DE102019211263A1

DE102019211263A1 - Elektrofahrzeug mit einer Anordnung zum Speichern von Energie

Info

Publication number: DE102019211263A1
Application number: DE102019211263.3A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Gerbrand; Sebastian Albl; Felix Hochgraeber
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2021-02-04
Anticipated expiration: 2039-07-31
Also published as: DE102019211263B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zum Speichern von Energie für ein Elektrofahrzeug (10) mit einem Gehäuse (5) einer Länge (L) zwischen einem ersten Ende (2.1) und einem zweiten Ende (2.2), wobei ein Druckgasspeicher (2) in dem Gehäuse (5) ausgehend von dessen ersten Ende (2.1) bis zu dessen zweiten Ende (2.2) sich erstreckend angeordnet ist, der Druckgasspeicher (2) mit mehreren parallel angeordneten rohrförmigen Speicherabschnitten (3) mit jeweils einem ersten und zweiten Speicherabschnittsende (3.1, 3.2) und mit die rohrförmigen Speicherabschnitte (3) verbindenden Verbindungsabschnitten (3.3) ausgebildet ist, und benachbarte rohrförmige Speicherabschnitte (3) jeweils am ersten Speicherabschnittsende (3.1) und zweiten Speicherabschnittsende (3.2) mit den Verbindungsabschnitten (3.3) verbunden sind. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein elektrischer Energiespeicher (4) vorgesehen ist, welcher auf dem Druckgasspeicher (2) ausgehend vom ersten Ende (2.1) in Richtung des zweiten Endes (2.2) angeordnet ist und in dieser Richtung eine Erstreckung aufweist, die höchstens 30 % der Länge (L1) des Gehäuses (5) entspricht. Die Erfindung betrifft ferner ein Elektrofahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Speichern von Energie für ein Elektrofahrzeug gemäß des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen erfindungsgemäßen Anordnung.
Anordnungen zum Speichern von elektrischer Energie in Form von Batterien, bspw. als Hochvoltbatterien und Anordnungen zum Speichern von gasförmigen Energieträgern, wie bspw. Wasserstoff oder Erdgas in Druckgasspeichern sind bekannt. Solche Druckgasspeicher können in Form von flaschenförmigen Druckgasspeicher oder in Form sogenannter Rohrspeicher ausgebildet sein, wobei die letztgenannten bspw. mäanderförmig verlaufen.
Eine gattungsbildende Anordnung für ein Fahrzeug zum Speichern eines gasförmigen Energieträgers ist aus der WO 2018/183764 A1 bekannt. Diese Anordnung umfasst einen in einem Gehäuse angeordneten und mäanderförmig verlaufenden Rohrspeicher, welcher im Unterboden eines Fahrzeugs zwischen den Vorderrädern und den Hinterrädern desselben angeordnet ist. Die einzelnen rohrförmigen Rohrspeicherabschnitte dieses Rohrspeichers sind parallel in Fahrzeuglängsrichtung verlaufend angeordnet und über bogenförmige Verbindungsabschnitte miteinander verbunden.
Ein Brennstoffzellenfahrzeug mit einem Brennstoffzellensystem ist in der DE 10 2017 201 299 A1 offenbart. Bei diesem Fahrzeug wird die Hinterachse von einer elektrischen Maschine angetrieben, wobei sowohl in Fahrzeuglängsrichtung vor der elektrischen Maschine als auch hinter der elektrischen Maschine jeweils ein Druckgasspeicher zum Speichern von Wasserstoff vorgesehen ist, wobei die Längsachsen dieser Druckgasspeicher in Fahrzeugquerrichtung verlaufen. Zum Speichern von elektrischer Energie ist eine Hochvoltbatterie zwischen dem frontseitigen Druckgasspeicher und einer frontseitigen Stirnwand des Fahrzeugs angeordnet. In Fahrzeugquerrichtung erstreckt sich diese Hochvoltbatterie zwischen den beiden gegenüberliegenden Schwellern des Fahrzeugs.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Anordnung für ein Elektrofahrzeug zum Speichern von Energie der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher sowohl ein gasförmiger Energieträger als auch elektrische Energie speicherbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Elektrofahrzeug mit einer solchen Anordnung anzugeben.
Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Bei einer solchen Anordnung zum Speichern von Energie für ein Elektrofahrzeug mit einem Gehäuse einer Länge zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende ist ein Druckgasspeicher in dem Gehäuse ausgehend von dessen ersten Ende bis zu dessen zweiten Ende sich erstreckend angeordnet, wobei

- der Druckgasspeicher mit mehreren parallel angeordneten rohrförmigen Speicherabschnitten mit jeweils einem ersten und zweiten Speicherabschnittsende und mit die rohrförmigen Speicherabschnitte verbindenden Verbindungsabschnitten ausgebildet ist, und
- benachbarte rohrförmige Speicherabschnitte jeweils am ersten Speicherabschnittsende und zweiten Speicherabschnittsende mit den Verbindungsabschnitten verbunden sind.

Erfindungsgemäß ist ein elektrischer Energiespeicher vorgesehen, welcher auf dem Druckgasspeicher ausgehend vom ersten Ende in Richtung des zweiten Endes angeordnet ist und in dieser Richtung eine Erstreckung aufweist, die höchstens 30 % der Länge des Gehäuses entspricht.
Wird eine solche Anordnung in ein Elektrofahrzeug eingebaut, wird der vorhandene Bauraum in einem solchen Elektrofahrzeug optimal genutzt.
in vorteilhafter Weise bietet es sich weiterbildungsgemäß an, dass die rohrförmigen Speicherabschnitte mit ihrer Längsrichtung parallel zur das erste Ende mit dem zweiten Ende verbindenden Richtung angeordnet sind. Der Vorteil hierbei besteht darin, dass die gespeicherte Menge des Energieträgers größer ist als in Querrichtung, da in Längsrichtung, also in Fahrzeuglängsrichtung weniger Verbindungsabschnitte benötigt werden. Zudem wird durch diese Ausrichtung der Produktionsaufwand des Druckgasspeichers reduziert.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, dass das Gehäuse mit wenigstens zwei Gehäusekammern angeordnet ist, wobei in den Gehäusekammern jeweils rohrförmige Speicherabschnitte des Druckgasspeichers angeordnet sind. Mit einem solchen Gehäuse zur Aufnahme des Druckgasspeichers wird Vorteil erreicht, dass sich hierdurch mehrere Befestigungsmöglichkeiten der Anordnung mit der Fahrzeugkarosserie ergeben und dadurch deren Steifigkeit maßgeblich erhöht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn weiterbildungsgemäß der Druckgasspeicher als mäanderförmig ausgebildeter Rohrspeicher mit rohrförmigen Speicherabschnitten und dieselben verbindenden Verbindungsabschnitten ausgebildet ist. Ein solcher mäanderförmig ausgebildeter Rohrspeicher kann bauraumsparend hergestellt werden.
Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst durch ein Elektrofahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.
Ein solches Elektrofahrzeug mit der erfindungsgemäßen Anordnung zum Speichern von Energie zeichnet sich dadurch aus, dass

- die Anordnung in einem Unterboden des Elektrofahrzeugs zwischen dessen Vorderachsbauraum und dessen Hinterachsbauraum angeordnet ist, und
- das erste Ende der Anordnung das heckseitige Ende und das zweite Ende der Anordnung das frontseitige Ende ist.

Mit einem solchen Elektrofahrzeug wird dessen vorhandener Bauraum optimal genutzt. Ferner kann eine Modellreihe aufgebaut werden, bei welcher die Elektrofahrzeuge jeweils einen identischen Bauraum aufweisen, in welchem entweder die erfindungsgemäße Anordnung oder eine Traktionsbatterie positioniert werden kann, um entweder ein Brennstoffzellenfahrzeug oder ein batteriebetriebenes Fahrzeug (BEV) zu realisieren. Dies führt zu einer hohen und kostengünstigen Flexibilität hinsichtlich des Aufbaus einer solchen Modellreihe.
Vorzugsweise ist hierbei der elektrische Energiespeicher in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) oberhalb des Druckgasspeichers und unterhalb einer Rücksitzanordnung des Elektrofahrzeugs angeordnet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Anordnung zum Speichern von Energie für ein Elektrofahrzeug als Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
2 eine Seitenansicht eines Elektrofahrzeugs mit einer Anordnung zum Speichern von Energie gemäß 1.

Die Anordnung 1 nach 1 zum Speichern von Energie für ein in 2 dargestelltes Elektrofahrzeug 10 besteht aus einem in einem Gehäuse 5 angeordneten Druckgasspeicher 2 und einem elektrischen Energiespeicher 4.
Der in dem eine Länge L1 aufweisende Gehäuse 5 angeordnete Druckgasspeicher 2 ist als mäanderförmig verlaufender Rohrspeicher 2.0 mit zwischen einem ersten Ende 2.1 und einem zweiten Ende 2.2 des Gehäuses 5 verlaufenden Speicherabschnitten 3 und dieselben verbindenden Verbindungsabschnitten 3.3 ausgebildet. Diese Speicherabschnitte 3 sind gruppenweise zusammengefasst und in drei Gehäusekammern 5.1, 5.2 und 5.3 des Gehäuses 5 untergebracht. Diese Speicherabschnitte 3 liegen in diesen Gehäusekammern 5.1, 5.2 und 5.3 bezüglich ihrer Längsrichtung S in zwei Lagen parallel bauraumsparend in z-Richtung aufeinander, wie dies insbesondere aus 2 ersichtlich ist.
Die Speicherabschnitte 3 des Rohrspeichers 2.0 sind an deren ersten und zweiten Speicherabschnittsenden 3.1 und 3.2 jeweils mittels den als Rohrspeicherschleifen ausgebildeten Verbindungsabschnitten 3.3 fluidverbunden, so dass ein mäanderförmiger Fluidverlauf entsteht.
Das Gehäuse 5 besteht aus vier Rahmenelementen 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4, die den Rohrspeicher 2.0 rechteckförmig umrahmen, so dass ein quaderförmiges Gehäuse 5 der Länge L1 entsteht. Hierbei verlaufen die Rahmenelemente 6.1 und 6.2 in y-Richtung und die Rahmenelemente 6.3 und 6.4 in Längsrichtung, also in x-Richtung. Das Gehäuse 5 umfasst ferner ein Deckelelement 6.7 und ein Bodenelement 6.8, so dass zusammen mit den Rahmenelementen 6.1, 6.2, 6.3 und 6.4 ein geschlossenes Gehäuse 5 entsteht. Die Rahmenelemente 6.1 bis 6.4 sind als Profilträger mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet.
Die drei in y-Richtung geteilten Gehäusekammern 5.1, 5.2 und 5.3 werden durch zwei Zwischenelementen 6.5 und 6.6 getrennt, die parallel zu den Rahmenelementen 6.3 und 6.4 verlaufen. Auch die beiden Zwischenelementen 6.5 und 6.6 sind als Profilträger mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet.
Die Anordnung 1 wird nicht nur über die in Längsrichtung verlaufenden Rahmenelemente 6.3 und 6.4 mit der Karosseriestruktur des Elektrofahrzeugs 10 verbunden, sondern auch über die Zwischenelemente 6.5 und 6.6. Damit kann die Steifigkeit der Karosserie des Elektrofahrzeugs 10 maßgeblich erhöht werden. Ferner wird durch die Zwischenelemente 6.5 und 6.6 die Spannweite des Bodenelementes 6.8 reduziert, welches gleichzeitig als Unterfahrschutz der Anordnung 1 ausgelegt ist. Die Anordnung des Bodenelements, welches außen mit der Karosseriestruktur des Elektrofahrzeugs 10 verbunden ist, trägt auch maßgeblich zur Karosseriesteifigkeit bei, wodurch die Karosseriestruktur entlastet wird und entsprechend leichter ausgelegt werden kann.
Der elektrische Energiespeicher 4 ist in z-Richtung gesehen auf dem Druckgasspeicher 2, also auf dem Gehäuse 5 liegend und ausgehend vom ersten Ende 2.1 in Richtung des zweiten Endes 2.2, also in x-Richtung mit einer Erstreckung L2 angeordnet. Hierbei ist dieser elektrische Energiespeicher 4 auf dem Druckgasspeicher 2 derart angeordnet, dass am ersten Ende 2.1 ein Überstand mit einem Maß A entsteht, wie dies insbesondere auch aus 2 ersichtlich ist.
Ferner weist dieser elektrische Energiespeicher 4 in der durch das erste Ende 2.1 und das zweite Ende 2.2 gegebenen Richtung eine Erstreckung L2 auf, die höchstens 30 %, vorzugsweise 20 % der Länge L1 des Druckgasspeichers 2 entspricht.
Quer zu der durch das erste Ende 2.1 und das zweite Ende 2.2 gegebenen Richtung, also in y-Richtung, weisen sowohl der elektrische Energiespeicher 4 als auch der Druckgasspeicher 2 eine identische Erstreckung auf.
Der elektrische Energiespeicher 4 umfasst ein Gehäuse 7, in welchem zu Modulen zusammengefasste elektrische Speicherelemente 4.1 angeordnet sind. Das Gehäuse 7 des Energiespeichers 4 besteht aus vier Rahmenelementen 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4, die die elektrischen Speicherelemente 4.1 rechteckförmig umschließen. Mit einem Boden- und Deckelelement (den Figuren nicht dargestellt) wird dieses Gehäuse 7 in Form eines Quaders vervollständigt. Die Rahmenelemente 7.1, 7.2, 7.3 und 7.4 sind als Profilträger mit einem rechteckförmigen Querschnitt ausgebildet.
Das in 2 schematisch dargestellte Elektrofahrzeug 10 ist als Brennstoffzellenfahrzeug ausgeführt und weist eine Brennstoffzelle 15 auf. Eine elektrische Antriebsmaschine ist in einem Vorderachsbauraum 12.1 oder in einem Hinterachsbauraum 12.2 des Elektrofahrzeugs 10 vorgesehen. Für einen Allradantrieb des Elektrofahrzeugs 10 kann sowohl im Vorderachsbauraum 12.1 als auch im Hinterachsbauraum 12.2 eine elektrische Antriebsmaschine verbaut werden.
Die in 1 dargestellte Anordnung 1 zum Speichern von Energie ist in einem Unterboden 11 des Elektrofahrzeugs 10 zwischen dem Vorderachsbauraum 12.1 und dem Hinterachsbauraum 12.2 montiert, so dass das erste Ende 2.1 des Druckgasspeichers 2 das heckseitige Ende und das zweite Ende 2.2 das frontseitige Ende ist. Hierbei befindet sich der am ersten Ende 2.1 des Druckgasspeichers 2 und in z-Richtung auf demselben angeordnete elektrische Energiespeicher 4 unter einer Rücksitzanlage 13 des Elektrofahrzeugs 10. Ein Vordersitz des Elektrofahrzeugs 10 ist mit einem Bezugszeichen 14 angedeutet.
Mit einer solchen Anordnung 1 weist das Elektrofahrzeug 10 folgende Vorteile auf:

- eine Kompatibilität hinsichtlich des Bauraums mit batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen (BEV),
- das Gehäuse 5 des Druckgasspeichers 2 bewirkt eine Schutzfunktion gegen äußere Einflüsse (Krafteinwirkung, Umwelteinflüsse, Brand) und ermöglicht eine optimale Befestigung an der Fahrzeugkarosserie,
- das Bodenelement 6.8 des Gehäuses 5 realisiert eine Abstützung als Unterfahrschutz,
- das Deckelelement 6.7 realisiert eine Abstützung bei zulassungsrelevanten Anforderungen,
- eine hohe Versteifung der Karosseriestruktur,
- eine optimale Ausnutzung des vorhandenen Bauraums für Energieträger, insbesondere für die erfindungsgemäße Anordnung 1,
- eine Möglichkeit der Kontaktierung des elektrischen Energiespeichers 4 Bereich des Überstandes mit dem Maß A,
- eine Zugänglichkeit der Kontaktierung des elektrischen Energiespeichers 4 von unten, und
- eine Montage der Anordnung 1 in einem einzigen Prozessschritt.

In den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 und 2 ist der Druckgasspeicher 2 mit einem mäanderförmigen Rohrspeicher 2.0 beschrieben. Anstelle eines solchen Rohrspeichers 2.0 können auch konventionelle Speicherflaschen eingesetzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung
2: Druckgasspeicher der Anordnung 1
2.0: Rohrspeicher
2.1: erstes Ende des Druckgasspeichers 2
2.2: zweites Ende des Druckgasspeichers 2
3: rohrförmige Speicherabschnitte des Druckgasspeichers 2
3.1: erstes Speicherabschnittsende des rohrförmigen Speicherabschnittes 3
3.2: zweites Speicherabschnittsende des rohrförmigen Speicherabschnittes 3
3.3: Verbindungsabschnitt des Druckgasspeichers 2
4: elektrischer Energiespeicher der Anordnung 1
4.1: elektrisches Speicherelement des elektrischen Energiespeichers 4
5: Gehäuse des Druckgasspeichers 2
5.1: Gehäusekammer des Gehäuses 5
5.2: Gehäusekammer des Gehäuses 5
5.3: Gehäusekammer des Gehäuses 5
6.1: Rahmenelement des Gehäuses 5
6.2: Rahmenelement des Gehäuses 5
6.3: Rahmenelement des Gehäuses 5
6.4: Rahmenelementes Gehäuses 5
6.5: Zwischenelement des Gehäuses 5
6.6: Zwischenelement des Gehäuses 5
6.7: Deckelelement des Gehäuses 5
6.8: Bodenelement des Gehäuses 5
7: Gehäuse des elektrischen Energiespeichers 4
7.1: Rahmenelement des Gehäuses 7
7.2: Rahmenelement des Gehäuses 7
7.3: Rahmenelement des Gehäuses 7
7.4: Rahmenelement des Gehäuses 7
10: Elektrofahrzeug
11: Unterboden des Elektrofahrzeugs 10
12.1: Vorderachsbauraum des Elektrofahrzeugs 10
12.2: Hinterachsbauraum des Elektrofahrzeugs 10
13: Rücksitzanlage des Elektrofahrzeugs 10
14: Vordersitz des Elektrofahrzeugs 10
15: Brennstoffzelle
A: Maß eines Überstandes
L1: Länge
L2: Erstreckung
S: Längsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018/183764 A1 [0003]
DE 102017201299 A1 [0004]

Claims

Anordnung (1) zum Speichern von Energie für ein Elektrofahrzeug (10) mit einem Gehäuse (5) einer Länge (L1) zwischen einem ersten Ende (2.1) und einem zweiten Ende (2.2), wobei - ein Druckgasspeicher (2) in dem Gehäuse (5) ausgehend von dessen ersten Ende (2.1) bis zu dessen zweiten Ende (2.1) sich erstreckend angeordnet ist, - der Druckgasspeicher (2) mit mehreren parallel angeordneten rohrförmigen Speicherabschnitten (3) mit jeweils einem ersten und zweiten Speicherabschnittsende (3.1, 3.2) und mit die rohrförmigen Speicherabschnitte (3) verbindenden Verbindungsabschnitten (3.3) ausgebildet ist, und - benachbarte rohrförmige Speicherabschnitte (3) jeweils am ersten Speicherabschnittsende (3.1) und zweiten Speicherabschnittsende (3.2) mit den Verbindungsabschnitten (3.3) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass - ein elektrischer Energiespeicher (4) vorgesehen ist, welcher auf dem Druckgasspeicher (2) ausgehend vom ersten Ende (2.1) in Richtung des zweiten Endes (2.2) angeordnet ist und in dieser Richtung eine Erstreckung aufweist, die höchstens 30 % der Länge (L1) des Gehäuses (5) entspricht.
Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrförmigen Speicherabschnitte (3) mit ihrer Längsrichtung (S) parallel zur das erste Ende (2.1) mit dem zweiten Ende (2.2) verbindenden Richtung (x-Richtung) angeordnet sind.
Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (5) mit wenigstens zwei Gehäusekammern (5.1, 5.2, 5.3) ausgebildet ist, wobei in den Gehäusekammern (5.1, 5.2, 5.3) jeweils rohrförmige Speicherabschnitte (3) des Druckgasspeichers (2) angeordnet sind.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckgasspeicher (2) als mäanderförmig ausgebildeter Rohrspeicher (2.0) mit rohrförmigen Speicherabschnitten (3) und dieselben verbindenden Verbindungsabschnitten (3.3) ausgebildet ist.
Elektrofahrzeug (10) mit einer Anordnung (1) zum Speichern von Energie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Anordnung (1) in einem Unterboden (11) des Elektrofahrzeugs (10) zwischen dessen Vorderachsbauraum (12.1) und dessen Hinterachsbauraum (12.2) angeordnet ist, und - das erste Ende (2.1) der Anordnung (1) das heckseitige Ende und das zweite Ende der Anordnung (1) das frontseitige Ende ist.
Elektrofahrzeug (10) nach Anspruch 5 mit einer Rücksitzanordnung (13), dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (4) in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) oberhalb des Druckgasspeichers (2) und unterhalb der Rücksitzanordnung (13) angeordnet ist.