbatterie
    3
    Kraftfahrzeugkarosserie
    4
    Rohbau
    5
    Unterboden
    6
    Fahrboden
    7
    Hohlraum
    8
    Front
    9
    Heck
    10
    Mittelbereich
    11
    Elektrischer Antrieb
    12
    Kühlsystem
    13
    Kühlkreislauf
    14
    Unterbodenelement
    15
    Durchtrittsöffnung
    16
    Längsachse
    17
    Schließelement
    18
    Luftströmungslinie
    19
    Umgebung
    20
    Luftspalt
    21
    Schwenkachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102019001391 A1 [0005]
    • DE 102016210266 A1 [0006]
    • DE 102011018553 A1 [0007]
    • EP 2199133 B1 [0008]

Claims (10)

  1. Kraftfahrzeug (1) mit einer Traktionsbatterie (2), wobei die Traktionsbatterie (2) in einer Kraftfahrzeugkarosserie (3), aufweisend einen Rohbau (4) und einen Unterboden (5), aufgenommen ist, und wobei die Traktionsbatterie (2) für einen elektrischen Antrieb (11) ausgebildet ist, und wobei ein Kühlsystem (12) zur Kühlung des elektrischen Antriebs (11) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kühlung der Traktionsbatterie (2) ein Unterbodenelement (14) des Unterbodens (5) eine Durchtrittsöffnung (15) aufweist, die mit Hilfe eines Schließelementes (17) geöffnet oder geschlossen werden kann.
  2. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (17) steuerbar ist.
  3. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (17) in Form einer Klappe ausgebildet ist.
  4. Kraftfahrzeug (1) nach 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (17) in Form einer verschwenkbar gelagerten Klappe ausgebildet ist.
  5. Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (17) am Unterboden (5) verschwenkbar angeordnet ist.
  6. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (2) in einem zwischen dem Rohbau (4) und dem Unterboden (5) ausgebildeten Hohlraum (7) aufgenommen ist.
  7. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Traktionsbatterie (2) und dem Rohbau (4) ein Luftspalt (20) ausgebildet ist.
  8. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Traktionsbatterie (2) und dem Unterboden (5) ein Luftspalt (20) ausgebildet ist.
  9. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung (15) in Richtung einer Fahrtrichtung stromauf und/oder stromab und/oder in einem von der Traktionsbatterie (2) bedeckten Bereich des Unterbodenelementes (14) angeordnet ist.
  10. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (17) ein NACA-Profil aufweisend ausgebildet ist.
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