DE102022106714A1

DE102022106714A1 - Anordnung eines Kühlungssystems für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102022106714A1
Application number: DE102022106714.9A
Authority: DE
Inventors: Christof Bunz; Luisa Langenbacher; Steffen Krause
Original assignee: Daimler Truck AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2022-03-22
Filing date: 2022-03-22
Publication date: 2023-09-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (10) eines Kühlungssystems (12) für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug (14), mit wenigstens einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Wärmeübertragungselement (16) zum Abführen von Wärme aus dem Kühlungssystem (12) und mit wenigstens einer von dem Kühlmittel durchströmbaren und fluidisch mit dem Wärmeübertragungselement (16) verbundenen Leitungsstrecke (22), welche zumindest in einem Längenbereich (23) der Leitungsstrecke (22) innerhalb eines Unfallschutzelements (32) verläuft, welches auf einer in Fahrzeugquerrichtung (34) des Nutzfahrzeugs (14) nach außen weisenden Außenseite (36) des Nutzfahrzeugs (14) gehalten ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Kühlungssystems für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die DE 10 2020 106 088 A1 offenbart ein Brennstoffzellensystem für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Lastkraftwagen, mit mindestens einer Brennstoffzelle, die in einen einen Kühler umfassenden Kühlmittelkreislauf eingebunden ist, in dessen Kühlmittelleitung eine Kühlmittelpumpe zur Zirkulation eines Kühlmittels vorliegt.
Des Weiteren ist aus der US 2021 / 0 155 224 A1 ein Schwerlastenergieverteilungssystem als bekannt zu entnehmen, welches ein elektrisches Fahrzeugsteuermodul und eine mit dem elektrischen Fahrzeugsteuermodul verbundene Kabelschnittstelle umfasst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung eines Kühlungssystems für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug zu schaffen, sodass das Brennstoffzellensystem besonders gut gekühlt werden kann und ein Bauraum des Nutzfahrzeugs besonders vorteilhaft gestaltet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung eines Kühlungssystems für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Kühlungssystems für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug. Das Nutzfahrzeug ist beispielsweise als Lastkraftwagen, insbesondere als Sattelzugmaschine, ausgebildet. Das Nutzfahrzeug weist wenigstens eine elektrische Maschine auf, mittels welcher das Nutzfahrzeug antreibbar ist. Das Brennstoffzellensystem umfasst wenigstens eine Brennstoffzelle. Mittels des Brennstoffzellensystems, insbesondere mittels der Brennstoffzelle, kann die elektrische Maschine mit elektrischer Energie zum Antreiben des Nutzfahrzeugs versorgt werden. Dies kann insbesondere als Brennstoffzellenantrieb bezeichnet werden. Das Nutzfahrzeug umfasst das Brennstoffzellensystem, insbesondere die Brennstoffzelle. Daher kann das Nutzfahrzeug insbesondere als Brennstoffzellennutzfahrzeug, insbesondere als Brennstoffzellenlastkraftwagen, bezeichnet werden. Das Nutzfahrzeug ist beispielsweise als leichtes Nutzfahrzeug oder als schweres Nutzfahrzeug ausgebildet.
Das Kühlungssystem ist zum Kühlen des Brennstoffzellensystems, insbesondere der Brennstoffzelle, ausgebildet. Beispielsweise ist das Kühlungssystem als von einem Kühlmittel durchströmbarer Kühlkreislauf ausgebildet. Somit kann Wärme beispielsweise der Brennstoffzelle mittels des Kühlungssystems an den Kühlkreislauf, insbesondere an das Kühlmittel, abgeführt werden, wodurch die Brennstoffzelle gekühlt werden kann.
Das Kühlungssystem weist wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbares Wärmeübertragungselement zum Abführen von Wärme aus dem Kühlungssystem, insbesondere an eine Umgebung des Nutzfahrzeugs, auf. Dies bedeutet, dass Wärme des das Wärmeübertragungselement durchströmenden Kühlmittels über das Wärmeübertragungselement, insbesondere über eine Kühlfläche des Wärmeübertragungselements, aus dem Kühlungssystem abgeführt werden kann und beispielsweise der Umgebung des Nutzfahrzeugs zugeführt werden kann. Somit ist das Kühlmittel beziehungsweise das Kühlungssystem über das Wärmeübertragungselement kühlbar. Unter dem Wärmeübertragungselement kann insbesondere ein Wärmetauscher verstanden werden. Das Wärmeübertragungselement kann insbesondere als Kühler bezeichnet werden.
Das Kühlungssystem weist wenigstens eine von dem Kühlmittel durchströmbare und fluidisch mit dem Wärmeübertragungselement, insbesondere direkt, verbundene Leitungsstrecke auf. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Kühlmittel über die Leitungsstrecke dem Wärmeübertragungselement zuführbar beziehungsweise in das Wärmeübertragungselement einleitbar und/oder aus dem Wärmeübertragungselement abführbar.
Um das Brennstoffzellensystem besonders gut kühlen und einen Bauraum des Nutzfahrzeugs besonders vorteilhaft gestalten zu können, ist es vorgesehen, dass die Leitungsstrecke zumindest in einem Längenbereich der Leitungsstrecke innerhalb eines Unfallschutzelements des Nutzfahrzeugs verläuft. Dies bedeutet, dass die Leitungsstrecke zumindest teilweise oder vollständig innerhalb des Unfallschutzelements verläuft. Mit anderen Worten ausgedrückt ist zumindest der Längenbereich der Leitungsstrecke zumindest teilweise, insbesondere vollständig, insbesondere in radialer Richtung des Längenbereichs beziehungsweise der Leitungsstrecke, von dem Unfallschutzelement, insbesondere von einem Bauelement des Unfallschutzelements, abgedeckt. Dies bedeutet, dass zumindest der Längenbereich der Leitungsstrecke, insbesondere in Umfangsrichtung des Längenbereichs beziehungsweise der Leitungsstrecke, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, von dem Unfallschutzelement, insbesondere von dem Bauelement des Unfallschutzelements, umgeben ist. Wieder in anderen Worten ist zumindest der Längenbereich der Leitungsstrecke durch das Unfallschutzelement, insbesondere durch das Bauelement des Unfallschutzelements, gebildet. Dies bedeutet, dass das Unfallschutzelement von dem Kühlmittel durchströmbar ist. Darunter kann insbesondere verstanden werden, dass das Kühlungssystem, insbesondere die Leitungsstrecke, zumindest teilweise in dem Unfallschutzelement integriert ist.
Das Unfallschutzelement ist auf einer in Fahrzeugquerrichtung des Nutzfahrzeugs nach außen weisenden Außenseite des Nutzfahrzeugs gehalten. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Unfallschutzelement als Seitenteil beziehungsweise als Seitenverkleidung des Nutzfahrzeugs ausgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das Unfallschutzelement in seiner Einbaulage in dem Nutzfahrzeug an der Außenseite beziehungsweise auf der Außenseite angeordnet, welche in Fahrzeugquerrichtung nach außen weist.
Vorzugsweise ist das Unfallschutzelement als seitlicher Unfallschutz des Nutzfahrzeugs ausgebildet. Dies bedeutet, dass das Kühlungssystem, insbesondere die Leitungsstrecke, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in dem seitlichen Unterfahrschutz des Nutzfahrzeugs angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist der seitliche Unfallschutz, insbesondere direkt, als das Kühlungssystem ausgebildet beziehungsweise ausgestaltet.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Das Brennstoffzellensystem kann im Betrieb Abwärme erzeugen, welche durch das Kühlungssystem abzuführen ist. Hierfür kann das Kühlungssystem eingesetzt werden, welches durch die entsprechende Kühlfläche die Abwärme des Brennstoffzellensystems an Umgebungsluft des Nutzfahrzeugs abgeben kann. Das Brennstoffzellensystem kann üblicherweise bei relativ niedrigen Temperaturen, beispielsweise bei zirka 60 Grad Celsius, betrieben werden beziehungsweise arbeiten, wodurch eine besonders große beziehungsweise relativ große Kühlfläche benötigt werden kann, um die gesamte Abwärme an die Umgebung abführen zu können. Dies kann die Fahrzeugkonstruktion vor besonders große Herausforderungen stellen, da die in einem konventionell angetriebenen, herkömmlichen Nutzfahrzeug verbaute Kühlfläche, welche üblicherweise mit einem Kühler in einer Fahrzeugfront realisiert werden kann, nicht ausreichen kann und daher zu erweitern ist, um beispielsweise bei allen Fahrsituationen, bei allen Außentemperaturen und bei gealterter Brennstoffzelle eine ausreichende Kühlung sicherstellen zu können. Mit anderen Worten ausgedrückt kann ein herkömmlicher Kühler eines beispielsweise als Dieselfahrzeug ausgebildeten herkömmlichen Nutzfahrzeugs für das als Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildete Nutzfahrzeug von der Kühlfläche her nicht ausreichen und ist daher zu erweitern. Prinzipiell ist es denkbar, zusätzliche Kühlmodule einzusetzen, welche beispielsweise als Turm hinter einem Fahrerhaus des Nutzfahrzeugs angebracht sein können. Dies bedeutet, dass in dem Turm hinter dem insbesondere als Kabine bezeichneten Fahrerhaus zusätzliche Kühler integriert werden können. Dies kann allerdings mit einem besonders großen Aufwand verbunden sein. Ferner können die zusätzlichen Kühlmodule für eine zusätzliche Fahrzeuglänge des Nutzfahrzeugs sorgen, was eine nutzbare Länge eines Aufliegers besonders reduzieren kann. Dies bedeutet, dass die zusätzlichen Kühlmodule eine Verlängerung des Grundfahrzeugs bewirken können. Dies kann insbesondere daher von Nachteil sein, weil die Gesamtlänge des Nutzfahrzeugs vom Gesetzgeber begrenzt ist. Ferner können solche durch zusätzliche Kühlmodule Gewicht und Kosten des Nutzfahrzeugs besonders erhöht werden.
Demgegenüber kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Kühlfläche besonders erhöht werden. Dies bedeutet, dass das Kühlungssystem beziehungsweise das Nutzfahrzeug mit einer besonders großen beziehungsweise einer ausreichend großen Kühlfläche ausgestattet werden kann. Mit anderen Worten ausgedrückt kann die begrenzt zur Verfügung stehende Kühlfläche besonders vergrößert werden. Somit kann das Brennstoffzellensystem beziehungsweise die Brennstoffzelle besonders gut, insbesondere besonders intensiv, gekühlt werden.
Ferner kann die besonders große Kühlfläche dafür sorgen, dass weitere Nebenaggregate des Kühlungssystems, beispielsweise Pumpen und/oder Lüfter, besonders wenig Energie benötigen. Demgegenüber würde eine besonders kleine Kühlfläche besonders hohe Volumenströme in dem insbesondere als Kühlmedium bezeichneten Kühlmittel sowie in einer Kühlluft benötigt werden würden, was zu einem besonders hohen Energiebedarf an den Nebenaggregaten führen kann. Somit kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Energiebedarf des Kühlungssystems beziehungsweise der Nebenaggregate besonders gering gehalten werden.
Eine Lebensdauer des Brennstoffzellensystems kann in hohem Maße von einer besonders guten und stetigen Temperierung der Brennstoffzelle im insbesondere als Wohlfühlbereich bezeichneten optimalen Temperaturbereich der Brennstoffzelle abhängen. Je öfter Überhitzungen des Brennstoffzellensystems vermieden werden können, umso höher kann die Lebensdauer der Brennstoffzelle sein. Durch Sicherstellung einer optimalen Kühlung, insbesondere durch die besonders große Kühlfläche, kann somit die Lebensdauer des Brennstoffzellensystems, insbesondere der Brennstoffzelle, besonders erhöht werden. Dies bedeutet, dass durch die besonders gute Kühlung die Lebensdauer der Brennstoffzelle besonders erhöht werden kann. Somit kann ein Nutzen des Nutzfahrzeugs für einen Kunden des Nutzfahrzeugs besonders beziehungsweise maximal gesteigert werden. Zudem können beispielsweise, insbesondere am Ende der Lebensdauer der Brennstoffzelle, ausreichende Kühlungsreserven durch das Kühlungssystem bereitgestellt werden.
Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein ohnehin bereits in dem Nutzfahrzeug vorhandenes Bauteil, nämlich das Unfallschutzelement, für das Kühlungssystem genutzt werden. Das Unfallschutzelement ist, um eine Sicherheit des Nutzfahrzeugs besonders erhöhen zu können und insbesondere Crashanforderungen des Nutzfahrzeuges erfüllen zu können, ohnehin in dem Nutzfahrzeug vorhanden und wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung zur Integration wenigstens eines Kühlers beziehungsweise wenigstens eines weiteren Kühlers in Form des Wärmeübertragungselements genutzt. Mit anderen Worten ausgedrückt kann durch die Integration des Kühlungssystems in das ohnehin benötigte und insbesondere als Sicherheitsbauteil bezeichnete Unfallschutzelement die Kühlfläche in dem Nutzfahrzeug besonders effizient untergebracht werden. Dies bedeutet, dass eine Integration von zwei unabhängigen Funktionen, nämlich das Kühlen des Brennstoffzellensystems und die Sicherheit des Nutzfahrzeugs, in ein und demselben Bauteil, nämlich dem Unfallschutzelement, bewirkt werden kann. Dadurch kann der Bauraum des Nutzfahrzeugs besonders vorteilhaft gestaltet werden, insbesondere besonders gering gehalten werden. Dies bedeutet, dass eine besonders effiziente Bauraumnutzung realisiert werden kann. Ferner können Kosten und Gewicht des Nutzfahrzeugs, insbesondere durch die integrale Nutzung von zwei Funktionen in dem einen Bauteil, besonders gering gehalten werden. Zudem kann eine ähnliche Gesamtlänge wie bei einem herkömmlichen, beispielsweise als Dieselfahrzeug ausgebildeten, Nutzfahrzeug realisiert werden.
Des Weiteren kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung, insbesondere aufgrund einer besonders tiefen Einbaulage des Kühlungssystems in dem Nutzfahrzeug, ein Schwerpunkt des Nutzfahrzeugs besonders tief gehalten werden und insbesondere gegenüber denen als Turm hinter dem Fahrerhaus angebrachten Kühlmodulen deutlich tiefer sein. Dies bedeutet, dass der insbesondere als Fahrzeugschwerpunkt bezeichnete Schwerpunkt besonders niedrig ist. Dadurch kann eine Fahrdynamik des Nutzfahrzeugs besonders verbessert werden. Ferner kann dadurch eine Fahrsicherheit des Nutzfahrzeugs besonders erhöht werden.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. 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.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Kühlungssystems für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug; und
2 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Kühlungssystems für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug; und
3 eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Kühlungssystems für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug; und
4 eine schematische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Kühlungssystems für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen und perspektivischen Seitenansicht eine Anordnung 10 eines Kühlungssystems 12 für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug 14. Dies bedeutet, dass das Nutzfahrzeug 14, welches das Kühlungssystem 12 und das Brennstoffzellensystem umfasst, in 1 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt ist. 2 zeigt das Nutzfahrzeug 14 beziehungsweise die Anordnung 10 in einer schematischen Draufsicht. 3 zeigt die Anordnung 10 beziehungsweise das Kühlungssystem 12 in einer schematischen Teilansicht, welche eine Seitenansicht ist.
Das Kühlungssystem 12 weist wenigstens ein von dem Kühlmittel durchströmbares Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 zum Abführen von Wärme aus dem Kühlungssystem 12, insbesondere an eine Umgebung des Nutzfahrzeugs 14, auf. Dadurch kann das Brennstoffzellensystem mittels des Kühlungssystems 12 gekühlt werden. In dem in 1 und in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Kühlungssystem 12 drei Wärmeübertragungselemente 16, 18, 20. Das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 kann insbesondere als jeweiliges Kühlermodul bezeichnet werden beziehungsweise als jeweiliges Kühlermodul ausgebildet sein. Bei dem Kühlmittel handelt es sich beispielsweise um insbesondere als Kühlwasser bezeichnetes Wasser. Das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 ist vorzugsweise von insbesondere als Umgebungsluft bezeichneter Luft durchströmbar beziehungsweise umströmbar, wodurch Wärme des das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 durchströmenden Kühlmittels an die Luft abgeführt werden kann. Somit kann das Kühlmittel mittels der Umgebungsluft gekühlt werden.
Das Kühlungssystem 12 weist wenigstens eine von dem Kühlmittel durchströmbare und fluidisch mit dem Wärmeübertragungselement verbundene beziehungsweise verbindbare Leitungsstrecke 22 auf. Beispielsweise umfasst die Leitungsstrecke 22 ein erstes von dem Kühlmittel durchströmbares Leitungselement 24, über welches das das erste Leitungselement 24 durchströmende Kühlmittel dem jeweiligen Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 zuführbar und somit in das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 einleitbar ist. Dies ist mittels eines Pfeils 25 veranschaulicht. Beispielsweise weist die Leitungsstrecke 22 ein von dem ersten Leitungselement 24 unterschiedliches, insbesondere von dem ersten Leitungselement 24 beabstandetes, zweites Leitungselement 26 auf, über welches das Kühlmittel aus dem jeweiligen Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 abführbar ist. Dies ist mittels eines jeweiligen weiteren Pfeils 27 veranschaulicht. Das zweite Leitungselement 26 ist von dem Kühlmittel durchströmbar. Somit ist das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 mit dem ersten und/oder dem zweiten Leitungselement 24, 26, insbesondere direkt, fluidisch verbunden.
In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine von dem Kühlmittel durchströmbare Einleitstelle 28 vorgesehen, über welche das Kühlmittel in die Leitungsstrecke 22, insbesondere in das erste Leitungselement 24, einleitbar ist. Dies ist mittels eines Pfeils 29 veranschaulicht. Ferner ist beispielsweise eine von der Einleitstelle 28 unterschiedliche, insbesondere von der Einleitstelle 28 beabstandete, von dem Kühlmittel durchströmbare, Ausleitstelle 30 vorgesehen, über welche das Kühlmittel aus der Leitungsstrecke 22, insbesondere aus dem zweiten Leitungselement 26, abführbar ist. Dies ist mittels eines Pfeils 31 veranschaulicht. Unter der Einleitstelle 28 kann insbesondere eine Einlassöffnung verstanden werden. Unter der Ausleitstelle 30 kann insbesondere eine Auslassöffnung verstanden werden.
Das Nutzfahrzeug 14 weist wenigstens ein Unfallschutzelement 32 auf, welches vorzugsweise als seitlicher Unterfahrschutz des Nutzfahrzeugs 14 ausgebildet ist. Um das Brennstoffzellensystem besonders gut kühlen und einen Bauraum des Nutzfahrzeugs 14 besonders vorteilhaft gestalten zu können, ist es vorgesehen, dass die Leitungsstrecke 22 zumindest in einem Längenbereich 23, insbesondere das erste und/oder das zweite Leitungselement 24, 26, innerhalb des Unfallschutzelements 32 verläuft, welches auf einer in Fahrzeugquerrichtung 34 des Nutzfahrzeugs 14 nach außen weisenden Außenseite 36 des Nutzfahrzeugs 14 gehalten ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist die Leitungsstrecke 22 innerhalb des Unfallschutzelements 32 angeordnet. Dies bedeutet, dass das Kühlungssystem 12, insbesondere die Leitungsstrecke 22, zumindest teilweise, insbesondere vollständig, in das Unfallschutzelement 32 integriert ist. Somit kann das Unfallschutzelement, welches dafür vorgesehen ist, Crashanforderungen beziehungsweise Sicherheitsanforderungen des Nutzfahrzeugs 14 zu erfüllen, um eine zusätzliche Funktion erweitert werden. Dadurch kann ein Bauraum des Nutzfahrzeugs 14 besonders vorteilhaft gestaltet werden, insbesondere besonders gering gehalten werden. Ferner kann beispielsweise eine Kühlfläche des Kühlungssystems 12 besonders erhöht werden, wodurch das Brennstoffzellensystem besonders gut, insbesondere besonders intensiv, gekühlt werden kann. Ferner können beispielsweise Kosten und Gewicht des Nutzfahrzeugs 14 besonders gering gehalten werden.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Nutzfahrzeug 14 zwei Unfallschutzelemente 32, 33 auf. Ein erstes der Unfallschutzelemente 32 ist auf der insbesondere als erste Außenseite 36 bezeichneten Außenseite 36 des Nutzfahrzeugs 14 gehalten. Das zweite der Unfallschutzelemente 33 ist auf einer in Fahrzeugquerrichtung 34 des Nutzfahrzeugs 14 nach außen weisenden, zweiten Außenseite 38 des Nutzfahrzeugs 14 gehalten. Die Außenseiten 36, 38 sind voneinander beabstandet, insbesondere in Fahrzeugquerrichtung. Vorzugsweise handelt es sich bei den Außenseiten 36, 38 um einander gegenüberliegende Außenseiten 36, 38. Dies bedeutet, dass das erste Unfallschutzelement 32 beispielsweise als linker, seitlicher Unterfahrschutz des Nutzfahrzeugs 14 ausgebildet ist und dass das zweite Unfallschutzelement 33 beispielsweise als rechter, seitlicher Unterfahrschutz des Nutzfahrzeugs 14 ausgebildet ist. Vorzugsweise ist in den beiden Unfallschutzelementen 32, 33 jeweils eine von dem Kühlmittel durchströmbare Leitungsstrecke 22 angeordnet.
In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 eine jeweilige rahmenförmige, von dem Kühlmittel durchströmbare Struktur 40 aufweist, welche durch zwei Längsteile 42, 44 und zwei Querteile 46, 48 gebildet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 als Rahmen ausgestaltet, in welchem das Kühlmittel strömen beziehungsweise zirkulieren kann. Dies bedeutet, dass im Inneren des Rahmens das Kühlmittel zu dem jeweiligen Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 fließen beziehungsweise strömen kann. Durch die rahmenförmige Struktur 40 kann das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 besonders stabil ausgebildet werden, wodurch beispielsweise die Sicherheit des Nutzfahrzeugs 14 besonders erhöht werden kann. Die rahmenförmige Struktur 40 ist beispielsweise als Rohrrahmen ausgebildet, welcher insbesondere als Rohrkonstruktion bezeichnet werden kann. Dadurch kann die Stabilität des jeweiligen Unfallschutzelements 32, 33 besonders erhöht werden, wodurch beispielsweise Crashanforderungen des Nutzfahrzeugs 14 besonders sicher erfüllt werden können.
Die Längsteile 42, 44 sind, insbesondere in Fahrzeughochrichtung des Nutzfahrzeugs 14, voneinander beabstandet. Die Querteile 46, 48 sind, insbesondere in Fahrzeuglängsrichtung des Nutzfahrzeugs 14, voneinander beabstandet. Beispielsweise ist wenigstens eines der Längsteile 42, 44, insbesondere beide Längsteile 42, 44, von dem Kühlmittel durchströmbar. Beispielsweise ist wenigstens eines der Querteile 46, 48 von dem Kühlmittel durchströmbar. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel verläuft das erste Leitungselement 26 innerhalb eines ersten der Längsteile 42 und innerhalb eines ersten der Querteile 46. Ferner verläuft in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel das zweite Leitungselement 46 in dem zweiten der Längsteile 44. Das zweite der Querteile 48 ist in dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel nicht von dem Kühlmittel durchströmbar.
Beispielsweise ist das erste Längsteil 42 in einer ersten Strömungsrichtung 50 von dem Kühlmittel durchströmbar. Beispielsweise ist das zweite Längsteil 44 in einer zweiten Strömungsrichtung 52 von dem Kühlmittel durchströmbar. Beispielsweise ist das erste Querteil 46 in einer dritten Strömungsrichtung 54 von dem Kühlmittel durchströmbar. Die erste und die zweite Strömungsrichtung 50, 52 verlaufen beispielsweise parallel zueinander. Die dritte Strömungsrichtung 54 ist beispielsweise unterschiedlich von der ersten und/oder der zweiten Strömungsrichtung 50, 52. Beispielsweise verläuft die dritte Strömungsrichtung 54 senkrecht zur ersten und/oder zur zweiten Strömungsrichtung 50, 52.
In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33, insbesondere die rahmenförmige Struktur 40, zumindest teilweise einen jeweiligen Aufnahmeraum 56, insbesondere in Fahrzeughochrichtung und/oder in Fahrzeugquerrichtung, begrenzt, in welchem das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 angeordnet beziehungsweise aufgenommen ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 im Zentrum des jeweiligen Unfallschutzelements 32, insbesondere im Zentrum der rahmenförmigen Struktur 40, angeordnet beziehungsweise integriert. Dadurch kann der Bauraum des Nutzfahrzeugs 14 besonders vorteilhaft gestaltet werden, insbesondere besonders gering gehalten werden. Ferner können dabei Leitungslängen des Kühlungssystems 12, insbesondere der Leitungsstrecke 22, beispielsweise des ersten und/oder des zweiten Leitungselements 24, 26, besonders gering gehalten werden.
Insbesondere kann die rahmenförmige Struktur 40 des jeweiligen Unfallschutzelements 32, 33 gleichzeitig als Halter beziehungsweise als Befestigung für das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 sowie als von dem Kühlmittel durchströmbare Rohrleitung fungieren. Dies bedeutet, dass das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 mehreren Zwecken dienen kann. Dadurch können Kosten und Gewicht des Nutzfahrzeugs 14 besonders gering gehalten werden.
In weiterer Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass in dem Aufnahmeraum 56 wenigstens ein Gebläse 58, 60, 62 angeordnet ist, mittels welchem das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 zum Kühlen des das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 durchströmenden Kühlmittels mit Luft beaufschlagbar ist. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jedem der Wärmeübertragungselemente 16, 18, 20 jeweils ein Gebläse 58, 60, 62 zugeordnet. Dies bedeutet, dass in dem Ausführungsbeispiel drei Gebläse 58, 60, 62 vorgesehen sind. Mit anderen Worten ausgedrückt ist an dem jeweiligen Kühlermodul ein jeweiliges insbesondere als Lüftermodul bezeichnetes Gebläse 58, 60, 62 installiert beziehungsweise angeordnet. Das jeweilige Gebläse 58, 60, 62 kann insbesondere als jeweiliger Lüfter bezeichnet werden. Somit ist das jeweilige Gebläse 58, 60, 62 in der rahmenförmigen Struktur 40 angeordnet. Durch das jeweilige Gebläse 58, 60, 62 kann die Umgebungsluft zu dem jeweiligen Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 gefördert werden. Dadurch kann die Wärme aus dem Kühlmittel über das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 mittels Konvektion abtransportiert werden. Dadurch kann das Brennstoffzellensystem besonders intensiv gekühlt werden. Beispielsweise kann das jeweilige Gebläse 58, 60, 62 von einem Thermomanagementsystem geregelt beziehungsweise gesteuert werden, wodurch eine Kühlleistung des Kühlungssystems 12 über eine insbesondere als Lüfterdrehzahl bezeichnete Drehzahl des jeweiligen Gebläses 58, 60, 62, insbesondere bedarfsgerecht, geregelt beziehungsweise gesteuert werden kann.
Somit können Komponenten des Kühlungssystems 12, insbesondere das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 und/oder das jeweilige Gebläse 58, 60, 62, innerhalb des jeweiligen Unfallschutzelements 32, 33 angeordnet werden. Dadurch kann der Bauraum des Nutzfahrzeugs 14 besonders gering gehalten werden.
4 zeigt das Kühlungssystem 12 beziehungsweise das Unfallschutzelement 32 gemäß einer weiteren Ausführungsform, in welcher wenigstens ein jeweiliges Halteelement 64 vorgesehen ist, über welches das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 um eine jeweilige Schwenkachse 66 verschwenkbar an dem Nutzfahrzeug, insbesondere auf beziehungsweise an der jeweiligen Außenseite 36, 38, gehalten ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 kippbar beziehungsweise verschwenkbar ausgebildet. Dadurch kann das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 für Servicezwecke und/oder Reparaturzwecke, insbesondere seitlich, abgekippt beziehungsweise verschwenkt werden, wodurch beispielsweise eine Zugänglichkeit, insbesondere für eine Wartung, besonders erhöht beziehungsweise verbessert werden kann. Dadurch kann die Wartung besonders vereinfacht werden beziehungsweise kann die Wartung besonders einfach gewährleistet werden. Dabei können beispielsweise hinter dem jeweiligen Unfallschutzelement 32, 33 liegende beziehungsweise sich befindende Bauelemente des Nutzfahrzeugs 14 besonders leicht gewartet werden.
Beispielsweise ist das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 zwischen wenigstens zwei Positionen 68, 70, insbesondere relativ zu einem Aufbau des Nutzfahrzeugs 14, um die jeweilige Schwenkachse 66 verschwenkbar. Das Verschwenken aus einer ersten der Position 68 in die zweite der Positionen 70 ist in 4 mittels eines Pfeils 72 veranschaulicht. Beispielsweise ist eine von dem Kühlmittel durchströmbare Zuleitung durch ein flexibles Rohr derart gestaltet, dass beim Verschwenken eine hierfür benötigte Längenveränderung der Zuleitung ausgeglichen werden kann. Beispielsweise ist die Zuleitung an der Einleitstelle 28, insbesondere direkt, fluidisch mit der Leitungsstrecke 22, insbesondere dem ersten Leitungselement 24, verbunden beziehungsweise verbindbar.
Wie in 2 gezeigt, ist es in weiterer Ausgestaltung vorgesehen, dass an dem jeweiligen Unfallschutzelemente 32, 33 wenigstens ein jeweiliges Luftleitelement 74, insbesondere mehrere Luftleitelemente 74, zum Leiten von bei einer Fahrt des Nutzfahrzeugs 14 das jeweilige Luftleitelement 74 anströmender Luft zu dem jeweiligen Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt ist an dem jeweiligen Unfallschutzelement 32, 33 das jeweilige Luftleitelement angeordnet, mittels welchem Fahrtwind, insbesondere durch das jeweilige Gebläse 58, 60, 62, zu dem jeweiligen Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 leitbar ist. Dadurch kann, insbesondere wenn das jeweilige Gebläse 58, 60, 62 stillsteht, das heißt ohne Lüfterbetrieb, der Fahrtwind beziehungsweise die Umgebungsluft durch das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 hindurchgeleitet werden. Dadurch kann eine Luftdurchströmung des jeweiligen Wärmeübertragungselements 16, 18, 20 besonders verbessert werden. Dadurch kann die Kühlwirkung beziehungsweise die Kühlleistung des Kühlungssystems 12 besonders erhöht werden. Ferner kann das Kühlungssystem 12 besonders effizient betrieben werden, da beispielsweise eine zum Betrieb des jeweiligen Gebläses 58, 60, 62 benötigte Energie besonders gering gehalten werden kann.
Das Leiten der das jeweilige Luftleitelement 74 anströmenden Luft ist in 2 mittels jeweiliger Pfeile 76 veranschaulicht. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das jeweilige Luftleitelement 74 als zwischen wenigstens zwei Stellungen relativ zu dem jeweiligen Unfallschutzelement 32, 33 verschwenkbares Klappenelement 78 ausgebildet ist. Dadurch kann ein jeweiliger Luftmassenstrom der für das jeweilige Wärmeübertragungselement 16, 18, 20 geleiteten Luft bedarfsgerecht eingestellt werden. Das jeweilige Klappenelement 78 kann insbesondere als Strömungsklappe oder als Flapp bezeichnet werden.
Wie in 2 gezeigt, weist das Nutzfahrzeug 14 beispielsweise einen separat von dem jeweiligen Unfallschutzelement 32, 33 ausgebildeten Rahmen 80 auf, welcher vorzugsweise als Leiterrahmen ausgebildet ist. Das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 ist, insbesondere in Fahrzeugquerrichtung 34, von dem Rahmen 80 beabstandet. Beispielsweise ist wenigstens ein jeweiliger Querträger 82 vorgesehen, über welchen das jeweilige Unfallschutzelement 32, 33 an dem Rahmen 80 gehalten beziehungsweise befestigt ist. Unter dem Rahmen 80 kann insbesondere ein Fahrgestell des Nutzfahrzeugs 14 verstanden werden beziehungsweise das Fahrgestell kann den Rahmen 80 umfassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102020106088 A1 [0002]

Claims

Anordnung (10) eines Kühlungssystems (12) für ein Brennstoffzellensystem an einem Nutzfahrzeug (14), mit wenigstens einem von einem Kühlmittel durchströmbaren Wärmeübertragungselement (16) zum Abführen von Wärme aus dem Kühlungssystem (12) und mit wenigstens einer von dem Kühlmittel durchströmbaren und fluidisch mit dem Wärmeübertragungselement (16) verbundenen Leitungsstrecke (22), welche zumindest in einem Längenbereich (23) der Leitungsstrecke (22) innerhalb eines Unfallschutzelements (32) verläuft, welches auf einer in Fahrzeugquerrichtung (34) des Nutzfahrzeugs (14) nach außen weisenden Außenseite (36) des Nutzfahrzeugs (14) gehalten ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unfallschutzelement (32) eine rahmenförmige, von dem Kühlmittel durchströmbare Struktur (40) aufweist, welche durch zwei Längsteile (42, 44) und zwei Querteile (46, 48) gebildet ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Unfallschutzelement (32) zumindest teilweise einen Aufnahmeraum (56) begrenzt, in welchem das Wärmeübertragungselement (16) angeordnet ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeraum (56) wenigstens ein Gebläse (58) angeordnet ist, mittels welchem das Wärmeübertragungselement (16) zum Kühlen des das Wärmeübertragungselement (16) durchströmenden Kühlmittels mit Luft beaufschlagbar ist.
Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens ein Halteelement (64), über welches das Unfallschutzelement (32) um eine Schwenkachse (66) verschwenkbar an dem Nutzfahrzeug (14) gehalten ist.
Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Unfallschutzelement (32) wenigstens ein Luftleitelement (74) zum Leiten von bei einer Fahrt des Nutzfahrzeugs (14) das Luftleitelement (74) anströmender Luft zu dem Wärmeübertragungselement (16) angeordnet ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftleitelement (74) als zwischen wenigstens zwei Stellungen relativ zu dem Unfallschutzelement (32) verschwenkbares Klappenelement (78) ausgebildet ist.