DE102011053255A1

DE102011053255A1 - System und Verfahren zum Wechseln von mindestens einer Batterie

Info

Publication number: DE102011053255A1
Application number: DE102011053255A
Authority: DE
Inventors: Josip Vlahovic
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-09-05
Filing date: 2011-09-05
Publication date: 2013-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Wechseln von mindestens einer Batterie (7,8) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batterieaufnahmeraum, der sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug (1) erstreckt, gekennzeichnet durch: eine erste Batterieträgeranordnung (5), die ein Zuführen/Abführen einer aufgeladenen/entladenen Batterie (8,7) von vorne oder hinten ermöglicht, und eine zweite Batterieträgeranordnung (6), die ein Abführen/Zuführen einer entladenen/aufgeladenen Batterie (7,8) von hinten oder vorne ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Wechseln von mindestens einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batterieaufnahmeraum, der sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug erstreckt. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug erstreckenden Batterieaufnahmeraum, in welchem eine Batterie angeordnet ist.
Aus den französischen Offenlegungsschriften FR 2 705 926 A1 und FR 2 801 539 A1 sind verschiedene Kraftfahrzeuge mit einem Batterieaufnahmeraum bekannt, der sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug erstreckt. Aus der deutschen Übersetzung DE 694 25 511 T2 der europäischen Patentschrift EP 0 735 978 B1 ist ein Verfahren zum Ersetzen einer elektrischen Batterie in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug mit einem kontinuierlichen Batterietransferförderer bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Wechsel von Batterien in Kraftfahrzeugen zu vereinfachen.
Die Aufgabe ist bei einem System zum Wechseln von mindestens einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batterieaufnahmeraum, der sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug erstreckt, durch eine erste Batterieträgeranordnung, die ein Zuführen/Abführen einer aufgeladenen/entladenen Batterie von vorne oder hinten ermöglicht, und eine zweite Batterieträgeranordnung gelöst, die ein Abführen/Zuführen einer entladenen/aufgeladenen Batterie von hinten oder vorne ermöglicht. Als Batterie wird eine Batterieeinrichtung bezeichnet, die eine Batterie oder auch mehrere Batterien umfassen kann. Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine Traktionsbatterie oder eine Hochvoltbatterie, die eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug, das mit der Batterie angetrieben wird. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich aber auch um ein Hybridfahrzeug handeln, das alternativ oder zusätzlich durch die Batterie angetrieben werden kann. Die Fahrzeuglängsrichtung wird auch als x-Richtung bezeichnet. Die Begriffe vorne und hinten beziehen sich auf ein vorderes beziehungsweise hinteres Ende des Kraftfahrzeugs. Eine aufgeladene Batterie kann auch als neue Batterie bezeichnet werden. Analog kann eine entladene Batterie auch als alte Batterie bezeichnet werden. Der Batterieaufnahmeraum erstreckt sich vorzugsweise zwischen einem vorderen und einem hinteren Endbereich über die gesamte Länge des Kraftfahrzeugs. Der Batterieaufnahmeraum wird zum Beispiel von einer zentralen Längsträgeranordnung begrenzt, die mindestens vier Längsträger umfasst oder als Monocoque ausgebildet ist. Der Batterieaufnahmeraum hat vorzugsweise die Gestalt eines lang gezogenen Quaders.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieträgeranordnungen in oder quer zur Fahrzeuglängsrichtung bewegbar sind, um die Batterieträgeranordnungen vor beziehungsweise hinter dem Kraftfahrzeug zu positionieren. Die Batterieträgeranordnungen sind zum Beispiel auf Schienen verfahrbar, die in oder quer zur Fahrzeuglängsrichtung verlaufen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug zwischen feststehenden Batterieträgeranordnungen bewegbar ist, um die Batterieträgeranordnungen vor beziehungsweise hinter dem Kraftfahrzeug zu positionieren. Dabei ist das Kraftfahrzeug vorzugsweise seitlich in Querrichtung beziehungsweise y-Richtung bewegbar. Zum Positionieren des Kraftfahrzeugs kann dieses vorteilhaft auf einer Positionierfläche angeordnet werden, die, zum Beispiel mit Hilfe von Schienen, quer zur Fahrzeuglängsrichtung bewegbar zwischen den Batterieträgeranordnungen angeordnet ist.
Alternativ sind die beiden Batterieträgeranordnungen in den Ausführungsbeispielen ineinander integriert, womit das Zuführen und das Abführen einer aufgeladenen bzw. einer entladenen Batterie entweder jeweils von vorne oder jeweils von hinten ermöglicht wird.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie im Wesentlichen die Gestalt eines lang gezogenen Quaders aufweist, dessen Größe an die Größe des Batterieaufnahmeraums angepasst ist. Der Batterieaufnahmeraum ist vorteilhaft vollständig durch die Batterie gefüllt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie mindestens zwei tragende Führungsflächen aufweist. Mit den tragenden Führungsflächen ist die Batterie, vorzugsweise gleitend, in Längsrichtung bewegbar in dem Batterieaufnahmeraum geführt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass den tragenden Führungsflächen der Batterie jeweils ein tragendes Führungsprofil in dem Batterieaufnahmeraum zugeordnet ist. An dem tragenden Führungsprofil ist vorzugsweise mindestens ein Gleitelement angebracht, das eine Bewegung der Batterie relativ zu dem Führungsprofil in dem Batterieaufnahmeraum erleichtert.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Systems ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung in die Batterie integriert ist. Die Kühleinrichtung kann Löcher oder Kühlkanäle umfassen, die sich in Längsrichtung durch die Batterie hindurch erstrecken. Die Kühleinrichtung kann alternativ oder zusätzlich auch Rippen umfassen, die innen und/oder außen an der Batterie vorgesehen sind.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Wechseln von mindestens einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batterieaufnahmeraum, der sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug erstreckt, mit einem vor ab beschriebenen Batteriewechselsystem.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Batteriewechselverfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine entladene Batterie aus dem Batterieaufnahmeraum abgeführt wird, während dem Batterieaufnahmeraum gleichzeitig eine aufgeladene Batterie zugeführt wird. Besonders vorteilhaft kann das Abführen der entladenen Batterie durch das Zuführen der aufgeladenen Batterie bewirkt beziehungsweise unterstützt werden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug erstreckenden Batterieaufnahmeraum, in welchem eine Batterie angeordnet ist, wobei die Batterie mit Hilfe eines vorab beschriebenen Batteriewechselsystems, insbesondere gemäß einem vorab beschriebenen Batteriewechselverfahren, wechselbar ist beziehungsweise gewechselt wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes Batteriewechselsystem in einer Seitenansicht;
2 eine perspektivische Darstellung des Batteriewechselsystems aus 1; die
3 bis 5 ein ähnliches Batteriewechselsystem wie in den 1 und 2 mit einer zwischen zwei Batterieträgeranordnungen verfahrbaren Positionierfläche für ein Kraftfahrzeug; die
6 bis 8 ein ähnliches Batteriewechselsystem wie in den 1 und 2 mit zwei quer zu einer Fahrzeuglängsrichtung verfahrbaren Batterieträgeranordnungen; die
9 und 10 verschiedene Darstellungen von Batterien in Perspektive und im Querschnitt und die
11 und 12 verschiedene Batterien in einem Batterieaufnahmeraum im Querschnitt.
In den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriewechselsystems in verschiedenen Ansichten dargestellt. Ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Batterie 2 steht auf einem Boden 3 zwischen zwei Batterieträgeranordnungen 5 und 6.
Bei dem Kraftfahrzeug 1 handelt es sich um ein Elektrofahrzeug, dessen Antriebsenergie von der Batterie 2 bereitgestellt wird. Die Batterie 2 ist in einem kanalartigen oder schachtartigen Batterieaufnahmeraum aufgenommen, der sich in Längsrichtung durch das Kraftfahrzeug 1 erstreckt.
In den Batterieträgeranordnungen 5, 6 ist jeweils eine Batterie 8, 7 angeordnet, die vom gleichen Typ wie die Batterie 2 in dem Kraftfahrzeug 1 ist. Bei der Batterie 8 in der Batterieträgeranordnung 5 handelt es sich um eine neue oder um eine neu aufgeladene Batterie. Durch einen Pfeil 11 ist angedeutet, dass die Batterie 2 in Fahrzeuglängsrichtung aus dem Kraftfahrzeug 1 in die Batterieträgeranordnung 6 bewegt wird. Bei der Batterie 7 handelt es sich um eine alte oder entladene Batterie des Kraftfahrzeugs 1.
Durch einen Pfeil 12 ist angedeutet, dass die aufgeladene Batterie 8 aus der Batterieträgeranordnung 5 in den Batterieaufnahmeraum des Kraftfahrzeugs 1 bewegt wird. Durch weitere Pfeile 13 bis 15 ist angedeutet, dass die Batterielänge variieren kann. Die Batterielänge bestimmt unter anderem die Kapazität der Batterie.
In 2 ist durch Pfeile 21 angedeutet, dass eine alte oder entladene Batterie 2 in beiden Längsrichtungen, also nach vorne oder nach hinten aus dem Batterieaufnahmeraum des Kraftfahrzeugs 1 abgeführt werden kann. Durch Pfeile 22 und 23 ist angedeutet, dass dem Kraftfahrzeug 1 eine aufgeladene oder neue Batterie entweder von vorne oder von hinten zugeführt werden kann. Durch weitere Pfeile 24 und 25 ist angedeutet, dass entladene Batterien sowohl nach hinten oder nach vorne aus dem Kraftfahrzeug 1 abgeführt werden können.
In den 3 bis 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Batteriewechselsystems mit einer Positionierfläche 30 für das Kraftfahrzeug 1 zwischen den Batterieträgeranordnungen 5 und 6 angedeutet. Die Positionierfläche 30 ist auf Schienen 31, 32 quer zur Fahrzeuglängsrichtung zwischen den Batterieträgeranordnungen 5 und 6 verfahrbar.
In 3 ist durch einen Pfeil 34 angedeutet, dass das Kraftfahrzeug 1 in dem dargestellten Zustand der Positionierfläche 30 auf diese drauffahren kann. In 4 ist durch einen Pfeil 35 angedeutet, dass die Positionierfläche 30 mit dem darauf abgestellten Kraftfahrzeug 1 auf den Schienen 31, 32 zwischen die Batterieanordnungen 5 und 6 verfahrbar ist.
In 5 ist die Positionierfläche mit dem darauf abgestellten Kraftfahrzeug 1 zwischen den beiden Batterieträgeranordnungen 5 und 6 angeordnet. Durch einen Pfeil 37 ist angedeutet, dass eine aufgeladene Batterie 7 aus der Batterieträgeranordnung 6 in den Batterieaufnahmeraum des Kraftfahrzeugs 1 eingeführt wird.
Dabei kann eine in dem Batterieaufnahmeraum angeordnete entladene Batterie mit Hilfe der aufgeladenen Batterie 7 aus dem Batterieaufnahmeraum herausgedrückt werden, wie durch einen Pfeil 36 angedeutet ist. Die entladene Batterie wird, wie durch eine Batterie 8 angedeutet ist, von der Batterieträgeranordnung 5 aufgenommen.
In den 6 bis 8 ist ein Batteriewechselsystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel mit bewegbaren Batterieträgeranordnungen 5 und 6 in verschiedenen Zuständen dargestellt. Die Batterieträgeranordnungen 5, 6 sind in Fahrzeugquerrichtung mit Hilfe von Schienen 41, 42, 43, 44 bewegbar geführt.
In 6 ist durch einen Pfeil 46 angedeutet, dass das Kraftfahrzeug 1 über die Schienen 41, 42 in einen Zwischenraum zwischen den Schienen 42 und 43 gefahren werden kann. In 7 ist durch Pfeile 47 und 48 angedeutet, dass die Batterieträgeranordnungen 5, 6 auf den Schienen 41 bis 44 in Fahrzeugquerrichtung verfahrbar sind.
In 8 sind die Batterieträgeranordnungen 5, 6 so verfahren, dass das Kraftfahrzeug 1 in Längsrichtung zwischen den Batterieträgeranordnungen 5 und 6 angeordnet ist. Durch einen Pfeil 49 ist in 8 angedeutet, dass eine entladene Batterie aus dem Batterieaufnahmeraum des Kraftfahrzeugs 1 abgeführt wird. Später oder gleichzeitig wird eine aufgeladene Batterie 7, wie durch einen weiteren Pfeil 50 angedeutet ist, dem Kraftfahrzeug 1 zugeführt.
In 9 ist ein Ausführungsbeispiel einer Batterie 52 perspektivisch dargestellt. In dem erfindungsgemäßen Batteriewechselsystem können, wie durch einen Querschnitt 52 angedeutet ist, Batterien verwendet werden, die einen rechteckigen Querschnitt haben.
Die Batterie 52 kann aber auch, wie durch einen Querschnitt 54 angedeutet ist, zwei tragende Flächen 55, 56 aufweisen. Durch einen Querschnitt 58 ist angedeutet, dass zusätzlich zu den tragenden Flächen 55 und 56 an der Oberseite der Batterie auch ein Steg 60 vorgesehen sein kann, der zwei weitere tragende Flächen 61, 62 aufweist. Mit den tragenden Flächen 55, 56; 61, 62 kann die Batterie auf einfache Art und Weise, vorzugsweise gleitend, in dem Batterieaufnahmeraum des Kraftfahrzeugs geführt sein.
In 10 sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Batterien 65, 68 und 70 dargestellt, die, wie man in den zugehörigen Querschnitten 67, 69 und 71 sieht, mit einer Kühleinrichtung ausgestattet sind. Durch einen Doppelpfeil 66 ist angedeutet, dass die Länge der Batterie variieren kann. Je nach Länge hat die Batterie eine andere Kapazität.
In dem Querschnitt 67 ist angedeutet, dass die Kühleinrichtung eine Vielzahl von Durchgangslöchern oder Kühlkanälen umfassen kann, die sich in Längsrichtung durch die Batterie beziehungsweise durch ein Gehäuse der Batterie 65 hindurch erstrecken. In dem Querschnitt 69 ist angedeutet, dass die Batterie 68 außen eine Vielzahl von Kühlrippen aufweisen kann. In dem Querschnitt 71 ist angedeutet, dass die Batterie 70 sowohl außen als auch innen Kühlrippen aufweisen kann.
In 11 ist im Querschnitt dargestellt, wie die Batterie 53 in einem Batterieaufnahmeraum 75 des Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann. Die Batterie 53 ist mit ihren tragenden Flächen 55, 56 auf Führungsprofilen 76, 77 angeordnet, insbesondere gleitend geführt. Durch Pfeile 78 und 79 ist angedeutet, dass sich die Batterie 53 mit ihrem gesamten Gewicht über die tragenden Flächen 55, 56 auf den Führungsprofilen 76, 77 abstützt, die fahrzeugfest in dem Batterieaufnahmeraum 75 angebracht sind.
In 12 sieht man, dass die Batterie 70 in gleicher Weise in dem Batterieaufnahmeraum 75 angeordnet sein kann. Die Batterie 58 kann mit ihren tragenden Flächen 61, 62 an weiteren Führungsprofilen 73, 74 abgestützt sein, die sich in Längsrichtung durch den Batterieaufnahmeraum 75 erstrecken und fahrzeugfest angebracht sind. Die Batterie 68 kann ebenfalls in dem Batterieaufnahmeraum 75 angeordnet werden.
Unten rechts ist in 12 dargestellt, dass der Batterieaufnahmeraum 75 an den Führungsprofilen in den Ecken des Querschnitts mit Führungs- und/oder Gleitelementen 81 bis 88 versehen sein kann. Durch die Führungs- und/oder Gleitelemente 81 bis 88 wird eine Bewegung der Batterie in dem Batterieaufnahmeraum 75 in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erheblich vereinfacht. Dadurch können die Kräfte, die benötigt werden, um eine Batterie zuzuführen oder abzuführen, deutlich reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

FR 2705926 A1 [0002]
FR 2801539 A1 [0002]
DE 69425511 T2 [0002]
EP 0735978 B1 [0002]

Claims

System zum Wechseln von mindestens einer Batterie (7, 8; 52; 65; 68; 70) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batterieaufnahmeraum (75), der sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug (1) erstreckt, gekennzeichnet durch: eine erste Batterieträgeranordnung (5), die ein Zuführen/Abführen einer aufgeladenen/entladenen Batterie (8, 7) von vorne oder hinten ermöglicht, und eine zweite Batterieträgeranordnung (6), die ein Abführen/Zuführen einer entladenen/aufgeladenen Batterie (7, 8) von hinten oder vorne ermöglicht.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieträgeranordnungen (5, 6) in oder quer zur Fahrzeuglängsrichtung bewegbar sind, um die Batterieträgeranordnungen (5, 6) vor beziehungsweise hinter dem Kraftfahrzeug (1) zu positionieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (1) zwischen feststehende Batterieträgeranordnungen (5, 6) bewegbar ist, um die Batterieträgeranordnungen (5, 6) vor beziehungsweise hinter dem Kraftfahrzeug (1) zu positionieren.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (7, 8) im Wesentlichen die Gestalt eines lang gezogenen Quaders aufweist, dessen Größe an die Größe des Batterieaufnahmeraums (75) angepasst ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (52) mindestens zwei tragende Führungsflächen (55, 56) aufweist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass den tragenden Führungsflächen (55, 56) der Batterie jeweils ein tragendes Führungsprofil (76, 77) in dem Batterieaufnahmeraum (75) zugeordnet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühleinrichtung in die Batterie (65; 68; 70) integriert ist.
Verfahren zum Wechseln von mindestens einer Batterie (7, 8) eines Kraftfahrzeugs (1), mit einem Batterieaufnahmeraum (75), der sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug (1) erstreckt, mit einem Batteriewechselsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine entladene Batterie (7) aus dem Batterieaufnahmeraum (75) abgeführt wird, während dem Batterieaufnahmeraum (75) gleichzeitig eine aufgeladene Batterie (8) zugeführt wird.
Kraftfahrzeug mit einem sich in Fahrzeuglängsrichtung durch das Kraftfahrzeug erstreckenden Batterieaufnahmeraum (75), in welchem eine Batterie (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (2) mit Hilfe eines Batteriewechselsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 7, insbesondere gemäß einem Batteriewechselverfahren nach Ansprüche 8 oder 9, wechselbar ist beziehungsweise gewechselt wird.