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DE102004025831B4 - Motor vehicle with a coolable electrical storage device - Google Patents

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DE102004025831B4
DE102004025831B4 DE102004025831.7A DE102004025831A DE102004025831B4 DE 102004025831 B4 DE102004025831 B4 DE 102004025831B4 DE 102004025831 A DE102004025831 A DE 102004025831A DE 102004025831 B4 DE102004025831 B4 DE 102004025831B4
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Dipl.-Ing. Rennert Ingo
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Abstract

Kraftfahrzeug mit einer kühlbaren elektrischen Energiespeichereinrichtung, wobei die Energiespeichereinrichtung einen Innenbereich aufweist und ein Luftzufuhrkanal mit einer Einlassöffnung in einem Bereich des Fahrzeug-Frontendes angeordnet ist, durch den ein von dem Fahrbetrieb des Fahrzeugs erzeugter Luftmassenstrom dem Innenbereich der Energiespeichereinrichtung zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellt werden kann, wobei im Luftzufuhrkanal eine Klappe zur Steuerung des Luftmassenstroms angeordnet ist.

Figure DE102004025831B4_0000
Motor vehicle with a coolable electrical energy storage device, wherein the energy storage device has an inner region and an air supply channel is arranged with an inlet opening in a region of the vehicle front end, through which an air mass flow generated by the driving operation of the vehicle can be provided to the inner region of the energy storage device for heat dissipation , wherein a flap for controlling the air mass flow is arranged in the air supply channel.
Figure DE102004025831B4_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer kühlbaren elektrischen Speichereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.The invention relates to a motor vehicle with a coolable electrical storage device according to the preamble of the independent claim.

Moderne Kraftfahrzeuge haben einen erhöhten Bedarf an elektrischer Leistung, der zumindest teilweise von einer elektrischen Energiespeichereinrichtung einem oder mehreren elektrischen Leistungsverbrauchern an Bord des Fahrzeugs zuzuführen ist. Dies gilt insbesondere bei Hybridfahrzeugen, bei denen zwei Antriebseinheiten miteinander kombiniert sind, die auf unterschiedliche Weise die Leistung für den Fahrzeugantrieb bereitstellen. Bei parallelen Hybridkonzepten bietet sich grundsätzlich die Möglichkeit, in den verschiedenen Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs jeweils die Antriebsquelle zu verwenden, die im gegebenen Drehzahl-/Lastbereich den besseren Wirkungsgrad aufweist. Besonders gut ergänzen sich die Eigenschaften eines Verbrennungsmotors und einer Elektromaschine, so dass Hybridfahrzeuge heute vorwiegend in einer derartigen Kombination zu finden sind. Die Anbindung der Elektromaschine an die Motorkurbelwelle des Verbrennungsmotors kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen. Bevorzugt ist eine Anbindung über eine Kupplung bzw. direkt an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors. Eine andere bevorzugte Möglichkeit ist eine Anbindung über einen Riementrieb bzw. ein Getriebe.Modern motor vehicles have an increased demand for electrical power that is at least partially supplied by an electrical energy storage device to one or more electrical power consumers on board the vehicle. This is especially true in hybrid vehicles in which two drive units are combined, providing in different ways the power for the vehicle drive. In the case of parallel hybrid concepts, it is fundamentally possible to use the drive source in the various operating states of the motor vehicle, which has the better efficiency in the given speed / load range. The properties of an internal combustion engine and an electric machine complement each other particularly well, so that today hybrid vehicles are predominantly found in such a combination. The connection of the electric machine to the engine crankshaft of the internal combustion engine can be done in various ways. A connection via a clutch or directly to the crankshaft of the internal combustion engine is preferred. Another preferred option is a connection via a belt drive or a transmission.

Als elektrische Energiespeichereinrichtung werden bei Hybridfahrzeugen in der Regel zyklenfeste Batterien eingesetzt. Diese haben den Vorteil einer vergleichsweise hohen volumen- und massenbezogenen Energiedichte, sind jedoch bezüglich der erreichbaren Leistungsaufnahme sowie Leistungsabgabe begrenzt. Des weiteren ist die Lebensdauer derartiger Batterien über die durchgesetzte, d.h. ein- und ausgespeicherte Energie begrenzt, so dass eine starke Zyklisierung zu einer verringerten Lebensdauer führt. Alternativ kann es daher bei einem Hybridfahrzeug sinnvoll sein, für das Energiespeichersystem andere Energiespeichertypen zu verwenden. Bekannt ist es, anstelle einer Batterie einen Kondensatorspeicher einzusetzen, der praktisch unbegrenzt zyklisch, d.h. gegenüber Batterien mit einer erheblich höheren Zyklenzahl belastet werden kann. Der Nachteil konventioneller Kondensatorspeicher gegenüber einer Batterie ist vor allem die bezogen auf das Bauvolumen geringere einspeicherbare Energie. Das bedeutet, dass durch einen Kondensatorspeicher einem Fahrzeug mit nur begrenzt vorhandenem Bauraum im Belastungsfall nur eine relativ geringe Energiemenge zur Verfügung gestellt werden kann. Durch parallelen Einsatz einer Batterie und eines Kondensatorspeichers können die Vorteile beider Energiespeicherkonzepte kombiniert werden, so dass ein Großteil der zyklischen Ein- und Ausspeichervorgänge über den Kondensatorspeicher abgewickelt wird und lediglich bei den nur sehr selten vorkommenden, lang andauernden elektrischen Belastungsphasen die Batterie herangezogen wird.As an electrical energy storage device are used in hybrid vehicles usually deep cycle batteries. These have the advantage of a comparatively high volume and mass-related energy density, but are limited in terms of achievable power consumption and power output. Furthermore, the life of such batteries is beyond that established, i. limited and stored energy, so that a strong Zyklisierung leads to a reduced life. Alternatively, it may therefore be useful in a hybrid vehicle to use other energy storage types for the energy storage system. It is known, instead of using a battery, to use a capacitor storage device which operates virtually indefinitely cyclically, i. compared to batteries can be charged with a significantly higher number of cycles. The disadvantage of conventional capacitor storage in relation to a battery is above all the lower energy which can be stored relative to the volume of construction. This means that only a relatively small amount of energy can be provided by a capacitor storage a vehicle with limited space available in case of load. By parallel use of a battery and a capacitor storage, the advantages of both energy storage concepts can be combined, so that a large part of the cyclic storage and withdrawal processes is handled by the capacitor storage and only in the very rarely occurring, long-lasting electrical load phases, the battery is used.

Der Betrieb des Fahrzeugs mit der Elektromaschine erfolgt beispielsweise bevorzugt in Bereichen mit nur geringen Lastanforderungen, in denen der Verbrennungsmotor nur geringe Wirkungsgrade aufweist. Bereiche mit höheren Lastanforderungen werden genutzt, um bei dem Verbrennungsmotor mit dann relativ gutem Wirkungsgrad durch zusätzlichen generatorischen Betrieb der Elektromaschine die elektrische Energiespeichereinrichtung wieder zu laden, aus der die Elektromaschine im motorischen Betrieb gespeist wird. Darüber hinaus kann die Momentenabgabe von Verbrennungsmotor und Elektromaschine auch parallel erfolgen, beispielsweise, um das maximale Drehmoment, das dem Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden kann, zu steigern.The operation of the vehicle with the electric machine, for example, is preferably carried out in areas with only low load requirements, in which the internal combustion engine has only low efficiencies. Areas with higher load requirements are used to recharge the electric energy storage device in the internal combustion engine with then relatively good efficiency by additional regenerative operation of the electric machine, from which the electric machine is powered during engine operation. In addition, the torque output of the internal combustion engine and the electric machine can also take place in parallel, for example in order to increase the maximum torque which can be made available to the vehicle.

Da auch die Kondensatorspeicher entsprechend der Leitfähigkeit des Elektrolyten sowie der Leitungswiderstände der Elektroden einen elektrischen Widerstand (ESR) aufweisen, führt die Ein- und Ausspeicherung von elektrischer Energie zu einer Verlustleistung im Kondensatorspeicher und damit zu einer Erwärmung der Bauteile. Es versteht sich, dass für einen optimalen Betrieb bestimmte Temperaturschwellen nicht überschritten werden sollen, um eine übermäßig schnelle Bauteilalterung oder mögliche Schädigung der Bauteile auszuschließen, so dass Maßnahmen zur Wärmeabfuhr zweckmäßig sind.Since the capacitor memory according to the conductivity of the electrolyte and the line resistance of the electrodes have an electrical resistance (ESR), the injection and withdrawal of electrical energy leads to a power loss in the capacitor memory and thus to a heating of the components. It is understood that for optimum operation certain temperature thresholds should not be exceeded in order to preclude an excessively fast component aging or possible damage to the components, so that measures for heat removal are expedient.

Eine Erwärmung des Kondensatorspeichers erfolgt vor allem im Zusammenhang mit der Einspeicherung von rekuperierter Bremsenergie und Ausspeicherung für die Bordnetzversorgung sowie elektrische Antriebsunterstützung in stark zyklisiertem Betrieb. Die Kondensatoren müssen daher auch entsprechend ihrer zyklischen Belastung, insbesondere bei längeren Fahrstrecken oder erhöhter Außentemperatur, zur Sicherung einer ausreichenden Leistungsfähigkeit und zum Ausschluss von Schädigungen gekühlt werden. Andernfalls können bei zu hoher Temperatur die Kondensatoren für den elektrischen Betrieb bzw. die mechanisch-elektrische Energieumwandlung bei der Rekuperation nicht mehr oder nicht mehr im vollen Umfang genutzt werden, wodurch die Funktion des Hybridfahrzeugs eingeschränkt wird und der Kraftstoffverbrauch unnötig ansteigt.A heating of the capacitor memory is mainly in connection with the storage of recuperated braking energy and withdrawal for the electrical system supply and electrical drive support in highly cyclized operation. The capacitors must therefore also be cooled according to their cyclic load, in particular for longer distances or increased outside temperature, to ensure adequate performance and to exclude damage. Otherwise, if the temperature is too high, the capacitors for the electrical operation or the mechanical-electrical energy conversion during recuperation can no longer or no longer be used to their full extent, whereby the function of the hybrid vehicle is limited and fuel consumption unnecessarily increases.

Es ist bereits bekannt, einen Kondensatorspeicher im Fahrzeuginnenraum, beispielsweise im Bereich des Kofferraums oder der hinteren Sitzbank, zu verbauen. Aufgrund der dort nur geringen Luftbewegung kann von dem Kondensatorspeicher nur wenig Wärme abgeführt werden. In einem solchen Fall kann es deshalb erforderlich sein, mit zusätzlichen elektrischen Luftgebläsen zu arbeiten, um durch steigende Konvektion die Wärmeabfuhr zu erhöhen. Derartige Gebläse haben aber einen zusätzlichen Bordnetz-Strombedarf und ein höheres Gewicht zur Folge, was sich negativ auf den Kraftstoffverbrauch des Hybridfahrzeugs auswirkt. Es versteht sich, dass damit auch höhere Kosten verbunden sind.It is already known to install a capacitor storage in the vehicle interior, for example in the area of the trunk or the rear seat. Due to the only slight air movement there, only a small amount of heat can be dissipated from the capacitor store. In such a case Therefore, it may be necessary to work with additional electric air blowers to increase the heat dissipation by increasing convection. However, such blowers have an additional on-board power requirement and a higher weight result, which has a negative effect on the fuel consumption of the hybrid vehicle. It goes without saying that this also involves higher costs.

Aus der DE 101 28 164 A1 ist bereits ein Fahrzeugkühlsystem für eine temperaturerhöhende Einrichtung bekannt, vorzugsweise für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug mit einer die Einrichtung kühlenden Klimaanlage. Ein derartiges Kühlsystem hat einen zusätzlichen elektrischen Leistungsverbrauch, zusätzliches Gewicht und damit ebenfalls einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und insgesamt erhöhte Kosten bei Herstellung und Betrieb zur Folge.From the DE 101 28 164 A1 A vehicle cooling system for a temperature-increasing device is already known, preferably for an electric or hybrid vehicle with a device cooling the air conditioning. Such a cooling system has an additional electrical power consumption, additional weight and thus also increased fuel consumption and overall increased costs in production and operation result.

Bei Verwendung von Doppelschichtkondensatoren ist zu berücksichtigen, dass die für einen uneingeschränkten Betrieb maximal zulässigen Temperaturen typischerweise bei etwa 50 Grad C liegen. Daher ist eine Verwendung der Motorkühleinrichtung eines Verbrennungsmotors zur Kühlung derartiger Kondensatorspeicher ausgeschlossen.When using double-layer capacitors, it must be taken into account that the maximum permissible temperatures for unrestricted operation are typically around 50 degrees Celsius. Therefore, a use of the engine cooling device of an internal combustion engine for cooling such capacitor storage is excluded.

Im Dokument JP H11-178115 A ist ein Fahrzeug mit kühlbarer elektrischer Energiespeichereinrichtung offenbart, wobei die Energiespeichereinrichtung einen Innenbereich und einen Luftzufuhrkanal mit Einlassöffnung an der Fahrzeugfront aufweist. Im Fahrbetrieb kühlt ein Luftmassenstrom der Zuführluft den Innenbereich.In the document JP H11-178115 A discloses a vehicle with coolable electrical energy storage device, wherein the energy storage device has an inner region and an air supply channel with inlet opening at the front of the vehicle. When driving, an air mass flow of the feed air cools the interior.

Aus dem Dokument DE 100 03 247 A1 ist eine kühlbare elektrische Energiespeichereinrichtung für ein Kraftfahrzeug offenbart, die einen Innenbereich aufweist. Das Fahrzeug kann ein Fahrzeug mit reinem elektroantrieb oder auch ein Hybridfahrzeug mit Verbrennungsmotor und Elektromaschine sein.From the document DE 100 03 247 A1 discloses a coolable electrical energy storage device for a motor vehicle having an interior region. The vehicle may be a vehicle with pure electric drive or even a hybrid vehicle with internal combustion engine and electric machine.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug so weiterzuentwickeln, dass bei einer elektrischen Energiespeichereinrichtung auf einfache Weise eine bessere Steuerung der Wärmeabfuhr möglich wird.The object of the present invention is to develop a generic motor vehicle so that in an electrical energy storage device in a simple way better control of heat dissipation is possible.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.According to the invention the object is solved by the features of the independent claim. Further developments of the invention can be found in the dependent claims.

Bei dem Kraftfahrzeug mit einer kühlbaren elektrischen Energiespeichereinrichtung weisst die Energiespeichereinrichtung einen Innenbereich auf wobei ein Luftzufuhrkanal mit einer Einlässöffnung in einem Bereich des Fahrzeug-Frontendes vorgesehen ist, durch den ein durch den Fahrbetrieb des Fahrzeugs erzeugter Luftmassenstrom dem Innenbereich der Energiespeichereinrichtung zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellt werden kann. Die Erfindung berücksichtigt, dass sich die Energiespeichereinrichtung hauptsächlich durch Ein- und -Auslagerungsvorgänge erwärmt, d.h. vorzugsweise bei im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs. auftretenden Prozessen. Damit ist es vorteilhaft, eine aufwendige Gebläsekühlung zu vermeiden und die Energiespeichereinrichtung durch eine Fahrtwindkühlung vor hohen Temperaturen zu schützen. Erfindungsgemäß wird zur Steuerung des Luftmassenstroms eine Klappe im Luftzufuhrkanal eingesetzt. Die Wärmeabfuhr ist dadurch besonders effektiv, dass der Luftmassenstrom in einen Innenbereich der Energiespeichereinrichtung gelenkt. Ein besonders großer Luftmassenstrom kann dem Innenbereich der Energiespeichereinrichtung zur Wärmeabfuhr dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass ein Luftzufuhrkanal mit einer Einlassöffnung in einem Bereich des Frontendes vorgesehen ist, da im Bereich des Frontendes im Fahrbetrieb ein erhöhter Staudruck herrscht.In the motor vehicle having a coolable electric energy storage device, the energy storage device has an inner region, wherein an air supply channel is provided with an intake port in a region of the vehicle front end, by which an air mass flow generated by the driving operation of the vehicle is provided to the inner region of the energy storage device for heat dissipation can. The invention contemplates that the energy storage device is primarily heated by injection and deposition processes, i. preferably when driving the motor vehicle. occurring processes. Thus, it is advantageous to avoid a complex fan cooling and to protect the energy storage device by a Fahrtwindkühlung from high temperatures. According to the invention, a flap in the air supply channel is used to control the air mass flow. The heat dissipation is particularly effective in that the air mass flow directed into an inner region of the energy storage device. A particularly large air mass flow can be made available to the inner region of the energy storage device for heat removal by providing an air supply channel with an inlet opening in a region of the front end, since an increased dynamic pressure prevails in the region of the front end during driving operation.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Innenbereich ein Strömungsvolumen mit Hauptströmungswegen und diesen zugeordneten Hauptströmungsrichtungen auf. Ein Hauptanteil des zur Verfügung gestellten Luftmassenstroms beaufschlagt den Innenbereich in einer Hauptzustromrichtung, wobei die Winkelabweichung zwischen Hauptzustromrichtung und Hauptströmungsrichtung zwischen + 60 Grad und - 60 Grad liegt. Dadurch erhöht sich der mögliche Luftdurchsatz zum Vorteil des angestrebten Kühleffekts, da vermieden wird, dass die Luftströmung in der Energiespeichereinheit zu starke Umlenkungen erfährt, was zu steigenden Druckverlusten führen und damit den Luftmassendurchsatz herabsenken würde.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the inner region has a flow volume with main flow paths and associated main flow directions. A major portion of the air mass flow provided impinges the interior in a main inflow direction, with the angular deviation between the main inflow and main flow directions being between + 60 degrees and -60 degrees. This increases the possible air flow to the advantage of the desired cooling effect, since it is avoided that the air flow in the energy storage unit experiences too strong deflections, which would lead to increasing pressure losses and thus lower the air mass flow rate.

Wenn die Energiespeichereinrichtung zumindest zwei Speichermodule beinhaltet und zumindest ein Teil des Strömungsvolumens von dem Raum zwischen den Speichermodulen gebildet wird, lassen sich die Hauptströmungsrichtungen im Innenbereich der Energiespeichereinrichtung besonders einfach festlegen. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Energiespeichereinrichtung eine Mehrzahl von in einem Array, vorzugsweise in Reihen oder Kreisen, angeordneten Speichermodulen beinhaltet. Wenn die Speichermodule eine säulenartig ausgebildete Formgebung aufweisen, ist ihre Zusammenfassung in besonders einfacher Weise zu kompakten Baueinheiten möglich. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Speichermodule jeweils eine Längsachse aufweisen und mit ihren Längsachsen parallel zueinander, stehen. Zweckmäßig ist es, wenn die Längsachsen parallel, senkrecht oder in einem zwischen 0 und 90 Grad liegenden Winkel zu einer Fahrbahnfläche, auf der sich das Fahrzeug im Gebrauchszustand befindet, angeordnet sind.If the energy storage device includes at least two memory modules and at least part of the flow volume is formed by the space between the memory modules, the main flow directions in the interior of the energy storage device can be set particularly easily. It is particularly preferred if the energy storage device includes a plurality of memory modules arranged in an array, preferably in rows or circles. If the memory modules have a columnar design, their combination is possible in a particularly simple manner to form compact units. It is particularly preferred if the memory modules each have a longitudinal axis and are parallel to one another with their longitudinal axes. It is expedient if the longitudinal axes are arranged parallel, perpendicular or in an angle between 0 and 90 degrees to a road surface on which the vehicle is in use.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist zumindest ein Teilbereich des Innenbereichs in einem Gehäuse zur Führung des Luftmassenstroms angeordnet, wobei dieses Gehäuse vorzugsweise eine Anschlusseinrichtung an den Luftzufuhrkanal aufweist. Durch ein derartiges Gehäuse lässt sich ein Ausweichen des Luftmassenstroms verhindern und dadurch die Kühlwirkung auf den Innenbereich bzw. den Teilbereich konzentrieren. In a preferred embodiment, at least a portion of the inner region is arranged in a housing for guiding the air mass flow, wherein this housing preferably has a connection device to the air supply channel. By means of such a housing, a deflection of the air mass flow can be prevented and thereby the cooling effect can be concentrated on the inner area or the partial area.

Wenn der Innenbereich der Energiespeichereinrichtung durch einen Luftabströmkanal mit einem Unterdruckgebiet zur Erzeugung einer Sogwirkung verbunden ist, wird der Luftdurchsatz und damit die Wärmeabfuhr auf einfache Weise gesteigert.If the inner region of the energy storage device is connected to a negative pressure region by a Luftabströmkanal to produce a suction effect, the air flow rate and thus the heat dissipation is increased in a simple manner.

Als bevorzugter Bereich mit lokalem Unterdruck bei bewegtem Fahrzeug wird zweckmäßigerweise ein Bereich des Fahrzeugunterbodens verwendet.As a preferred region with local negative pressure when the vehicle is moving, an area of the vehicle underbody is expediently used.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Energiespeichereinrichtung eine Kondensator-, vorzugsweise eine Doppelschichtkondensatoreinrichtung, ggf. mit einer Batterieeinrichtung kombiniert. Besonders hohe Einspareffekte an Kraftstoff lassen sich bei einem Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und zumindest einer Elektromaschine, jeweils zur Abgabe eines Drehmoments zum Betrieb des Fahrzeugs, erreichen.In a further preferred embodiment of the invention, the energy storage device is a capacitor, preferably a double-layer capacitor device, possibly combined with a battery device. Particularly high savings of fuel can be achieved in a hybrid vehicle with an internal combustion engine and at least one electric machine, each for delivering a torque to the operation of the vehicle.

Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Vorteile der Erfindung sind unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen ohne Beschränkung der Allgemeinheit der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand von Zeichnungen zu entnehmen.Other embodiments, aspects, and advantages of the invention are to be had in conjunction with the drawings, without restricting the generality of the following description of the invention, independently of their summary in the claims.

Es zeigen in schematischer Darstellung

  • 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs
  • 2 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs
  • 3 eine Detailansicht einer kühlbaren elektrischen Speichereinrichtung.
It show in a schematic representation
  • 1 a side view of a motor vehicle according to the invention
  • 2 a plan view of a motor vehicle according to the invention
  • 3 a detailed view of a coolable electrical storage device.

In den 1 bis 3 ist in Seitenansicht bzw. Draufsicht der Frontendebereich eines Fahrzeugs, vorzugsweise eines Hybridfahrzeugs, dargestellt. Das Fahrzeug 10 weist eine Energiespeichereinrichtung 12 und einen Verbrennungsmotor 13 auf sowie eine Elektromaschine 15, die beispielsweise auch ein Startergenerator sein kann, und vorzugsweise der Energiespeichereinrichtung 12 zugeordnet ist. Die Energiespeichereinrichtung 12 weist einen Innenbereich 12a auf und ist vorzugsweise eine Kondensator-, besonders bevorzugt eine Doppelschichtkondensatoreinrichtung. Allerdings lassen sich auf die im weiteren beschriebene Weise auch andere Energiespeicher, beispielsweise Batterien, kühlen. Ein Luftzufuhrkanal 14 mit einer Einlassöffnung 19 ist in einem Bereich des Frontendes 11 des Fahrzeugs 10 vorgesehen. Der Luftzufuhrkanal 14 wird dazu verwendet, einen durch den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 10 erzeugten Luftmassenstrom 17 gezielt auf die Energiespeichereinrichtung 12 zu richten. Die Energiespeichereinrichtung 12 kann ein Gehäuse aufweisen, durch die zumindest ein Teilbereich des Innenbereichs 12a von der Umgebung abgegrenzt ist. Es versteht sich, dass die Energiespeichereinrichtung 12 auch ohne ein derartiges Gehäuse ausgebildet sein kann. Durch den Luftzufuhrkanal 14 kann dem Innenbereich 12a der Energiespeichereinrichtung 12 der durch den Fahrbetrieb des Fahrzeugs 10 erzeugte Luftmassenstrom 17 zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellt werden. Die Positionierung der Einlassöffnung 19 im Frontende-Bereich ermöglicht es, den dort erhöhten Staudruck zur Erzeugung eines besonders großen Luftmassenstroms 17 für die Kühlung zu verwenden. In der in der 1 dargestellten Ausführungsform befindet sich die Einlassöffnung 19 in einem Bereich des Frontendes 11, der der Vorwärtsrichtung des Fahrzeugs 10 zugewandt ist. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann die Einlassöffnung 19 in einem Bereich des Fahrzeugunterbodens angeordnet sein. In letzterem Fall ist es bevorzugt, wenn durch geeignete Maßnahmen eine Sogwirkung innerhalb des Luftzufuhrkanals 17 erzeugt wird, worauf nachfolgend noch näher eingegangen wird.In the 1 to 3 is shown in side view and top view of the front end region of a vehicle, preferably a hybrid vehicle. The vehicle 10 has an energy storage device 12 and an internal combustion engine 13 on and an electric machine 15 , which may for example also be a starter generator, and preferably the energy storage device 12 assigned. The energy storage device 12 has an inner region 12a and is preferably a capacitor, particularly preferably a double-layer capacitor device. However, other energy stores, for example batteries, can be cooled in the manner described below. An air supply duct 14 with an inlet opening 19 is in an area of the front end 11 of the vehicle 10 intended. The air supply channel 14 is used to drive one of the vehicle 10 generated air mass flow 17 specifically to the energy storage device 12 to judge. The energy storage device 12 may comprise a housing, is delimited by the at least a portion of the inner region 12a from the environment. It is understood that the energy storage device 12 can also be formed without such a housing. Through the air supply channel 14 may be the inner region 12a of the energy storage device 12 by the driving of the vehicle 10 generated air mass flow 17 be provided for heat dissipation. The positioning of the inlet opening 19 In the front-end area, it allows the increased dynamic pressure there to generate a particularly large air mass flow 17 to use for cooling. In the in the 1 illustrated embodiment is the inlet opening 19 in an area of the front end 11 , the forward direction of the vehicle 10 is facing. In an alternative embodiment of the invention, the inlet opening 19 be arranged in an area of the vehicle underbody. In the latter case, it is preferred if by means of suitable measures a suction effect within the air supply channel 17 is generated, which will be discussed in more detail below.

Wenn die Energiespeichereinrichtung als Kondensatoreinrichtung ausgebildet ist, besteht während einer Landstraßenfahrt und/oder einer bergigen Fahrt im Durchschnitt der höchste Kühlungs- bzw. Wärmeabfuhrbedarf, da unter derartigen Bedingungen die höchste Zyklisierung zu erwarten ist. Ein weiterer Betriebsparameter, der einen erhöhten Kühlungs- bzw. Wärmeabfuhrbedarf für die Energiespeichereinrichtung 12 erwarten lässt, ist zusätzlich oder alternativ eine Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Bereich zwischen 80 und 100 km/h. Erfindungsgemäß ist daher das Kraftfahrzeug mit Energiespeichereinrichtung 12 auf eine durch den erwähnten Luftmassenstrom bei einer Landstraßenfahrt und/oder einer bergigen Fahrt, vorzugsweise bei einer Fahrzeuggeschwindigkeit zwischen 80 und 100 km/h einzustellende Zieltemperatur ausgelegt. Wie im weiteren noch genauer dargelegt, liegt die Zieltemperatur bevorzugt in einem Bereich zwischen 10 und 40 Grad C, bevorzugt 15 bis 35 Grad C, besonders bevorzugt 20 bis 30 Grad C.If the energy storage device is designed as a capacitor device, there is the highest cooling or heat dissipation requirement on average during a highway journey and / or a mountainous journey, since the highest cyclization is to be expected under such conditions. Another operating parameter, the increased cooling or heat dissipation requirement for the energy storage device 12 is expected, additionally or alternatively, a vehicle speed in a range between 80 and 100 km / h. According to the invention, therefore, the motor vehicle with energy storage device 12 to a set by the mentioned air mass flow at a highway drive and / or a mountainous ride, preferably set at a vehicle speed between 80 and 100 km / h target temperature. As will be explained in more detail below, the target temperature is preferably in a range between 10 and 40 degrees C, preferably 15 to 35 degrees C, particularly preferably 20 to 30 degrees C.

Um eine besonders effektive Kühlung der Energiespeichereinrichtung 12 zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Innenbereich 12a mit einem Strömungsvolumen mit Hauptströmungswegen und diesen zugeordneten Hauptströmungsrichtungen 21b auszubilden. Ein Hauptanteil des zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellten Luftmassenstroms 17 beaufschlagt den Innenbereich 12a in einer Hauptzustromrichtung 21a, wobei die Winkelabweichung zwischen der Hauptzustromrichtung 21a und den Hauptströmungsrichtungen 21b in einem Bereich zwischen + 60 Grad und - 60 Grad liegt. Bevorzugt ist eine Winkelabweichung zwischen + 45 und - 45 Grad. Der Hauptanteil 21a des zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellten Luftmassenstroms 17 umfasst zumindest 50 %, vorzugsweise 60 %, besonders bevorzugt 80 % des gesamten Durchsatzes an Luft der aus dem Endbereich 14a des Luftzufuhrkanals 14 austretenden Luftmasse. Die Hauptströmungswege 21b nehmen zumindest 50 %, vorzugsweise 60 %, besonders bevorzugt 80 % des gesamten Durchsatzes an Luft durch den Innenbereich 12a auf. Bevorzugt ist es ferner, wenn der Luftmassenstrom 17 nach Beaufschlagung des Innenbereichs 12a diesen durch einen Luftabströmkanal mit einer Abströmrichtung 18 verlässt, wobei die Winkelabweichung zwischen Hauptzustromrichtung 21a und Abströmrichtung 18 weniger als ± 30 Grad, vorzugsweise weniger 20 Grad, besonders bevorzugt weniger als 10 Grad beträgt.To a particularly effective cooling of the energy storage device 12 is to be achieved according to the invention proposed, the inner region 12a with a flow volume with main flow paths and their associated Main flow directions 21b form. A major part of the air mass flow provided for heat dissipation 17 acts on the inner region 12a in a main inflow direction 21a, wherein the angular deviation between the main inflow direction 21a and the main flow directions 21b is in a range between + 60 degrees and -60 degrees. An angular deviation between + 45 and -45 degrees is preferred. The main part 21a of the air mass flow provided for heat removal 17 comprises at least 50%, preferably 60%, more preferably 80% of the total throughput of air from the end region 14a of the air supply channel 14 leaking air mass. The main flow paths 21b receive at least 50%, preferably 60%, more preferably 80% of the total throughput of air through the inner region 12a. It is further preferred if the air mass flow 17 after the inner region 12a has been acted upon by an air outlet channel with an outflow direction 18 leaves, wherein the angular deviation between the main inflow direction 21a and outflow direction 18 is less than ± 30 degrees, preferably less than 20 degrees, more preferably less than 10 degrees.

Die Energiespeichereinrichtung 12 umfasst eine Mehrzahl von in einem Array, vorzugsweise in Reihen oder Kreisen, angeordneten Speichermodulen 20. Zumindest ein Teil des Strömungsvolumens im Innenbereich ist von dem Raum zwischen den Speichermodulen 20 gebildet. Bevorzugt weisen die Speichermodule 20 eine säulenartig ausgebildete Formgebung auf. Die Speichermodule 20 können jeweils eine Längsachse aufweisen. Gegebenenfalls sind die Längsachsen parallel zueinander stehend angeordnet.The energy storage device 12 comprises a plurality of memory modules arranged in an array, preferably in rows or circles 20 , At least part of the flow volume in the interior is from the space between the memory modules 20 educated. Preferably, the memory modules 20 a columnar design on. The memory modules 20 can each have a longitudinal axis. Optionally, the longitudinal axes are arranged parallel to each other standing.

Um in dem Innenbereich 12a ein Strömungsvolumen mit Hauptströmungswegen und diesen zugeordneten Hauptströmungsrichtungen auszubilden, ist es vorgesehen, dass die Speichermodule relativ zu dem sie beaufschlagenden Luftmassenstrom im wesentlichen hintereinander angeordnet sind.In order to form a flow volume in the inner region 12a with main flow paths and associated main flow directions, it is provided that the memory modules are arranged substantially one behind the other relative to the air mass flow which acts on them.

Wie in der Detaildarstellung der Draufsicht in 3 gezeigt ist, können die Speichermodule 20 beispielsweise in Reihen gegeneinander versetzt angeordnet sein, wobei sich durch die Versetzung der Reihen bevorzugte Hauptströmungswege und diesen zugeordnete Hauptströmungsrichtungen bilden. Es versteht sich, dass auch andere Anordnungen von Energiespeichermodulen als die in 3 dargestellte mit versetzten Reihen von der Erfindung umfasst werden.As in the detailed representation of the plan view in 3 shown, the memory modules 20 For example, be arranged in rows offset from each other, with formed by the displacement of the rows preferred main flow paths and these associated main flow directions. It is understood that other arrangements of energy storage modules than those in 3 illustrated with staggered rows of the invention.

Bei der Ausführungsform gemäß 1 bis 3 sind die Speichermodule mit ihrer Längsachse im wesentlichen senkrecht zu einer Fahrbahnfläche, auf der sich das Fahrzeug im Gebrauchszustand befindet, angeordnet. Die Erfindung umfasst jedoch auch andere Orientierungen der Längsachsen der Speichermodule.In the embodiment according to 1 to 3 The memory modules are arranged with its longitudinal axis substantially perpendicular to a road surface on which the vehicle is in use. However, the invention also encompasses other orientations of the longitudinal axes of the memory modules.

Die Speichermodule 20 sind in einem im wesentlichen rechteckigen Array angeordnet. Der Luftmassenstrom 17 wird durch den Luftzufuhrkanal 14 auf einen Seitenbereich der Energiespeichereinrichtung 12 gelenkt. In der Darstellung der 2 und 3 ist der von dem Luftmassenstrom 17 beaufschlagte Bereich des Arrays eine Längsseite. Andere Konfigurationen sind ebenfalls von der Erfindung umfasst.The memory modules 20 are arranged in a substantially rectangular array. The air mass flow 17 is through the air supply duct 14 on a side portion of the energy storage device 12 directed. In the presentation of the 2 and 3 is that of the air mass flow 17 acted upon area of the array one longitudinal side. Other configurations are also included in the invention.

Der Luftzufuhrkanal 14 weist einen Endbereich 14a auf, der einen Anschluss des Luftzufuhrkanals an den Innenbereich 12a der Energiespeichereinrichtung 12 erlaubt. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist zumindest ein Teilbereich des Innenbereichs 12a in einem Gehäuse 16 zur Führung des Luftmassenstroms angeordnet. Das Gehäuse 16 weist eine Austrittsöffnung mit einem Luftströmkanal 16a auf, durch den ein abströmender Luftmassenstrom 18 geführt wird, so dass im Bereich der Energiespeichereinrichtung 12 ein möglichst geringer Druckverlust auftritt. Vorzugsweise ist das Gehäuse 16 über die Anschlusseinrichtung mit dem Endbereich 14a des Luftzufuhrkanals 14 verbunden.The air supply channel 14 has an end portion 14a, which is a connection of the air supply channel to the inner region 12a of the energy storage device 12 allowed. In a preferred embodiment of the invention, at least a portion of the inner region 12a is in a housing 16 arranged to guide the air mass flow. The housing 16 has an outlet opening with an air flow channel 16a, through which an outflowing air mass flow 18 is guided, so that in the field of energy storage device 12 the lowest possible pressure loss occurs. Preferably, the housing 16 via the connection device with the end region 14a of the air supply channel 14 connected.

Zur Lenkung des Luftmassenstroms 17 im Innenbereich können Luftleitbleche vorgesehen sein, die die Hauptströmungswege 21b festlegen.For steering the air mass flow 17 In the interior, air baffles may be provided which define the main flow paths 21b.

Die Hauptrichtungen 21b der bevorzugten Strömungswege zwischen den Speichermodulen 20 weichen nicht mehr als ± 60 Grad, vorzugsweise nicht mehr als ± 30 Grad, besonders bevorzugt nicht mehr als ± 20 Grad von der Hauptzustromrichtung 21a der aus dem Endbereich 14a des Luftkanals 14 austretenden Luftmasse ab.The main directions 21b of the preferred flow paths between the memory modules 20 not more than ± 60 degrees, preferably not more than ± 30 degrees, more preferably not more than ± 20 degrees from the main inflow direction 21a of the end portion 14a of the air channel 14 exiting air mass.

Der Innenbereich 12a der Energiespeichereinrichtung 12 kann durch den Luftabströmkanal 16a mit einem Unterdruckgebiet zur Erzeugung einer Sogwirkung verbunden sein, womit die Wärmeabfuhr durch den kühlenden Luftmassenstrom 17 sogar noch unterstützt werden kann.The inner region 12a of the energy storage device 12 can be connected through the air outlet 16a with a negative pressure area for generating a suction effect, whereby the heat dissipation by the cooling air mass flow 17 even can be supported.

Im Bereich, des Luftzufuhrkanals 14 und ggf. des Luftabströmkanals 16a ist eine Klappe zur Steuerung des Luftmassenstroms angeordnet, um den Luftmassenstrom 17 und damit die Wärmeabfuhr bedarfsgerecht zu steuern.In the area, the air supply channel 14 and possibly the Luftabströmkanals 16 a, a flap for controlling the air mass flow is arranged to the air mass flow 17 and thus to control the heat dissipation as needed.

Da Doppelschichtkondensatoren typischerweise bei etwa 50 Grad C minimale Werte eines elektrischen Widerstands (ESR) aufweisen, die jedoch bei höheren, insbesondere aber auch bei niedrigeren Temperaturen ansteigen, bietet sich bei einer steuerbaren bzw. schaltbaren Klappe die Möglichkeit, bei niedrigen Außentemperaturen ein im Hinblick auf den Innenwiderstand und unter Berücksichtigung des Alterungseffektes optimales Temperaturniveau der Energiespeichereinrichtung 12 einzustellen. Insbesondere kann zum Beispiel nach einer Kaltabfahrt durch Schließen der Klappe in Folge der mit einer hohen Zyklisierung verbundenen erhöhten Wärmeproduktion in der Energiespeichereinrichtung 12 relativ schnell ein wirkungsgradoptimaler Betrieb der Energiespeichereinrichtung 12 erreicht werden. Auf diese Weise einzustellende Zieltemperaturbereiche liegen unter Berücksichtigung des oben erwähnten Alterungseffektes in einem Bereich der Betriebstemperatur der Energiespeichereinrichtung 12 zwischen 10 und 40 Grad C, bevorzugt 15 bis 35 Grad C und besonders bevorzugt 20 bis 30 Grad C.Since double-layer capacitors typically have minimum values of electrical resistance (ESR) at about 50 degrees C, but increase at higher, but especially at lower temperatures, offers a controllable or switchable flap, the possibility at low outdoor temperatures with respect to the internal resistance and taking into account the aging effect optimal temperature level of the energy storage device 12 adjust. In particular, for example, after a cold run by closing the flap as a result of the associated with a high cyclization increased heat production in the energy storage device 12 relatively quickly an efficiency-optimized operation of the energy storage device 12 be achieved. In this way, to be set target temperature ranges are taking into account the above-mentioned aging effect in a range of the operating temperature of the energy storage device 12 between 10 and 40 degrees C, preferably 15 to 35 degrees C and particularly preferably 20 to 30 degrees C.

Mit der beschriebenen Erfindung ist es möglich, eine durch den Luftwiderstand beim Fahrbetrieb eines Fahrzeugs ohnehin auftretende Verlustenergie zur Erzielung einer Kühlwirkung besser zu nutzen, wobei der Kraftstoffverbrauch nicht erhöht wird.With the described invention, it is possible to make better use of a loss energy occurring anyway due to the air resistance when driving a vehicle to achieve a cooling effect, wherein the fuel consumption is not increased.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Fahrzeugvehicle
1111
Frontendefront end
1212
EnergiespeichereinrichtungEnergy storage device
12 a12 a
Innenbereichinterior
1313
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1414
LuftzufuhrkanalAir supply duct
14 a14 a
Endbereich des LuftzufuhrkanalsEnd region of the air supply channel
1515
Elektromaschineelectric machine
1616
Gehäusecasing
16 a16 a
LuftabströmkanalLuftabströmkanal
1717
LuftmassenstromAir mass flow
1818
Abströmrichtungoutflow
1919
Einlassöffnunginlet port
2020
Speichermodulmemory module
21 a21 a
HauptzustromrichtungMain flow direction
21 b21 b
HauptströmungsrichtungMain flow direction

Claims (16)

Kraftfahrzeug mit einer kühlbaren elektrischen Energiespeichereinrichtung, wobei die Energiespeichereinrichtung einen Innenbereich aufweist und ein Luftzufuhrkanal mit einer Einlassöffnung in einem Bereich des Fahrzeug-Frontendes angeordnet ist, durch den ein von dem Fahrbetrieb des Fahrzeugs erzeugter Luftmassenstrom dem Innenbereich der Energiespeichereinrichtung zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellt werden kann, wobei im Luftzufuhrkanal eine Klappe zur Steuerung des Luftmassenstroms angeordnet ist.Motor vehicle with a coolable electrical energy storage device, wherein the energy storage device has an inner region and an air supply channel is arranged with an inlet opening in a region of the vehicle front end, through which an air mass flow generated by the driving operation of the vehicle can be provided to the inner region of the energy storage device for heat dissipation , wherein a flap for controlling the air mass flow is arranged in the air supply channel. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich ein Strömungsvolumen mit Hauptströmungswegen und diesen zugeordneten Hauptströmungsrichtungen aufweist und dass ein Hauptanteil des zur Wärmeabfuhr zur Verfügung gestellten Luftmassenstroms in einer Hauptzustromrichtung den Innenbereich beaufschlagt, wobei die Winkelabweichung zwischen der Hauptzustromrichtung und den Hauptströmungsrichtungen in einem Bereich zwischen + 60 Grad und - 60 Grad, liegt.Motor vehicle after Claim 1 characterized in that said inner portion has a flow volume with main flow paths and associated main flow directions, and a majority of the air mass flow provided for heat removal in a main inflow direction impinges on the inner region, the angular deviation between said main inflow direction and said main flow directions being in a range between + 60 degrees and - 60 degrees, lies. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelabweichung zwischen der Hauptzustromrichtung und den Hauptströmungsrichtungen in einem Bereich zwischen + 45 Grad und - 45 Grad liegt.Motor vehicle after Claim 2 , characterized in that the angular deviation between the main inflow direction and the main flow directions is in a range between + 45 degrees and - 45 degrees. Kraftfahrzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung zumindest zwei Speichermodule beinhaltet und zumindest ein Teil des Strömungsvolumens von dem Raum zwischen den Speichermodulen gebildet wird.Motor vehicle after Claim 2 or 3 , Characterized in that the energy storage device includes at least two memory modules and at least a portion of the flow volume of the space between the memory modules is formed. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung eine Mehrzahl von in einem Array angeordneten Speichermodulen beinhaltet.Motor vehicle after Claim 4 , characterized in that the energy storage device includes a plurality of memory modules arranged in an array. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung eine Mehrzahl von in Reihen oder Kreisen angeordneten Speichermodulen beinhaltet.Motor vehicle after Claim 5 , Characterized in that the energy storage device includes a plurality of circles arranged in rows or memory modules. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermodule eine säulenartig ausgebildete Formgebung aufweisen.Motor vehicle according to one of Claims 4 to 6 , characterized in that the memory modules have a column-like shape. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermodule jeweils eine Längsachse aufweisen und mit ihren Längsachsen parallel zueinander stehen.Motor vehicle after Claim 7 , characterized in that the memory modules each have a longitudinal axis and are parallel to each other with their longitudinal axes. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich des Innenbereichs in einem Gehäuse zur Führung des Luftmassenstroms angeordnet ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that at least a portion of the inner region is arranged in a housing for guiding the air mass flow. Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine Anschlusseinrichtung an den Luftzufuhrkanal aufweist.Motor vehicle after Claim 9 , characterized in that the housing has a connection device to the air supply channel. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenbereich der Energiespeichereinrichtung durch einen Luftabströmkanal mit einem Unterdruckgebiet zur Erzeugung einer Sogwirkung verbunden ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the inner region of the energy storage device by a Luftabströmkanal is connected to a negative pressure area for generating a suction effect. Kraftfahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterdruckgebiet in einem Bereich des Fahrzeugunterbodens angeordnet ist.Motor vehicle after Claim 11 , characterized in that the negative pressure area is disposed in an area of the vehicle underbody. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftabströmkanal eine Klappe zur Steuerung des Luftmassenstroms angeordnet ist.Motor vehicle according to one of Claims 11 or 12 , characterized in that a flap for controlling the air mass flow is arranged in the air outlet passage. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und zumindest einer Elektromaschine, jeweils zur Abgabe eines Drehmoments zum Betrieb des Fahrzeugs, ist.Motor vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicle is a hybrid vehicle with an internal combustion engine and at least one electric machine, each for outputting a torque for operating the vehicle. Kraftfahrzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung eine Kondensator-, und/oder eine Batterieeinrichtung ist.Motor vehicle after Claim 14 , characterized in that the energy storage device is a capacitor, and / or a battery device. Kraftfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinrichtung eine Doppelschichtkondensatoreinrichtung ist.Motor vehicle after Claim 15 , characterized in that the energy storage device is a double-layer capacitor device.
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