CN103009981B - 用于电动车的可替换式电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电驱动机动车的可替换式电池模块，具有至少一个可拆卸地布置在机动车(20)的支承结构(22)上的支架(12)，在其上布置至少一个电池单元(14)。

Description

用于电动车的可替换式电池模块
技术领域
本发明涉及一种用于电驱动机动车的可替换式电池模块以及一种配备有相应的电池模块的电动车。
背景技术
在化石燃料的全球储量最终可能枯竭的背景下，电动车变得日益重要。在高效电动机已经得到了广泛应用的同时，电能的存蓄与携带始终存在问题。
所有用来直接存蓄电能的存蓄装置的共同点在于，例如电池或蓄电池的携带会明显地增加机动车的总重。并且与燃油箱的加油填充相比，机动车为供给电驱动装置而设的电池或者具有多个电池单元的电池模块的充电时间也过长。并且必须在车内或车上为待携带的电池模块提供足够的存放空间，这有时会在机动车重量分布与重心转移的方面给机动车的结构、结构空间分布以及改造带来深远的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的根本目的在于，缩短电池模块充电通常所需的停车时间，并且同时提供电池模块在机动车上的一种在重量分布与重心分布方面加以改进的设置。
上述目的通过一种根据权利要求1所述的可替换式电池模块以及通过一种根据权利要求8所述的机动车得以实现，其中，有利的设计方案分别是从属权利要求的主题。
据此，设置一种用于电驱动机动车的可替换式电池模块，所述电池模块具有至少一个可拆卸地布置在机动车支承结构上的支架，在其上布置至少一个可充电的电池单元。所述支架优选被构造为用于支承多个或甚至是所有待携带在车上的电池单元，使得可通过用一个已充好电的电池模块替换电池模块来明显缩短机动车的停车时间。
例如在服务站内可通过电池模块的替换、在此尤其是通过安装结构相同且已完成充电的电池模块而在最短时间内重新使机动车进入能提供机动车最大续驶里程的初始状态。
在一种优选实施例中，所有电池单元成捆地被布置在至少一个、某些情况下出于更佳的易操控性的原因而被布置在多个可替换式电池模块上，可通过拆卸并且安装没电的以及已充好电的电池模块至少明显缩短机动车的停车时间。
根据一种优选的设计方案，所述支架具有至少一个支撑板，至少一个电池单元可拆卸地布置在支撑板的上面或上方。此外，一个或多个电池单元可拆卸地布置在支撑板上，使得例如出于维护目的而能够拆除单个电池单元，或能够在需要的情况下替换单个电池单元。其中，尤其可以规定，支架或者支撑板不仅为至少一个电池单元、同时也为其自身在机动车支承结构上的可拆卸式布置提供一种标准的固定方案。因此，不仅单个电池模块的电池单元而且电池模块也可跨机动车、跨平台或者甚至跨制造商地全部替换。
根据一种扩展设计方案，所述支架此外还具有至少一个固定元件，其与设置在支承结构上的机动车的配合固定元件相对应。例如可在机动车的支承结构或车身上布置一个或多个优选分散布置在支撑板的表面上的承接件，其可用作固定元件并用于承接支架的单个固定元件。
其中，可采用多种固定方案。例如，支承结构上的配合固定装置可具有用于承接构造为螺钉或螺栓的固定元件的螺纹钻孔。此外，还可以优选使用形状配合式和/或摩擦配合式的固定方案，尤其是快速固定式或快速锁合式设计，其使得能够在安装与拆卸机动车支承结构上的电池模块的时候实现固定元件与配合固定元件的顺利的松开与紧固。
按照有利的另一个方面规定，电池模块支架的支撑板的背向至少一个电池单元的底侧被构造为机动车的地板面板部分或者在被安装在机动车上时用作这种地板面板部分。
在此尤其规定，所述电池模块能够被固定在机动车的地板结构上，其中，实现所述电池模块从机动车地板的安装或拆卸。就这方面而言，就不用为电池模块的替换而设置任何开口或者为便于电池模块的更换而在可见的机动车外蒙皮内设置可拆卸的部分。因而机动车的外观形态与设计尽量保持不受在此设置的可替换式电池模块的影响。
此外，按照一种有利的扩展设计方案规定，当电池模块位于机动车上的安装位置中时，支撑板、尤其是支撑板的背向电池单元的底侧就基本表面平齐地被集成在相接的机动车地板面板内。所述支撑板优选尽量被构造为封闭的，并且可在此将机动车的内部空间与外部空间密封地分隔开来。此外，还优选规定，在支撑板的外缘上或者沿着支撑板的外部边缘布置至少一个密封元件，支撑板或电池模块可以借助该密封元件密封地固定在相接的机动车地板面板的为此所设的地板上的空隙中。
所述电池模块尤其是也可向机动车内部空间密封或者说被密封地隔离开来，以便保护乘客。尤其是设置在电池模块上的所有的电池单元要么单个独立地、要么共同地相对于周围环境尽量被密封地封装。
按照另一种设计方案还规定，至少一个固定元件和/或与其共同作用、与之相应地对应构造的配合固定元件给定了电池模块基本对准车身高度方向(z)的安装或拆卸方向。就这方面而言，尤其规定，电池模块通过在车身高度方向(z)上的下降以及通过在车身高度方向上的反向升高而从支承结构拆除，或者被重新固定在支承结构上。
按照另一种优选的设计方案，无论采用哪种固定方案，均可规定，在支架上和/或在至少一个电池单元上设置或构造至少一个电气连接装置，其与设置在机动车上的电气连接元件相对应。通过这种方式能够实现，电池模块上的电气连接装置可随着电池模块在机动车上达到最后的装配位置而和与之相对应的、机动车上的电气连接元件几乎自动地电连接。
因此，在机动车上安装或拆卸电池模块时，就不用进行任何单独的电接触或者电解耦。这样来定位电池模块上以及机动车上的电气连接元件，使得电触点最迟会随着电池模块达到在机动车上的最后装配位置而相互电触点接通。
此外，根据另一个并列的方面，设置一种机动车，其具有至少一个电驱动装置并且具有至少一个如此前所述的可拆卸地布置在机动车支承结构、尤其是机动车地板上的电池模块。机动车在此可作为纯电动式机动车，但也可作为混合动力车而配备有电辅助驱动装置。机动车在此可具有至少一个、然而也可具有多个相互独立布置的电池模块，电池模块分别具有至少一个，必要时也多个电池单元。
电池模块的大小尤其取决于电池模块的总重量以及有待由其提供的电能。其重量应当能够使手动替换成为可能，在某些情况下也可借助液压式或其他动力辅助式提升装置与支承装置来实现替换。
在一种优选的设计方案中尤其规定，电池模块相对于机动车横向(y)而被可拆卸式地大致布置在机动车支承结构的中心部位上。布置在中心部位上被证明对于机动车的重量分布与重心位置而言十分有利。
根据另一种优选的设计方案规定，电池模块相对于机动车纵向(x)可拆卸地布置在位于机动车前轴与前座之间的区域内。在此根据机动车前座以及电池模块的大小与几何构型也可规定，所述电池模块相对于机动车纵向(x)甚至突伸到前轴区域或前轮区域并和/或甚至突伸到前座的脚部或腿部区域中。
根据另一种设计方案规定，电池模块相对于车身高度方向(z)可拆卸地被布置在机动车客舱的下方以及因而尽可能地被布置在机动车前座的下方和/或机动车前轴的下方。电池模块的这种低位布置有利于使得机动车重心尽可能地低或利于机动车重心转移。此外，可通过布置在机动车前座前或者局部布置在机动车前座的下方实现尽可能与结构、尤其是与机动车乘客重量无关地设计机动车的重心位置或者行驶动力特性。
通过电池模块与机动车前座或驾驶员座直接相邻的布置，能够实现使机动车的行驶动力相对于机动车的装载物或存放物而言基本保持恒定。
根据另一种优选的设计方案，机动车的电驱动装置，从机动车的行驶方向或机动车纵向(x)观察，被置放在机动车前座的后面或者驾驶员座的后面。在此，可能存在的后座可相对于机动车的行驶方向置放在电驱动装置的后面。就这方面而言，所述驱动装置可被布置在前座与后座之间。
此外，机动车还可与上述情况无关地提供一种中置发动机设计。在此，发动机与电池模块相似地同样被布置在机动车客舱的下方或者被布置在机动车客舱的位于前座与后座间的地板区域的下方。
根据有利的另一个方面，最后尤其是前座，从机动车纵向或者行驶方向(x)观察，可被置放在电池模块的后面以及驱动装置之前。这也使得能够实现前座或驾驶员座较低的布置，从而可使机动车的整体结构高度较小，尤其利于优化机动车的空气动力。
还可按照另一种设计方案在机动车上设置升降装置，可根据需要借助该升降装置使电池模块下降和/或升高以便进行更换。可要么由第二电池模块、要么通过与安装状态无关的单独的电气连接装置来实现驱动配设有电动机的升降装置所需的功率。
附图说明
在下面的实施例说明中参照附图阐述其他目的、特征以及有利的应用方案。其中：
图1为设有可替换式电池模块的电驱动机动车的部分剖切的侧视图；
图2为具有布置在其上的电池模块的机动车的底侧的透视图；
图3为与图2类似的视图，具有已拆下或已拆卸的电池模块。
具体实施方式
在图1至图3中以不同构型示出的电动车20具有支承结构22，所述支承结构例如可按照网格架构的形式构造。与前轮区域30相接或者突伸到前轮区域30地设置一个可拆卸地布置在支承结构22地板上的电池模块10。所述电池模块具有带支撑板13的支架12，在支撑板朝向机动车内室的上侧上布置多个电池单元14。
本实施例包括多个单独的、电气串联或并联的电池单元14，而按照其他设计方案与实施方式，也可仅设置唯一一个尺寸设定得相应较大的电池单元，该电池单元可借助支架12可拆卸地布置在支承结构22的底侧上。
为了实现电池模块10、尤其是其支架12或者其支撑板13的可拆卸式固定，可在支架12上以及在支撑板13上优选比如以螺钉或螺栓的形式设置多个分散布置在支撑板13表面上的固定元件16，所述固定元件和与之相对应地构造的配合固定元件，比如螺纹钻孔17配合作用，以便把电池模块10固定在支承结构22上。
此外，在支架12或者在至少其中一个电池单元14上构造电插接装置18，可借助其提供电池模块14与布置在机动车上的驱动装置24之间的电触点接通。在此，可以尽量自动地或者与电池模块10在机动车支承结构22上的机械式固定对应地实现所述电触点接通。在机动车一侧以及电池模块一侧这样来构造电触点接通，使得会随着电池模块实现在机动车20的支承结构22上的最后装配而实现电触点接通。
分别根据电触点接通的构型以及分别根据设置在支架12上的电池单元14的数量，支架12可提供各个电池单元14之间的电触点接通以及提供与驱动装置24的触点接通。但也可通过下述方式不依赖于此地实现与至少一个电池单元14的电触点接通，即：设置在机动车上的接触元件18相对于机动车20支承结构上的电池模块支架12而言这样标准地被布置在给定的位置上，使得最迟会随着电池模块10实现在支承结构22上的安装而建立起驱动装置24与电池模块10之间的电接触。
在图1至图3中以不同的图示与构型示出的机动车具有构造为壳状的前座或驾驶员座26，其座席面从机动车纵向来看在电池模块10沿行驶方向位于后面的区域的上方与之重合地放置。此外，前座26相对于机动车纵向(x)大致位于电动驱动装置24与布置在地板上的电池模块10之间。通过使电池模块10相对于行驶方向至少局部地位于前座26之前、但同样设置在机动车客舱28下方的驱动装置24则布置在前座26之后，可实现前座26比较低的定位。
如图1所示，所述被构造为壳状的前座26在此甚至能够实现驾驶员的几乎躺着的就坐位置，其中，驾驶员的腿大部分位于电池模块10的上方。
此外，支架12以及下置的支撑板13被构造为机动车的地板面板部分。如图2所示，支撑板13可以用其底侧15尽可能表面平齐地且相对于相接的地板面板32密封地布置。电池模块10就这点来说同时将机动车20的内部区域与外部区域密封地分隔开来。
另外，依据图1可以看出的，电池模块10位于机动车的前部区域，并且从机动车纵向(x)以及从车身高度方向(z)来看，可呈向前轮区域30突伸地布置。电池模块10的近轴布置对于机动车的行驶动力特性以及对于尽可能有利的重心位置而言都很有利。
所示实施方式仅示出了本发明可能的设计方案，为此还可设想其它多种变型，均同样属于本发明的保护范畴。上述示范性示出的实施例并非用于限定本发明的范畴、适用性或构型方案。所述说明内容仅向专业人员阐明了根据本发明的实施例的一种可能的实施方案。可对其中所述元件的功能与设置进行各种改动，而不会脱离由接下来权利要求所限定的保护范围。
附图标记清单
10电池模块
12支架
13支撑板
14电池单元
15底侧
16固定元件
17固定元件
18电气连接元件
20机动车
22支承结构
24驱动装置
26前座
28机动车客舱
30前轮
32地板面板

Claims (13)

1.一种用于电驱动机动车的可替换式电池模块，其中，所述电驱动机动车(20)的车架上支承有驾驶员座(26)以及电驱动装置(24)，所述可替换式电池模块(10)包括：
支撑板(13)，在其一侧上布置有至少一个电池单元(14)；
可拆卸地布置在机动车(20)车架的支承结构(22)上的支架(12)，其用于将所述电池单元(14)固定在支撑板(13)、支架(12)与支承结构(22)之间并使得驾驶员座(26)相对于机动车纵向位于电池单元(14)和电驱动装置(24)之间；以及
多个穿过支撑板(13)及支架(12)的螺纹固定元件(16)，其通过与多个设置在支承结构(22)上的配合固定元件(17)相结合而可拆卸地将支架(12)布置在支承结构(22)上；
其中，所述可替换式电池模块(10)相对于机动车的内部空间被密封地隔离开来。
2.根据权利要求1所述的可替换式电池模块，其中，所述可替换式电池模块(10)相对于机动车横向(y)可拆卸地布置在车内或车上的中心部位上。
3.根据权利要求1所述的可替换式电池模块，其中，支撑板(13)的背向所述至少一个电池模块(10)的底侧(15)被构造为机动车的地板面板部分。
4.根据权利要求3所述的可替换式电池模块，其中，当电池模块位于机动车上的安装位置时，支撑板(13)基本表面平齐地被集成在机动车(20)的地板面板(32)内。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的可替换式电池模块，其中，所述多个螺纹固定元件(16)和/或所述多个配合固定元件(17)给定了一个基本沿车身高度方向(z)定向的装配方向和/或拆卸方向。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的可替换式电池模块，其中，在所述支架(12)上和/或在所述至少一个电池单元(14)上设置至少一个电气连接元件(18)，其与构造在机动车上的电气连接元件(18)相对应。
7.一种机动车，其具有：
车架，该车架具有机动车地板和带有多个螺纹钻孔的支承结构(22)；
驾驶员座(26)，其支承在车架上位于所述地板上方，并处于机动车内室中；
电驱动装置(24)，其支承在车架上并相对于机动车纵向位于驾驶员座(26)之后；以及
至少一个布置在机动车地板上的、相对于机动车的内部空间被密封地隔离开来的可替换式电池模块(10)，其中，所述可替换式电池模块(10)包括：
支撑板(13)，在其一侧上布置有至少一个电池单元(14)；
可拆卸地布置在机动车(20)车架的支承结构(22)上的支架(12)，其用于将所述电池单元(14)固定在支撑板(13)、支架(12)与支承结构(22)之间并使得驾驶员座(26)相对于机动车纵向位于电池单元(14)和电驱动装置(24)之间；以及
多个穿过支撑板(13)及支架(12)的螺纹固定元件(16)，其通过与设置在支承结构(22)上的作为配合固定元件(17)的多个螺纹钻孔相结合而可拆卸地将支架(12)布置在支承结构(22)上。
8.根据权利要求7所述的机动车，其中，所述可替换式电池模块(10)相对于机动车横向(y)可拆卸地大致布置在车内或车上的中心部位上。
9.根据权利要求7或8所述的机动车，其中，所述可替换式电池模块(10)可相对于车身高度方向(z)可拆卸地布置在机动车客舱(28)下方和/或突伸到前轮(30)的区域内。
10.根据权利要求7或8所述的机动车，其中，支撑板(13)的背向所述至少一个电池模块(10)的底侧(15)被构造为机动车的地板面板部分。
11.根据权利要求10所述的机动车，其中，当电池模块位于机动车上的安装位置时，支撑板(13)基本表面平齐地被集成在机动车(20)的地板面板(32)内。
12.根据权利要求7或8所述的机动车，其中，所述多个螺纹固定元件(16)和/或所述多个螺纹钻孔给定了一个基本沿车身高度方向(z)定向的装配方向和/或拆卸方向。
13.根据权利要求7或8所述的机动车，其中，在所述支架(12)上和/或在所述至少一个电池单元(14)上设置至少一个电气连接元件(18)，其与构造在机动车上的电气连接元件(18)相对应。
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