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DE102009037012A1 - Batterieeinheit, Fahrzeug und Verfahren zur Kühlung einer Batterieeinheit - Google Patents

Batterieeinheit, Fahrzeug und Verfahren zur Kühlung einer Batterieeinheit Download PDF

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DE102009037012A1
DE102009037012A1 DE102009037012A DE102009037012A DE102009037012A1 DE 102009037012 A1 DE102009037012 A1 DE 102009037012A1 DE 102009037012 A DE102009037012 A DE 102009037012A DE 102009037012 A DE102009037012 A DE 102009037012A DE 102009037012 A1 DE102009037012 A1 DE 102009037012A1
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DE
Germany
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battery
channel
battery unit
exhaust pipe
unit
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Pending
Application number
DE102009037012A
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English (en)
Inventor
Hartmut Fley
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
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Abstract

Batterieeinheit, umfassend mindestens eine Batterie (12), wobei die Batterieeinheit (2) mindestens einen Batteriekanal (8) aufweist, wobei der Batteriekanal (8) mindestens einen Kanal (13) für ein Abgasrohr (4') umfasst oder ausbildet, wobei in dem Kanal (13) für ein Abgasrohr (4') mindestens ein Abgasrohr (4') anordenbar ist, sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Batterieeinheit (2) und ein Verfahren zur Kühlung einer Batterieeinheit (2).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit in einem Hybrid-Fahrzeug und ein Verfahren zur Kühlung einer Batterieeinheit. In Hybrid-Fahrzeugen müssen zusätzlich zu einem Kraftstofftank elektrische Energiespeicher zur Energieversorgung eines Elektromotors angeordnet werden. Diese Energiespeicher sind oftmals als so genannte Batterieeinheiten oder Batteriepakete ausgebildet, die mehrere Batterien oder Batteriezellen enthalten. In der Regel weisen diese Batterieeinheiten im Vergleich zu existierenden Kraftstofftanks sehr hohe Bauraumanforderungen und ein höheres Gewicht auf. Bevorzugt werden diese Batterieeinheiten daher in einem Unterflurbereich des Hybrid-Fahrzeugs angeordnet, um die Lage des Schwerpunkts des Hybrid-Fahrzeugs vorteilhaft zu beeinflussen. Teilweise werden die Batterieeinheiten unter einer Hintersitzanlage des Hybrid-Fahrzeugs und/oder in einer Reserveradmulde angeordnet. Der Bereich unter der Hintersitzanlage wird in konventionellen Hybrid-Fahrzeugen jedoch auch für die Anordnung eines Kraftstofftanks und einer Abgasanlage genutzt. Die Abgasanlage führt dabei Abgase, die beim Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine des Hybrid-Fahrzeugs entstehen, aus dem Fahrzeug ab, beispielsweise über ein so genanntes Abgas- oder Auspuffrohr.
  • Durch den Kraftstofftank und/oder die Abgasanlage steht wenig Bauraum für eine zusätzliche Batterieeinheit zur Verfügung. Dies stellt insbesondere dann ein Problem dar, wenn Batterieeinheiten in Fahrzeuge nachgerüstet werden sollen. Weiterhin wird durch die Abgasanlage im Betrieb Wärme erzeugt, die sich nachteilig auf den Betrieb der Batterieeinheit auswirkt.
  • Ein weiteres Problem beim Einbringen einer Batterieeinheit unter die Hintersitzanlage resultiert aus der Anordnung bzw. dem Verlauf des Abgasrohrs. Es existieren Lösungen, bei denen das Abgasrohr um eine zusätzlich eingebrachte Batterieeinheit herumgeführt wird. Hierdurch entstehen jedoch deutliche Druckverluste im Abgasrohr, die zu einer Leistungsminderung der Antriebsleistung und zu einem Mehrverbrauch von Kraftstoff führen.
  • Eine weitere Lösung besteht darin, eine Batterieeinheit in zwei baulich getrennte Batterieeinheiten aufzuteilen, wobei das Abgasrohr zwischen den baulich getrennten Batterieeinheiten hindurchgeführt wird. Die DE 102 61 630 A1 offenbart hierzu ein Trägermodul zur Montage in ein Kraftfahrzeug, welches einen oberhalb einer Bodenbegrenzungslinie angeordneten Karosserieboden zu einer zumindest teilweisen Begrenzung eines Insassenbodenbereiches enthält, wobei der Karosserieboden einen sich im Fahrer/Beifahrerbereich erstreckenden vorderen Karosserieboden und einen sich im Rücksitzbereich erstreckenden hinteren Karosserieboden enthält, wobei der vordere Karosserieboden höher als der hintere Karosserieboden angeordnet ist, wobei das Trägermodul in einem zwischen dem vorderen Karosserieboden und der Bodenbegrenzungslinie erstreckenden Bereich angeordnet ist. In 2 der DE 102 61 630 A1 ist dargestellt, dass ein Abgasrohr durch einen Freiraum zwischen zwei Batterieblöcken hindurchgeführt wird, wobei die Batterieblöcke in dem Trägermodul angeordnet sind. Durch die bauliche Trennung der Batterieeinheit in zwei Batterieblöcke ergibt sich jedoch ein Mehraufwand bei einer Verkabelung und einer Kühlung der Batterieblöcke.
  • Es stellt sich daher das technische Problem, eine Batterieeinheit und ein Fahrzeug zu schaffen, welches sich hinsichtlich der Bauraumanforderungen optimal in ein existierendes Hybrid-Fahrzeug integriert, wobei gleichzeitig die Abgasführung durch ein Abgasrohr nicht negativ beeinflusst wird. Weiterhin stellt sich das technische Problem, ein Verfahren zur Kühlung einer solchen Batterieeinheit zu schaffen, um eine optimale Energieversorgung durch die Batterieeinheit und eine lange Lebensdauer der Batterieeinheit zu gewährleisten.
  • Die Lösung des technischen Problems ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 1, 7 und 9. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
  • Hierbei umfasst eine Batterieeinheit mindestens eine Batterie, wobei die Batterieeinheit mindestens einen Batteriekanal aufweist, wobei der Batteriekanal mindestens einen Kanal für ein Abgasrohr umfasst oder ausbildet, wobei in dem Kanal für ein Abgasrohr mindestens ein Abgasrohr anordenbar ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, eine Integration, insbesondere ein Nachrüsten, der Batterieeinheit in ein Hybrid-Fahrzeug zu ermöglichen, auch wenn bereits eine Abgasanlage mit einem Abgasrohr in dem dafür vorgesehenen Bauraum angeordnet ist. Der Batteriekanal verläuft dabei beispielsweise von einer Vorderseite der Batterieeinheit zu einer Rückseite der Batterieeinheit in Richtung eines Verlaufs des Abgasrohrs. Hierdurch muss der Verlauf des Abgasrohrs im Hybrid-Fahrzeug nicht verändert werden. Der Batteriekanal kann dabei tunnelförmig ausgeführt sein, wobei der Batteriekanal komplett von der Batterieeinheit umschlossen wird.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der mindestens eine Batteriekanal einen geradlinigen Verlauf auf. Weist der mindestens eine Batteriekanal einen geradlinigen Verlauf auf, so weist auch der Kanal für ein Abgasrohr einen geradlinigen Verlauf auf. Hiermit wird vorteilhaft ermöglicht, dass das Abgasrohr nicht um die Batterieeinheit herumgeführt werden muss. Ein geradliniger Verlauf des Batteriekanals ermöglicht einen geradlinigen Verlauf des Abgasrohres, wodurch die Abgasabführung verbessert wird. Insbesondere entstehen bei einem geradlinigen Verlauf des Abgasrohrs keine Druckverluste, die bei einem beispielsweise abknickenden Verlauf entstehen würden. Auch wird eine durch einen nicht geradlinigen Verlauf verursachte Leistungsminderung der Antriebsleistung bzw. ein Mehrverbrauch an Kraftstoff verhindert.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Batteriekanal zu einer Unterseite der Batterieeinheit hin angeordnet, wobei der Batteriekanal zur Unterseite hin offen ist. Hiermit wird vorteilhaft ermöglicht, die Batterieeinheit über dem Abgasrohr anzuordnen, was ein vereinfachtes Einsetzen der Batterieeinheit in das Hybrid-Fahrzeug ermöglicht. Unter einer Unterseite der Batterieeinheit versteht man eine Seite der Batterieeinheit, die in Richtung einer Fahrzeugunterseite hin orientiert ist. Selbstverständlich ist es auch vorstellbar, dass der Batteriekanal an weiteren Seiten der Batterieeinheit, beispielsweise einer Oberseite, angeordnet ist, wobei der Batteriekanal zu dieser weiteren Seite hin offen ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist ein Mittel zur Temperierung der Batterieeinheit durch den mindestens einen Batteriekanal leitbar und/oder umfasst der mindestens eine Batteriekanal mindestens einen Kühlkanal, durch den das Mittel zur Temperierung der Batterieeinheit leitbar ist. Hierdurch wird vorteilhaft ermöglicht, dass der für die Anordnung des Abgasrohrs geschaffene Batteriekanal gleichfalls einer Temperierung der Batterieeinheit dient. Hierzu kann der Batteriekanal in zwei Kanäle, den Kanal für ein Abgasrohr und einen Kühlkanal, aufgeteilt werden. Alternativ ist vorstellbar, dass das Mittel zur Temperierung durch den Kanal für ein Abgasrohr geleitet wird. Das Mittel zur Temperierung verhindert einerseits, dass die von dem Abgasrohr an die Umgebung des Abgasrohres abgegebene Wärme die Batterieeinheit aufheizt. Neben dieser Isolationswirkung kann das Mittel zur Temperierung der Batterieeinheit auch zur Kühlung der Batterieeinheit eingesetzt werden. Das Mittel zur Temperierung kann dabei zum Kühlen und zum Heizen der Batterieeinheit eingesetzt werden. Ein Heizen der Batterieeinheit ist beispielsweise dann erforderlich, wenn ein Hybrid-Fahrzeug gestartet wird und die Batterieeinheit eine notwendige Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat. Ebenfalls ist vorstellbar, dass durch das Mittel zur Temperierung die Wärmeabgabe des Abgasrohres an die Batterieeinheit derart beeinflusst wird, dass hierdurch eine gewünschte Temperierung der Batterieeinheit erreicht wird. So ist z. B. vorstellbar, dass nach einem Start des Hybrid-Fahrzeugs z. B. wenig oder kein Kühlmittel durch den Kühlkanal bzw. den Batteriekanal geleitet wird, wodurch eine Wärmeübertragung vom Abgasrohr zur Batterieeinheit stattfinden kann. Hat die Batterieeinheit eine gewünschte Betriebstemperatur erreicht, so wird (mehr) Kühlmittel durch den Kühlkanal bzw. Batteriekanal geleitet, wodurch eine Wärmeisolation der Batterieeinheit gegenüber dem Abgasrohr bewirkt wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist der Kühlkanal zwischen dem Kanal für ein Abgasrohr und der Batterieeinheit angeordnet. Eine solche Anordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Wärmeisolation der Batterieeinheit gegenüber der von dem Abgasrohr abgegebenen Wärme.
  • In einer weiteren Ausführungsform sind in und/oder um den Kanal für ein Abgasrohr und/oder dem Kühlkanal Mittel zur Wärmeisolation angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Wärmeisolation der Batterieeinheit gegenüber der von dem Abgasrohr abgegebenen Wärme. Mittel zur Wärmeisolation können dabei direkt in dem Kanal für ein Abgasrohr und/oder in dem Kühlkanal angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, die Mittel zur Wärmeisolierung um den Kanal für ein Abgasrohr und/oder den Kühlkanal herum anzuordnen. Beispielsweise können die Mittel zur Wärmeisolation Teil der Batterieeinheit sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Batterieeinheit weitere Kanäle, wobei in den weiteren Kanälen Mittel zur Temperierung leitbar sind. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise ermöglicht, dass nicht ausschließlich die unmittelbare Umgebung des Kühlkanals bzw. des Batteriekanals eine Kühlwirkung erfährt.
  • Gemäß der Erfindung umfasst ein Fahrzeug mindestens eine Batterieeinheit und eine Abgasanlage mit mindestens einem Abgasrohr zur Abführung von Abgasen, wobei die Batterieeinheit mindestens einen Batteriekanal umfasst, der mindestens einen Kanal für ein Abgasrohr umfasst oder ausbildet, wobei das Abgasrohr in dem Kanal für ein Abgasrohr angeordnet ist. Ein solches Fahrzeug ermöglicht in vorteilhafter Weise eine platzsparende, bauliche Integration der für ein Hybrid-Fahrzeug notwendigen Elemente Batterieeinheit und Abgasanlage.
  • In einer weiteren Ausführungsform weist der Batteriekanal in dem Fahrzeug einen geradlinigen Verlauf auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt eine Einheit zur Temperierung eine Temperatur eines Mittels zur Temperierung ein, wobei das Mittel zur Temperierung durch den mindestens einen Batteriekanal und/oder durch einen Kühlkanal geleitet wird, wobei der mindestens eine Batteriekanal den Kühlkanal umfasst. In dieser Ausführungsform umfasst das Fahrzeug eine Einheit zur Temperierung, die die Temperatur des Mittels zur Temperierung einstellen kann. Dies kann beispielsweise eine Klimaanlage des Fahrzeugs sein. Die Klimaanlage kann dabei beispielsweise auch einen Innenraum des Fahrzeugs klimatisieren. Über die Einheit zur Temperierung ist die Kühlwirkung bzw. Heizwirkung des Mittels zur Temperierung einstellbar.
  • In einem Verfahren zur Kühlung einer Batterieeinheit, wobei die Batterieeinheit mindestens eine Batterie umfasst, wird ein Mittel zur Temperierung der Batterieeinheit durch mindestens einen Batteriekanal und/oder einen vom Batteriekanal umfassten Kühlkanal geleitet, wobei der Batteriekanal mindestens einen Kanal für ein Abgasrohr umfasst oder ausbildet, in dem ein Abgasrohr angeordnet ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform stellt eine Einheit zur Temperierung eine Temperatur des Mittels zur Temperierung ein.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
  • 1 eine schematische Anordnung einer Batterieeinheit und einer Abgasanlage und
  • 2 eine perspektivische Ansicht einer Batterieeinheit.
  • 1 zeigt eine Anordnung 1 einer Batterieeinheit 2 und einer Abgasanlage 3. Die Abgasanlage 3 umfasst dabei ein Abgasrohr 4. Dabei sind zwei Verläufe des Abgasrohres 4 dargestellt. Ein erster Verlauf 4' zeigt den konventionellen Verlauf des Abgasrohres 4. Ein zweiter Verlauf 4'' zeigt einen Verlauf des Abgasrohres 4, der durch die erfindungsgemäße Batterieeinheit 2 ermöglicht wird. Die Batterieeinheit 2 und die Abgasanlage 3 sind dabei im hinteren Bereich 5 eines nicht dargestellten Fahrzeugs angeordnet. 1 zeigt, dass beim konventionellen Verlauf des Abgasrohres 4 das Abgasrohr um die Batterieeinheit 2 herumgeführt wird, wozu das Abgasrohr 4' mehrere Biegungen aufweist. Nachdem das Abgasrohr 4' um die Batterieeinheit 2 herumgeführt wurde, wird es unter einer Hinterachse 6 des Fahrzeugs zu einem Auspuff 7 geführt. Durch diesen konventionellen Verlauf des Abgasrohres 4' entsteht im Abgasrohr 4' ein Druckverlust, der sich nachteilig auf die Antriebsleistung auswirkt bzw. zu einem Mehrverbrauch an Kraftstoff führt. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform verläuft das Abgasrohr 4'' in einem Batteriekanal 8 der Batterieeinheit 2. Der Batteriekanal 8 verläuft dabei geradlinig von einer Vorderseite 9 der Batterieeinheit 2 zu einer Rückseite 10 der Batterieeinheit 2. Die Vorderseite 9 der Batterieeinheit 2 ist dabei in Richtung eines Frontbereichs des Fahrzeugs orientiert, während die Rückseite 10 in Richtung eines Heckbereichs des Fahrzeugs orientiert ist. Ebenfalls ist dargestellt, dass der Batteriekanal 8 zu einer Unterseite 11 der Batterieeinheit 2 hin offen ist. Der Batteriekanal 8 ist dabei als halbkreisförmige Ausbuchtung in die Batterieeinheit 2 eingebracht. Es ist jedoch auch vorstellbar, eine Ausbuchtung mit anderen Formen zu realisieren. Der neue Verlauf des Abgasrohres 4'' verhindert einen Druckverlust im Abgasrohr 4'' und sorgt gleichzeitig für eine Optimierung der Bauraumanforderungen an die Batterieeinheit 2 und die Abgasanlage 3.
  • In 2 ist eine perspektivische Ansicht der Batterieeinheit 2 im Fahrzeug dargestellt. Die Batterieeinheit 2 ist dabei unter einer Hintersitzanlage des Fahrzeugs angeordnet. Die Batterieeinheit 2 weist dabei mehrere Batteriezellen 12 auf. Weiter ist der neue Verlauf des Abgasrohres 4'' dargestellt, wobei der Batteriekanal 8 an der Unterseite 11 der Batterieeinheit 2 angeordnet ist und zu dieser Unterseite 11 hin offen ist. Der Batteriekanal 8 umfasst neben dem Kanal 13 für ein Abgasrohr 4' einen Kühlkanal 14. Der Kühlkanal 14 ist dabei über dem Kanal 13 für ein Abgasrohr 4', also zwischen diesem und der Batterieeinheit 2, angeordnet. Durch den Kühlkanal 14 kann ein Mittel zur Temperierung der Batterieeinheit 2 geführt werden. Das Mittel zur Temperierung kann dabei beispielsweise Luft sein. Weiter ist vorstellbar, dass das Mittel zur Temperierung auch eine Kühlflüssigkeit sein kann.
  • Darüber hinaus ist ebenfalls eine entsprechende Wärmeabschirmung bzw. Isolation der Batterieeinheit 2 vorgesehen. Die 2 zeigt ebenfalls weitere Kühlkanäle 15, über die weitere Bereiche der Batterieeinheit 2 gekühlt werden können.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 10261630 A1 [0004, 0004]

Claims (12)

  1. Batterieeinheit (2), umfassend mindestens eine Batterie (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (2) mindestens einen Batteriekanal (8) aufweist, wobei der Batteriekanal (8) mindestens einen Kanal (13) für ein Abgasrohr (4') umfasst oder ausbildet, wobei in dem Kanal (13) für ein Abgasrohr (4') mindestens ein Abgasrohr (4') anordenbar ist.
  2. Batterieeinheit (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens ein Batteriekanal (8) einen geradlinigen Verlauf aufweist.
  3. Batterieeinheit (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriekanal (8) an einer Unterseite (11) der Batterieeinheit (2) angeordnet ist, wobei der Batteriekanal (8) zur Unterseite (11) hin offen ist.
  4. Batterieinheit (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Temperierung der Batterieeinheit (2) durch den mindestens einen Batteriekanal (8) leitbar ist und/oder der mindestens eine Batteriekanal (8) mindestens einen Kühlkanal (14) umfasst durch den das Mittel zur Temperierung der Batterieeinheit (8) leitbar ist.
  5. Batterieeinheit (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (14) zwischen dem Kanal (13) für ein Abgasrohr (4') und der Batterieeinheit (2) angeordnet ist.
  6. Batterieeinheit (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in und/oder um den Kanal (13) für ein Abgasrohr (4') und/oder dem Kühlkanal (14) Mittel zur Wärmeisolation angeordnet sind.
  7. Batterieeinheit (2) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend weitere Kanäle (15), wobei in den weiteren Kanälen (15) Mittel zur Temperierung leitbar sind.
  8. Fahrzeug, umfassend mindestens eine Batterieeinheit (2) und eine Abgasanlage (3) mit mindestens einem Abgasrohr (4, 4') zur Abführung von Abgasen, wobei die Batterieeinheit (2) mindestens eine Batterie (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (2) mindestens einen Batteriekanal (8) umfasst, der mindestens einen Kanal (13) für ein Abgasrohr (4') umfasst oder ausbildet, wobei das Abgasrohr (4') in dem Kanal (13) für ein Abgasrohr (4') angeordnet ist.
  9. Fahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens ein Batteriekanal (8) einen geradlinigen Verlauf aufweist.
  10. Fahrzeug nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit zur Temperierung eine Temperatur eines Mittels zur Temperierung einstellt, wobei das Mittel zur Temperierung durch den mindestens einen Batteriekanal (8) und/oder durch einen Kühlkanal (14) geleitet wird, wobei der mindestens eine Batteriekanal (8) den Kühlkanal (14) umfasst.
  11. Verfahren zur Kühlung einer Batterieeinheit (2), wobei die Batterieeinheit (2) mindestens eine Batterie (12) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Temperierung der Batterieeinheit (2) durch mindestens einen Batteriekanal (8) und/oder einen vom Batteriekanal (8) umfassten Kühlkanal (14) geleitet wird, wobei der Batteriekanal (8) mindestens einen Kanal (13) für ein Abgasrohr (4') umfasst oder ausbildet, in dem ein Abgasrohr (4') angeordnet ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einheit zur Temperierung eine Temperatur des Mittels zur Temperierung einstellt.
DE102009037012A 2009-08-07 2009-08-07 Batterieeinheit, Fahrzeug und Verfahren zur Kühlung einer Batterieeinheit Pending DE102009037012A1 (de)

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