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Die Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridelektrofahrzeug, mit einem elektrischen Energiespeichersystem, das mehrere elektrische Energiespeichereinheiten aufweist, die eingerichtet sind, mindestens für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs elektrische Energie zur Verfügung zu stellen.
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Elektrisch angetriebene Fahrzeuge bzw. Elektrofahrzeuge sind aus dem Stand der Technik weitläufig bekannt.
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Beispiele für elektrisch angetriebene Fahrzeuge sind Elektrofahrzeuge oder Hybridelektrokraftfahrzeuge.
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Unter einem Elektrofahrzeug (engl. Battery Electric Vehicle = BEV) wird üblicherweise ein Kraftfahrzeug verstanden, dessen elektrischer Antrieb herkömmlicherweise ausschließlich durch einen Elektromotor gebildet wird, welcher der die zum Antrieb des Elektrofahrzeugs nötige elektrische Energie aus einer Traktionsbatterie eines elektrischen Energiespeichersystems bezieht.
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Hingegen wird unter einem Hybridelektrokraftfahrzeug (englisch: Hybrid Electric Vehicle = HEV) ein Kraftfahrzeug verstanden, das von mindestens einem Elektromotor und einem weiteren Energiewandler wie einem Verbrennungsmotor angetrieben wird. Das Hybridelektrokraftfahrzeug bezieht die Energie zum Antrieb des Hybridelektrokraftfahrzeugs zum einen aus einer im Fahrzeug vorgesehenen elektrischen Energiespeichereinheit eines Energiespeichersystems zur elektrischen Energieversorgung des Elektromotors und zum anderen aus einem Betriebskraftstofftank zur Energieversorgung des Verbrennungsmotors.
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Eine besondere Art des Hybridelektrokraftfahrzeugs ist das Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug, auch Steckdosenhybrid genannt (englisch Plug-in Hybrid Eelectric Vehicle = PHEV). Das Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeug zeichnet sich dadurch aus, dass dessen Akkumulator sowohl über den Verbrennungsmotor als auch durch Anschluss am Stromnetz geladen werden kann.
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Derartige elektrisch angetriebene Fahrzeuge, d.h. sowohl Plug-in-Hybrid-Kraftfahrzeuge als auch rein elektrisch angetriebene Elektrofahrzeuge, weisen gemäß dem Stand der Technik eine spezifische elektrische Energiespeichereinheit auf, welche wiederum ein oder mehrere Energiespeichermodule aufweist, in denen in Reihe und/oder parallel geschaltete Energiezellen aufgenommen sind.
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Im Falle von Energiespeichereinheiten mit Hochvoltenergiemodulen werden letztere weitläufig auch als Hochvoltenergiespeicher bzw. Hochvoltspeicher bezeichnet.
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Beispiele für Energiezellen sind Batteriezellen wie etwa Lithium-Ionen-Speicherzellen, Lithium-Polymer-Speicherzellen oder All-Solid-State-Batteriezellen (Festkörperakkumulatoren).
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Vorwiegend werden allerdings Lithium-Ionen-Speicherzellen als Batteriezellen verwendet. Diese sind, wie vorstehend beschrieben ist, seriell oder in einer Kombination aus seriellen und parallelen Schaltungen miteinander verbunden und bilden das Energiespeichermodul einer Energiespeichereinheit, wobei die Anzahl der Batteriezellen und die Art der Verschaltung der jeweiligen Batteriezellen in einem Energiespeichermodul einer Energiespeichereinheit und die Anzahl der Energiespeichermodule als solche die zur Verfügung stehende Energie vorgeben, damit beispielsweise die Reichweite des rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs festlegen.
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Eine spezifische Energiespeichereinheit umfasst herkömmlicherweise ein zusammenhängendes Gehäuse, in dem mehrere derartiger geometrisch identischer Energiespeichermodule miteinander seriell verschaltet werden.
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Die durch die Verschaltung der Energiespeichermodule ausgebildete Energiespeichereinheit liefert in einem vorbestimmten Spannungsbereich stets eine vorbestimmte maximale Stromstärke, die von deren Art und Aufbau abhängt und unveränderlich ist. Somit wird gleichzeitig die Leistung des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs durch die verwendete Energiespeichereinheit festgelegt, da diese durch ein festes Verhältnis von elektrischer Leistung zu elektrischer Energie charakterisiert ist.
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Die Verwendung der vorstehend beschriebenen Energiespeichereinheit führt dazu, dass in einer Produktpalette von elektrisch angetriebenen Serienfahrzeugen keine oder nur unzureichende Leistungsstaffelungen angeboten werden können, wie dies bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren bekannt ist, bei denen unterschiedliche Verbrennungsmotoren in einem ansonsten weitgehend unveränderten Fahrzeugmodell eingesetzt werden.
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Durch die vorstehend beschriebene spezifische Energiespeichereinheit werden sowohl Energieinhalt bzw. Energiedichte und damit die elektrische Reichweite des Fahrzeugs als auch die Antriebsleistung des Fahrzeugs festgelegt. Die Festlegung erfolgt in einem bestimmten Leistung/Energiedichte-Verhältnis, welches durch die verwendeten Lithium-Ionen-Speicherzellen innerhalb der Energiespeichermodule der Energiespeichereinheit definiert wird. Eine Senkung der elektrischen Antriebsleistung führt demnach zu einer Senkung der Reichweite. Umgekehrt gilt, dass eine Steigerung der elektrischen Antriebsleistung zu einer Erhöhung der Reichweite führt. Daraus resultiert, dass zur Erhöhung der Antriebsleistung geometrisch identische Module in größerer Stückzahl im Fahrzeug integriert werden müssten.
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Die Integrationsfähigkeit ist jedoch durch die Fahrzeugarchitektur und durch die zur Verfügung stehenden Integrationsräume bzw. Bauräume begrenzt. Die Grenzen bestehen zum einen darin, dass nicht alle potentiell nutzbaren Integrationsräume bzw. Bauräume für die geometrische Struktur der Energiespeichereinheit oder der Energiespeichermodule zugänglich sind. Zum anderen bestehen die Grenzen darin, dass das für eine Leistungsskalierung notwendige Integrationsvolumen bzw. notwendige Integrationsbauräume für eine größere Anzahl von Energiespeichereinheiten bzw. Energiespeichermodulen im Fahrzeug nicht verfügbar ist bzw. sind.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäßen elektrisch angetriebenen Fahrzeuge derart weiterzubilden, dass die für den Antrieb des Fahrzeugs erforderliche und durch das elektrische Energiespeichersystem zur Verfügung gestellte elektrische Energie den Anforderungen entsprechend skaliert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Fahrzeug, das vorzugsweise ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridelektrofahrzeug ist, umfasst ein elektrisches Energiespeichersystem, das mehrere Energiespeichereinheiten aufweist, die eingerichtet sind, mindestens für einen elektrischen Antrieb des Fahrzeugs elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, wobei das Fahrzeug eine erste Energiespeichereinheit und eine zweite Energiespeichereinheit aufweist, welche mindestens für den elektrischen Antrieb des Fahrzeugs elektrische Energie zur Verfügung stellen, wobei sich die erste Energiespeichereinheit und die zweite Energiespeichereinheit hinsichtlich ihrer Energiedichte und/oder ihrer Leistungsdichte und/oder ihrer Geometrie und/oder ihres elektrischen Widerstands und/oder ihres Kühlsystems unterscheiden. Bevorzugt unterscheiden sich diese zumindest in ihrer Geometrie voneinander.
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Eine Differenzierung hinsichtlich der Fahrzeugleistung bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird erfindungsgemäß somit dadurch erzielt, dass ein Energiespeichersystem in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug eingesetzt wird, das zwei unterschiedliche Energiespeichereinheiten mit jeweils ein oder mehreren Energiespeichermodulen aufweist, die sich hinsichtlich ihrer Chemie und/oder in ihrer Geometrie der Energiespeichermodule und damit der Geometrie der jeweiligen Energiespeichereinheiten deutlich voneinander unterscheiden. Für das erfindungsgemäße Energiespeichersystem sind daher vielfältige Integrations- und Kombinationsmöglichkeiten in fahrzeugarchitekturverträgliche Bauräume möglich.
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Aufgrund der geometrischen Unterschiede zwischen den Energiespeichereinheiten bzw. der darin eingesetzten Energiespeichermodule ergeben sich vielfältige Möglichkeiten hinsichtlich der Integration eines solchen Energiespeichersystems in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug. Einerseits können Integrationsbauräume erschlossen werden, die bei den herkömmlichen Energiespeichereinheiten oder Energiespeichermodulen aufgrund deren geometrischen Struktur nicht zugänglich sind. Andererseits kann durch Ausnutzung der Geometrie der herkömmlichen ersten Energiespeichereinheiten bzw. der herkömmlichen ersten Energiespeichermodule und der Geometrie der zweiten Energiespeichereinheit bzw. der zweiten Energiespeichermodule deutlich mehr Antriebsleistung im elektrischen Antrieb zur Verfügung gestellt werden, wenn üblicherweise ungenutzte Bauräume in dem Fahrzeug nunmehr durch Integration einer entsprechenden zweiten Energiespeichereinheit genutzt werden können. Die mögliche Kombinatorik und Ausgestaltung der geometrischen Integrationsvarianten des erfindungsgemäßen Energiespeichersystems ermöglichen eine flexiblere und fahrzeugarchitekturverträglichere Integration als in der herkömmlichen Variante mit nur einer spezifischen Energiespeichereinheit bzw. einem spezifischen Energiespeichermodul.
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Weiterhin kann das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Fahrzeug derart weiterbgebildet werden, dass das Fahrzeug ein oder mehrere unterschiedliche Bauräume zur Aufnahme von Energiespeichereinheiten aufweist, wobei die erste Energiespeichereinheit und die zweite Energiespeichereinheit in einem gleichen Bauraum oder in unterschiedlichen Bauräumen aufgenommen sind.
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Darüber hinaus kann das elektrisch angetriebene Fahrzeug so verwirklicht werden, dass das Fahrzeug mehrere unterschiedliche Bauräume zur Aufnahme von Energiespeichereinheiten aufweist, wobei mehrere erste Energiespeichereinheiten und mehrere zweite Energiespeichereinheiten vorgesehen sind, die in gleichen Bauräumen und/oder in unterschiedlichen Bauräumen angeordnet sind.
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Ferner kann das elektrisch angetriebene Fahrzeug derart umgesetzt werden, dass das Fahrzeug einen DC/DC-Wandler aufweist, der mit der ersten Energiespeichereinheit oder der zweiten Energiespeichereinheit gekoppelt ist und in einem gleichen Bauraum zusammen mit mindestens einer Energiespeichereinheit aus der ersten Energiespeichereinheit und der zweiten Energiespeichereinheit oder alleine in einem Bauraum angeordnet ist.
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Der DC-DC-Wandler ist dabei ein herkömmlicher Gleichspannungswandler und bildet üblicherweise eine elektrische Schaltung, die eine am Eingang zugeführte Gleichspannung in eine Gleichspannung mit höherem, niedrigerem oder invertiertem Spannungsniveau umwandelt. Der DC-DC-Wandler dient somit dazu, die erste und zweite Energiespeichereinheit auf ein gemeinsames Spannungsniveau zur gemeinsamen Versorgung des elektrischen Antriebs des Fahrzeugs zu bringen.
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Des Weiteren kann das elektrisch angetriebene Fahrzeug so realisiert werden, dass in dem Fahrzeug einer oder mehrere der folgenden Bauräume vorgesehen sind: ein in einem Mittentunnel ausgebildeter Bauraum, ein in einem Sattel ausgebildeter Bauraum, ein in einem Unterflur ausgebildeter Bauraum, ein in einem Vorderwagen ausgebildeter Bauraum, ein in einem Unterboden ausgebildeter Bauraum (Flachspeicher), ein in einem Kofferraum ausgebildeter Bauraum.
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Überdies kann das elektrisch angetriebene Fahrzeug derart ausgebildet sein, dass die erste Energiespeichereinheit und die zweite Energiespeichereinheit jeweils ein oder mehrere Energiespeichermodule aufweisen, die ein oder mehrere Batteriezellen aufnehmen, wobei sich die Energiespeichermodule oder die Batteriezellen der ersten und zweiten Energiespeichereinheiten hinsichtlich ihrer Energiedichte und/oder ihrer Leistungsdichte und/oder ihrer Geometrie und/oder ihres elektrischen Widerstands und/oder ihres Kühlsystems unterscheiden. Bevorzugt unterscheiden sich diese zumindest in ihrer Geometrie voneinander.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren beispielhaft erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung potentiell zur Verfügung stehender Bauräume in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug;
- 2 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Energiespeichersystems in einem herkömmlichen Fahrzeug;
- 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
- 4a)-4c) schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Energiespeichersystemen in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel;
- 5a)-5c) schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Energiespeichersystemen in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem fünften bis siebten Ausführungsbeispiel;
- 6 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Energiespeichersystems in einem herkömmlichen Fahrzeug;
- 7a)-7b) schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Energiespeichersystemen in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem achten und neunten Ausführungsbeispiel;
- 8 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel;
- 9 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem elften Ausführungsbeispiel; und
- 10 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann durch ein PHEV oder ein BEV gebildet werden, in dem ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem integriert wird.
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Im Rahmen des ersten bis siebten Ausführungsbeispiels werden Integrationsmöglichkeiten im Zusammenhang mit teilelektrisch betriebenen Fahrzeugen (PHEV) beschrieben, während sich das achte bis dreizehnte Ausführungsbeispiel auf Integrationsmöglichkeiten im Zusammenhang mit vollelektrisch betriebenen Fahrzeugen (BEV) beziehen.
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Grundsätzlich können die in 1 aufgezeigten Bauräume im Kraftfahrzeug als Integrationsoptionen angesehen werden.
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1 zeigt eine schematische Darstellung potentiell zur Verfügung stehender Bauräume 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug. Dabei bezeichnet 1 einen bei einem Unterboden ausgebildeten Bauraum (Flachspeicherbauraum), 2 einen in einem Mittentunnel ausgebildeten Bauraum (Mittentunnelbauraum), 3 einen in einem Vorderwagen ausgebildeten Bauraum, 5 einen in einem Sattel ausgebildeten Bauraum (Sattelbauraum), 6 einen in einem Kofferraum ausgebildeten Bauraum, 7 und 8 in einem Unterflur linkseitig und rechtsseitig ausgebildete Bauräume (Unterflurbauräume), 9 und 10 in einem Vorderwagen linkseitig und rechtsseitig ausgebildete Bauräume.
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Für die Integration von Energiespeichereinheiten in dem teilelektrisch betriebenen PKW (PHEV) sind lediglich die Bauräumen 2, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 grundsätzlich verwendbar.
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Allerdings werden gemäß dem Stand der Technik lediglich die Bauräume 2 und 5, teilweise auch 7 und 8 genutzt. Entsprechend dem Stand der Technik wird in den Bauräumen 2, 5, 7 und 8 herkömmlicherweise eine einzige bestimmte Energiespeichereinheit bestimmten Typs mit bestimmten Energiespeichermodulen und bestimmten Batteriezelltypen in einem bestimmten Zellformat integriert.
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Erfindungsgemäß werden jedoch die möglichen Bauräume 2, 5, 6, 7, 8, 9 und 10 nicht lediglich für die Integration einer einzigen bestimmten Energiespeichereinheit bestimmten Typs mit bestimmten Energiespeichermodulen und bestimmten Batteriezelltypen in einem bestimmten Zellformat genutzt, sondern es werden unterschiedliche Energiespeichereinheiten unterschiedlicher Typen mit jeweils unterschiedlichen Energiespeichermodulen und jeweils unterschiedlichen Batteriezelltypen eingesetzt.
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Erfindungsgemäß wird eine erste Energiespeichereinheit 30 und eine sich von der ersten Energiespeichereinheit 30 unterscheidende zweite Energiespeichereinheit 40 eingesetzt, wobei diese sich hinsichtlich ihrer Energiedichte und/oder ihrer Leistungsdichte und/oder ihrer Geometrie und/oder ihres elektrischen Widerstands und/oder ihres Kühlsystems unterscheiden.
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Vorzugsweise ist die zweite Energiespeichereinheit 40 mit deutlich höherer Leistungsdichte vorgesehen und es wird zu diesem Zweck eine Leistungselektronik, beispielsweise ein DC/DC-Wandler 50, verwendet, wie nachfolgend erläutert wird.
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2 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Energiespeichersystems bzw. einer herkömmlichen Energiespeichereinheit 20 in einem herkömmlichen Fahrzeug im Sattelbauraum 5 oder Mittentunnelbauraum 2. Der Mittentunnelbauraum 2 kann auch auf den darunterliegenden Bauraumteil des Flachspeicherbauraums 1 erweitert sein.
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Wie ersichtlich ist, wird somit der Bauraum 2 oder 5 von 1 durch Integration der herkömmlichen Energiespeichereinheit 20 vollständig genutzt, so dass eine Skalierung der Energiedichte oder der Leistungsdichte aufgrund der vorgegebenen Energiespeichereinheit 20 nicht möglich ist.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel im Sattelbauraum 5. Der Sattelbauraum 5 kann dabei auch auf den darunterliegenden Teil des Flachspeicherbauraums 1 erweitert sein, was optional auch für die folgenden Ausführungsbeispiele gilt.
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Insbesondere zeigt 3 eine Anordnung von erfindungsgemäßen Energiespeichereinheiten 30 und 40 zur Integration in die Bauräumen 2 oder 5 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei können die Energiespeichereinheiten 30 und 40 jeweils lediglich ein Energiespeichermodul aufweisen oder mehrere Energiespeichermodule aufweisen, wobei jedes jeweilige Energiespeichermodul ein oder mehrere Batteriezellen aufweist, was optional auch für die folgenden Ausführungsbeispiel gilt.
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Im dargestellten Fall sind die Energiespeichereinheiten 30 und 40 über einen DC/DC-Wandler 50 miteinander gekoppelt. Dabei entspricht die erste Energiespeichereinheit 30 hinsichtlich dessen Leistung oder Energieinhalts der aus dem Stand der Technik bekannten Energiespeichereinheiten 20, unterscheidet sich aber hinsichtlich deren Geometrie, während die Energiespeichereinheit 40 mit höherer Energiedichte und/oder Leistungsdichte vorgesehen ist und über den DC/DC-Wandler 50 mit der ersten Energiespeichereinheit 30 verbunden ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann sich die zweite Energiespeichereinheit 40 von der ersten Energiespeichereinheit 30 durch eine deutlich andere Geometrie unterscheiden, die es ermöglicht, in besonders flache oder kleine Bauräume integriert zu werden.
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Wie 3 entnommen werden kann, ist die Anordnung der ersten Energiespeichereinheit 30, des DC/DC-Wandlers 50 sowie der zweiten Energiespeichereinheit 40 für den Bauraum 2, welchen dem Mittentunnel im Kraftfahrzeug entspricht, oder den Bauraum 5, welcher dem Sattel im Kraftfahrzeug entspricht, vorgesehen.
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Dabei kann der genutzte Anteil des Bauraums zwischen der ersten und zweiten Energiespeichereinheit 30 und 40 variabel an die Anforderungen des Fahrzeugs angepasst werden. Auch kann die Anordnung der ersten und zweiten Energiespeichereinheiten 30 und 40 sowie des DC/DC-Wandlers 50 variabel gestaltet werden. Beispielsweise ist denkbar, dass der DC/DC-Wandler 50 über oder unter den jeweiligen Energiespeichereinheiten 30 oder 40 angeordnet ist.
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Weiterhin ist auch eine Anordnung denkbar, in der die zweite Energiespeichereinheit 40 über oder unter der ersten Energiespeichereinheit 30 angeordnet ist.
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4a)-4c) zeigen schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Energiespeichersystemen in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel im Sattelbauraum 5 erweitert um einen jeweiligen Unterflurbauraum 7 und 8.
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Insbesondere zeigen die 4a) bis 4c) Anordnungen von erfindungsgemäßen Energiespeichereinheiten 30 und 40 samt DC/DC-Wandler 50 zur Integration in den Bauräumen 2, 5, 7 und 8 gemäß einem zweiten, dritten und vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Wie aus den 4a) bis 4c) ersichtlich ist, werden neben den Bauräumen 5 (Sattel) oder 2 (Mittentunnel) auch die Bauräume 7 und 8, welche einem Unterflur des Kraftfahrzeugs entsprechen, für die Integration der Energiespeichereinheiten 40 oder des DC/DC-Wandlers 50 verwendet.
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Durch die Erweiterung entsteht mehr nutzbarer Raum für die Integration des Speichersystems.
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Wie in den 4a) bis 4c) ersichtlich ist, kann im Speicherbauraum 5 (Sattelbauraum) der DC/DC-Wandler 50 und eine vergrößerte erste Energiespeichereinheit 30 zur Erzielung größerer Reichweiten mit dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug integriert sein. Die Erweiterung bzw. Integration in die Bauräume 7 und 8 (Unterflurbauräume) wird dabei für die Anordnung der zweiten Energiespeichereinheiten 40 genutzt.
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Ebenso sind auch im Zusammenhang mit diesen Ausführungsbeispielen andere Anordnungen der einzelnen Energiespeichereinheiten denkbar. Beispielsweise kann eine Integration von der ersten Energiespeichereinheit 30 in die Bauräume 7 und 8 bei gleichzeitiger Integration der zweiten Energiespeichereinheit 40 und des DC/DC-Wandlers 50 in Bauraum 5 vorgenommen werden.
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Weiterhin ist denkbar, lediglich einen der Bauräume 7 oder 8 für die Integration der Energiespeichereinheit 40 zu nutzen.
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5a)-5c) zeigen schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Energiespeichersystemen in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem fünften bis siebten Ausführungsbeispiel in einem Sattelbauraum 5, erweitert um einen Bauraum im Kofferraum 6 (5a), in einem Unterflurbauraum 7 und 8 (5b) und in einem Mitten-tunnelbauraum 2 (5c). Insbesondere zeigen die 5a) bis 5c) Anordnungen von den erfindungsgemäßen ersten und zweiten Energiespeichereinheit 30 und 40 zur Integration in die Bauräumen 2, 5, 6, 9 und 10 gemäß einem fünften, sechsten und siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der DC/DC-Wandler 50 in den Bauräumen 2 und 5 angeordnet ist.
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Wie aus den 5a) bis 5c) ersichtlich ist, werden in diesem Ausführungsbeispielen neben den Bauräumen 5 (Sattelbauraum) und 2 (Mittentunnelbauraum) zusätzlich der Bauraum 6 (Kofferraum) und/oder die Bauräume 9/10 (Vorderwagen) verwendet. Der durch die Erweiterung gewonnene nutzbare Bauraum kann für die Integration des Speichersystems genutzt werden. In den 5a und 5c) ist dargestellt, dass sich die Energiespeichereinheiten 30 und der DC/DC-Wandler 50 im Bauraum 5 und/oder 2 befinden und die Bauraumerweiterung der Bauräume 6, 9 und 10 durch das Energiespeichermodul 40 belegt wird.
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Auch in diesem Fall kann die Anordnung der einzelnen Energiespeichereinheiten 30 und 40 sowie des DC-DC-Wandler 50 durch andere Fahrzeuganforderungen hinsichtlich Leistung und Energie variabel gestaltet werden, so dass beispielsweise der DC/DC-Wandler 50 durch eine weitere Energiespeichereinheit 30 ersetzt wird und der DC/DC-Wandler 50 in einen Bauraum einer Energiespeichereinheit 40 verlegt wird und diese substituiert.
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Die nachfolgende Beschreibung des achten bis dreizehnten Ausführungsbeispiels bezieht sich auf Integrationsmöglichkeiten im Zusammenhang mit vollelektrisch betriebenen Fahrzeugen (BEV).
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Bei vollelektrisch betriebenen Fahrzeugen (BEV) sind teilweise unterschiedliche Integrationsoptionen verfügbar, wie vorstehend beschrieben. Grundsätzlich sind für die Integration von Energiespeichereinheiten in einem vollelektrisch betriebenen PKW (BEV) die in 1 dargestellten Bauräume 1 - 10 denkbar.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Energiespeichersystems in einem herkömmlichen Fahrzeug mit Flachspeicherbauraum 1 und Sattelbauraum 5. Insbesondere zeigt 6 eine aus dem Stand der Technik bekannte Anordnung von Energiespeichereinheiten 20, die in den Bauräumen 1 und 5 angeordnet sind.
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Gemäß dem Stand der Technik wird bei einem BEV insbesondere der Bauraum 1 in Verbindung mit dem Bauraum 5 genutzt. In diese Bauräume 1 und 5 wird herkömmlicherweise eine einzige bestimmte Energiespeichereinheiten mit bestimmtem Zelltyp in einem bestimmten Zellformat integriert.
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In den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sollen die in 1 dargestellten möglichen Speicherbauräume nicht nur für die Integration einer einzigen bestimmten Energiespeichereinheit genutzt werden, sondern es sind zusätzlich zu der herkömmlichen Energiespeichereinheit eine weitere Energiespeichereinheit mit deutlich höherer Leistungsdichte und eine Leistungselektronik, nämlich der vorstehend bereits erwähnte DC/DC-Wandler 50, integriert.
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Wie auch bei den vorstehend beschriebenen ersten bis siebten Ausführungsbeispiel ist die Energiespeichereinheit 30 eine herkömmliche, aus dem Stand der Technik bekannte Energiespeichereinheit, während die Energiespeichereinheit 40 mit höherer Leistungsdichte ausgestattet ist und mit einem DC/DC-Wandler 50 gekoppelt ist. Die Energiespeichereinheit 40 kann sich zusätzlich gegenüber der Energiespeichereinheit 30 durch eine deutlich andere Geometrie abgrenzen, die es ermöglicht, in besonders flache oder kleine Bauräume integriert zu werden.
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7a)-7b) zeigen schematische Darstellungen von erfindungsgemäßen Energiespeichersystemen in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem achten und neunten Ausführungsbeispiel in einem Flachspeicherbaurum 1 mit Sattelbauraum 5 (7a) und einem Flachspeicherbauraum (7b). Insbesondere zeigen die 7a) und 7b) Anordnungen von erfindungsgemäßen ersten und zweiten Energiespeichereinheiten 30 und 40 zur Integration in die Bauräumen 1 und 5 gemäß einem achten und neunten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der DC/DC-Wandler 50 in den unterschiedlichen Bauräumen 1 und 5 angeordnet ist.
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Grundsätzlich ist in den Bauräumen 1 und 5 eine Aufteilung möglich, wie in den 7a und 7b dargestellt ist. Dabei kann der genutzte Anteil des Bauraums 1 und 5 zwischen den Energiespeichereinheiten 30 und 40 variabel an die Anforderungen des Fahrzeugs angepasst werden. Auch kann die Anordnung zwischen den Energiespeichereinheiten 30 und 40 sowie dem DC/DC-Wandler 50 variabel gestaltet werden.
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So ist eine Integration der Energiespeichereinheit 30 und 40 sowie des DC/DC-Wandlers 50 ausschließlich in dem Bauraum 1 möglich, wie in 7b dargestellt ist.
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Zusätzlich zu der Anordnung in 7b) ist eine Erweiterung und Nutzung des Bauraumes 5 denkbar, in den der DC/DC-Wandler 50 und ein Energiespeichermodul 40 integriert ist, wie in 7a) gezeigt ist.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel in einem Flachspeicherbaurum 1 und Sattelbauraum 5, welche um die Bauräume 3, 9 und 10 im Vorderwagen erweitert sind. Insbesondere zeigt 8 eine Anordnung von erfindungsgemäßen Energiespeichereinheiten 30 und 40 samt DC/DC-Wandler 50 zur Integration in den Bauräumen 1, 5, 3, 4 sowie 9 und 10 gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die Bauräume 1 und 5 können dabei um die Bauräume 3 und 9, 10 im Vorderwagen erweitert werden. Somit sind die Bauräume 1 und 5 für die Integration der ersten Energiespeichereinheit 30 genutzt. Der DC/DC-Wandler 50 und die Energiespeichereinheit 40 werden in die Bauräume 3 und/oder 9 und 10 integriert, wie in 8 gezeigt ist.
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9 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem elften Ausführungsbeispiel in einem Flachspeicherbaurum 1 und Sattelbauraum 5, welche um die Bauräume 3, 9 und 10 im Vorderwagen und den Mittentunnel 2 erweitert sind. Insbesondere zeigt 9 eine Anordnung von erfindungsgemäßen Energiespeichereinheiten 30 und 40 samt DC/DC-Wandler 50 zur Integration in die Bauräumen 1, 2, 3, 5, 9 und 10 gemäß einem elften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Unterschied zum zehnten Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel der Bauraum 2 (Tunnel) zur Integration einer Energiespeichereinheit 30 genutzt. Sollte der Bauraum 3, 9 oder 10 nicht nutzbar sein, kann die Energiespeichereinheit 40 und der DC/DC-Wandler 50 nun in den Bauraum 2 integriert werden. Sind alle Bauräume nutzbar, kann der Bauraum 2 (Tunnel) auch noch für die Integration der Energiespeichereinheit 30 genutzt werden.
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Eine variable Skalierung kann von dieser Aufteilung abgeleitet werden, d.h. eine Teilnutzung von Bauraum 2 für die Energiespeichereinheit 40, eine vollständige Nutzung von Bauraum 2 für die Energiespeichereinheit 40, eine vollständige Nutzung des Bauraums 5 für die Energiespeichereinheit 40, etc.
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10 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Energiespeichersystems in einem erfindungsgemäßen Fahrzeug gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel in einem Flachspeicherbaurum 1 und Sattelbauraum 5, welche um die Bauräume 3, 9 und 10 im Vorderwagen, den Mittentunnel 2 und den Kofferraumbaurum 6 erweitert sind. 10 zeigt eine Anordnung von erfindungsgemäßen Energiespeichermodulen 30 und 40 samt DC/DC-Wandler 50 zur Integration in Bauräumen 1, 2, 3, 5, 6, 9 und 10 gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich zu dem elften Ausführungsbeispiel eine Erweiterung auf einen Teil des Kofferraums, welcher dem Bauraum 6 entspricht, vorgenommen wird, wobei der Bauraum 7 variabel für die Integration der Energiespeichereinheit 30, der Energiespeichereinheit 40 oder des DC/DC-Wandler 50 genutzt werden kann. Je nach Fahrzeuganforderung können damit unterschiedliche Speichersysteme dargestellt werden.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.
