DE10203918A1 - Elektrischer Speicher in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Hybridantrieb - Google Patents

Elektrischer Speicher in einem Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Hybridantrieb

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Speicher insbesondere für ein Hybridantrieb in einem Fahrzeug, das in einer Karosserie einen Verbrennungsmotor und wenigstens eine elektrische Maschine aufweist, wobei zwischen dem Verbrennungmotor und der wenigstens einen elektrischen Maschine eine schaltbare Kupplung angeordnet ist. DOLLAR A Erfindungsgemäß umfasst der elektrische Speicher eine Kondensatorbatterie, die mehrere Einzelkondensatorzellen aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektrischen Speicher in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, der insbesondere für einen Hybridantrieb geeignet ist.
  • Für einen Hybridantriebsstrang aus Verbrennungsmotor und elektrischem Antrieb, wie er beispielsweise aus DE 199 17 665 bekannt ist, wird ein elektrischer Energiespeicher benötigt. In der Regel werden elektrochemische Batterien als Energiespeicher verwendet. Alternativ werden auch Kondensatorbatterien eingesetzt.
  • In beiden Fällen verhindert der erhebliche Bauraumbedarf des Energiespeichers seine Integration im Fahrzeug in unmittelbarer Nähe zur elektrischen Maschine, beispielsweise in der Wandlerglocke.
  • Beim Stand der Technik wird daher der Energiespeicher in der Regel im Kofferraum und dort in der Reserveradmulde o. ä. integriert.
  • Der Nachteil einer solchen Anordnung besteht darin, dass die Integration im Kofferraum das nutzbare Kofferraumvolumen reduziert. Ferner erfordert die Unterbringung des elektrischen Speichers dort, wo am wenigsten Bauraum verloren geht, lange Kabelleitungen für die Verbindung zur elektrischen Maschine, was wiederum mehr Gewicht des Fahrzeugs aufgrund von Verkabelung Wirkungsgradverluste durch Leitungswiderstände und höhere Strahlungsbelastungen (EMV) bedeutet. Außerdem wird durch die Gewichtsmehrung hinter der Hinterachse die Schwerpunktlage des Fahrzeuges verändert. Darüber hinaus erfordert die Kühlung des elektrischen Speichers mit Wasser oder Luft hohen Bauaufwand im Heckbereich des Fahrzeuges.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Speicher für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mit dem die obigen Nachteile beim Stand der Technik umgangen werden können.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen elektrischen Speicher in einem Fahrzeug nach Anspruch 1, der insbesondere für einen Hybridantrieb eingesetzt werden kann. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, die Kondensatorbatterie in eine Vielzahl von Einzelkondensatorzellen zu zerlegen. Dadurch lässt sich durch Variation der Anordnung der Einzelkondensatorzellen die Gesamtbauform der Batterie ändern.
  • Der erfindungsgemäße elektrische Speicher insbesondere für einen Hybridantrieb in einem Fahrzeug, das in einer Karosserie einen Verbrennungsmotor und wenigstens eine elektrische Maschine aufweist, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor und der wenigstens einen elektrischen Maschine ein schaltbare Kupplung angeordnet ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine Kondensatorbatterie umfasst, die mehrere Einzelkondensatorzellen aufweist.
  • Vorzugsweise sind die Einzelkondensatorzellen der Kondensatorbatterie zylinderförmig aufgebaut. Sie können aber ebenso einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt aufweisen, je nachdem, in welche Hohlräume sie eingebaut werden sollen. Darüber hinaus sind die Einzelkondensatorzellen insbesondere in Hohlräumen von Karosserieelementen angeordnet. Vorzugsweise sind die Einzelkondensatorzellen in Hohlräumen eines Schwellers angeordnet. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Einzelelemente über das jeweilige Karosserieelement gekühlt, in dem sie angeordnet sind. Insbesondere weisen die Einzelelemente eine Kleinspannung von höchstens 60 V auf, damit es bei Berührung zu keinen Verletzungen oder gar lebensbedrohlichen Zwischenfällen kommen kann.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen elektrischen Speichers für einen Hybridantrieb in einem Fahrzeug besteht darin, dass die Kühlung sehr viel besser ist, da der elektrische Speicher in engem Kontakt mit großflächigen wärmeleitenden Elementen steht.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen, bei der Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen.
  • Fig. 1 zeigt die wesentlichen Elemente eines Hybridantriebs für ein Kraftfahrzeug.
  • Fig. 2A und 2B zeigen bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen elektrischen Speichers in verschiedener Anordnung.
  • In Fig. 1 sind zur Erläuterung die wesentlichen Elemente eine Hybridantriebs dargestellt. Der Hybridantrieb umfasst ein Getriebe 1 mit einem elektrischen Zusatzantrieb. Dieser wird durch mehrere Speicher versorgt, die hier als Kondensatormodul 2 dargestellt sind. Die einzelnen Kondensatormodule 2 werden im Getriebe parallel oder seriell zusammengeschaltet.
  • Erfindungsgemäß sind die Kondensatormodule 2 aus Einzelkondensatoren aufgebaut. Die Einzelkondensatoren haben vorzugsweise eine zylindrische oder quaderförmige Form und werden reihenförmig angeordnet. Hierzu sind die (nicht dargestellten) Kontaktlaschen der Einzelkondensatoren an den Stirnseiten der Einzelkondensatorzellen angeordnet. Zur Fixierung werden diese Stränge in dünnwandige Strangpressprofile integriert.
  • In Fig. 2A ist ein erstes Strangprofil 3 im Querschnitt gezeigt, wobei die Darstellung einem Schnitt durch die obere Kondensatorbatterie 2 entlang der Linie AB entspricht. Der Querschnittsaufbau des Strangpressprofils 3 nach Fig. 2A weist mehrere Kanäle oder Hohlräume 4 auf, die unterschiedliche Querschnittsformen aufweisen. In der dargestellten Ausführungsform sind einige der Hohlräume 4 im wesentlichen kreisförmig, andere im wesentlichen dreieckig und dritte schließlich im wesentlichen quadratisch oder rechteckig. Die kreisförmigen Hohlräume 4 werden zur Aufnahme von Einzelkondensatorzellen 5 verwendet, in dem gezeigten Fall sind dies vier. Neben den Hohlräumen für die Einzelkondensatorzellen 5 werden bei dem Strangprofil 3, das insbesondere aus Al bestehen kann, z. B. einige der dreieckigen Hohlräume genutzt, um Kühlmittel zum Kühlen der Einzelkondensatorzellen 5 zuzuführen. Diese Zellen sind in Fig. 2A mit 6 bezeichnet. Auf diese Art können eine Vielzahl von Kondensatorsträngen in dem Strangprofil untergebracht werden, ohne dass es zu Kühlproblemen im Betrieb kommt. Die Integration der Kondensatorstränge erfolgt daher vorzugsweise mit Wärmeleitmittel zur besseren Wärmeübertragung. An den Enden der Strangpressprofile werden in einer Art Abschlusskappen die elektrischen Verbindungen und evtl. die Kühlanschlüsse verbaut.
  • In Fig. 2B ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die Schweller als Strangpressprofil 3 mit den entsprechenden Bohrungen ausgeführt werden. In den Bohrungen sind die Kondensatoren integriert. Dies hat den Vorteil, dass die große Oberfläche des Schwellers und der angeschweißten Chassisteile eine Flüssigkeitskühlung entfallen lässt. Daher findet sich in der Ausführungsform nach Fig. 2B kein Hohlraum mehr mit Kühlflüssigkeit, sondern alle nicht mit Einzelkondensatorzellen 5 belegten Hohlräume 4 bleiben frei. Dadurch, dass das Kühlmittel entfallen kann, wird weiteres Gewicht eingespart.
  • Sinnvollerweise führen gemäß den einschlägigen VDE-Normen die symmetrisch angeordneten Kondensatorbänke 2 links und rechts im Schweller nicht mehr als die Kleinspannung, so dass eine Verletzungsgefahr durch Stromschlag nicht gegeben ist.
  • Die Vorteile einer solchen Aufteilung des elektrischen Speichers in mehrere Elemente, die einen kleineren Bauraum beanspruchen, liegen auf der Hand:
    es kommt zu keinem Bauraumverlust im Kraftfahrzeug mehr, da die Kondensatorelemente in den Hohlräumen der Schweller untergebracht werden, die ohnehin nicht genutzt werden und nur aus Stabilitäts- und Gewichtsgründen vorhanden sind;
    die elektrischen Kabelanschlüsse befinden sich hinter den vorderen Radhäusern und damit in unmittelbarer Nähe der elektrischen Maschine in der Wandlerglocke, was sehr kurze Kabel bedeutet und weitere Vorteile hinsichtlich Gewicht, Wirkungsgrad und EMV zur Folge hat;
    die passive Masse der Kondensatorbatterien, also das Gehäuse, kann als Doppelfunktion den konventionellen Schweller ersetzen, was weiteres Gewicht einspart;
    es ist keine zusätzliche Kühlung notwendig, wenn das Kondensatorgehäuse den Schweller ersetzt, da dies eine große Oberfläche aufweist. Bezugszeichen 1 Getriebe mit elektrischem Zusatzantrieb
    2 Kondensatorbatterie
    3 (Al-)Strangprofil
    4 Hohlräume in Strangprofil
    5 Einzelkondensatorzelle der Kondensatorbatterie in Strangprofil
    6 Hohlräume für Kühlmittel in Strangprofil

Claims (6)

1. Elektrischer Speicher insbesondere für einen Hybridantrieb in einem Fahrzeug, das in einer Karosserie einen Verbrennungsmotor und wenigstens eine elektrische Maschine aufweist, wobei zwischen dem Verbrennungsmotor und der wenigstens einen elektrischen Maschine ein schaltbare Kupplung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass er eine die Kondensatorbatterie mit mehreren Einzelkondensatorzellen (5) umfasst.
2. Elektrischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkondensatorzellen (5) der Kondensatorbatterie zylinderförmig oder mit im wesentlichen rechteckigem, insbesondere quadratischem Querschnitt aufgebaut sind.
3. Elektrischer Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkondensatorzellen (5) in Hohlräumen (4) von Karosserieelementen (3) angeordnet sind.
4. Elektrischer Speicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelkondensatorzellen (5) in Hohlräumen (4) eines Schwellers angeordnet sind.
5. Elektrischer Speicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (5) in thermischem Kontakt mit dem jeweiligen Karosserieelement stehen, in dem sie angeordnet sind, so dass sie über das jeweilige Karosserieelement gekühlt werden.
6. Elektrischer Speicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelelemente (5) eine Kleinspannung von höchstens 60 V aufweisen.
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