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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Antriebsvorrichtung, welche zum Antreiben des Kraftfahrzeugs dient, sowie mit einer Fahrzeugbatterie, die eine elektrische Spannung für die elektrische Antriebsvorrichtung bereitstellt. Die Erfindung betrifft außerdem eine elektrische Batterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wie auch ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer solchen Batterie mit einer Anschlusseinrichtung eines Kraftfahrzeugs.
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Elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge sind bereits Stand der Technik. Sie beinhalten eine elektrische Antriebsvorrichtung – etwa einen Elektromotor –, welche mit elektrischer Energie versorgt wird. Zum Bereitstellen dieser elektrischen Energie ist in elektrischen Kraftfahrzeugen eine Fahrzeugbatterie vorhanden, die auch als „Traktionsbatterie” bezeichnet wird. Die Fahrzeugbatterie stellt in der Regel eine elektrische Spannung mit einer relativ hohen Amplitude bereit, die sogar mehrere hundert Volt erreichen kann. Aus diesem Grund ist die Fahrzeugbatterie ein sicherheitsrelevantes Bauteil, welches ausschließlich durch geschultes Personal mit einer besonderen Ausbildung gehandhabt werden darf. Der Fahrer darf somit in der Regel die Fahrzeugbatterie seines Kraftfahrzeugs nicht betätigen; auch eine Vielzahl von Werkstätten verfügen noch nicht über ein derart geschultes Personal.
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Deshalb können unterschiedlichste Situationen auftreten, die für den Fahrer problematisch sind: Man könnte sich beispielsweise eine Situation vorstellen, in welcher das Kraftfahrzeug aufgrund einer leeren Fahrzeugbatterie auf einer Autobahn stehen bleibt. Weil das Aufladen der Fahrzeugbatterie in einer solchen Situation prinzipiell unmöglich ist, müsste das Kraftfahrzeug hin zu der nächsten Ladestation bzw. „Tankstelle” abgeschleppt werden. Selbiges Problem tritt auch dann auf, wenn die Fahrzeugbatterie etwa aufgrund der Alterung während der Fahrt ausfällt. Auch hier hat der Fahrer keine Möglichkeit, die Fahrzeugbatterie selbst auszutauschen, sondern das Kraftfahrzeug muss abgeschleppt und die Fahrzeugbatterie durch eine geschulte Person ausgetauscht werden.
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In all diesen Situationen kann der Fahrer alleine nichts unternehmen und wird von der Hilfe Dritter abhängig.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Lösung aufzuzeigen, wie in den oben geschilderten Situationen der Fahrer wirkungsvoll und sicher unterstützt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kraftfahrzeug, durch eine elektrische Batterie sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung und der Figur.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug wird auf elektrischem Wege angetrieben. Es beinhaltet eine elektrische Antriebsvorrichtung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, wie auch eine Fahrzeugbatterie zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung, mit welcher die Antriebsvorrichtung versorgt wird. Das Kraftfahrzeug weist eine elektrische Anschlusseinrichtung auf, welche zum Anschließen einer elektrischen Reservebatterie mit einer gegenüber der Fahrzeugbatterie geringeren Batteriekapazität zum Versorgen der Antriebsvorrichtung mit elektrischer Energie dient.
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In den oben geschilderten Situationen wird der Fahrer also dadurch unterstützt, dass ihm die Möglichkeit eingeräumt wird, eine „kleinere” Reservebatterie an die – insbesondere ohne ein Werkzeug zugängliche – Anschlusseinrichtung anzuschließen, sodass die Antriebsvorrichtung des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie aus der Reservebatterie versorgt wird. Je nach Batteriekapazität der Reservebatterie kann der Fahrer somit bei einer leeren Fahrzeugbatterie oder aber nach Ausfall der Fahrzeugbatterie zumindest zu der nächstgelegenen Ladestation bzw. Werkstatt fahren; die Antriebsvorrichtung wird nämlich mit elektrischer Spannung der Reservebatterie versorgt. Selbst wenn der Fahrer eine solche Reservebatterie nicht parat hat, kann er die Pannenhilfe anrufen, und die Reservebatterie kann dann von dem Pannenhilfe-Dienstleister geliehen werden. Ein Abschleppen des Kraftfahrzeugs ist hier nicht mehr nötig, und es können Kosten gespart werden, wie auch die wertvolle Zeit. Außerdem bringt der Abschleppvorgang erhöhte Sicherheitsrisiken für das ziehende sowie für das abgeschleppte Fahrzeug, fall nicht mit einem speziellen Abschlepp-LKW gearbeitet wird. Dies gilt insbesondere bei Fahrzeugen, die keine Unterstützungssysteme aufweisen, wie etwa eine Servolenkung, einen Bremskraftverstärker und dergleichen. Der Fahrer des abgeschleppten Fahrzeugs wird auch heufig überfordert.
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Erfindungsgemäß wird also eine Anschlusseinrichtung an einer geeigneten Stelle in dem Kraftfahrzeug – insbesondere im Kofferraum – bereitgestellt, an welche die Reservebatterie bzw. Backup-Batterie angeschlossen werden kann. Insbesondere ist dann auch die Möglichkeit gegeben, die Reservebatterie mechanisch an der entsprechenden Stelle zu sichern.
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Die Reservebatterie weist eine geringere Batteriekapazität als die Fahrzeugbatterie auf. Dies bedeutet insbesondere, dass die Reservebatterie deutlich leichter als die Fahrzeugbatterie sein kann, sodass sie ohne viel Aufwand durch den Fahrer getragen werden kann. Bevorzugt liegt die Masse der Reservebatterie in einem Wertebereich von 5 kg bis 20 kg, insbesondere in einem Wertebereich von 10 kg bis 20 kg.
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Weil der Fahrer nun die Reservebatterie auch selbst anschließen kann, werden selbstverständlich Maßnahmen getroffen, welche für die Sicherheit sorgen. In einer Ausführungsform weist die Anschlusseinrichtung des Fahrzeugs – und insbesondere auch die korrespondierende Anschlusseinrichtung der Reservebatterie – (jeweils) eine Sicherheitseinrichtung auf, mittels welcher ein elektrisches Kontaktelement der Anschlusseinrichtung beim Nichtangeschlossensein der Reservebatterie nach außen hin verdeckt ist. Die Sicherheitseinrichtung kann beispielsweise einen Deckel aufweisen, durch welchen das elektrische Kontaktelement nach außen hin verdeckt ist. Somit wird verhindert, dass der Fahrer oder aber eine andere Person in Kontakt mit dem elektrischen Kontaktelement gelangt. Die Kontaktierung des elektrischen Kontaktelements ist selbst mit einem Werkzeug ausgeschlossen.
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Wenn das elektrische Kontaktelement der Anschlusseinrichtung beim Nichtangeschlossensein der Reservebatterie mittels der Sicherheitseinrichtung verdeckt ist, so muss auch gewährleistet werden, dass die Reservebatterie – wenn sie an die Anschlusseinrichtung angeschlossen wird – dieses elektrische Kontaktelement kontaktieren kann. Zu diesem Zwecke weist die Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs eine Erkennungseinrichtung auf, welche erkennt, ob die Reservebatterie an die Anschlusseinrichtung mechanisch angeschlossen ist oder nicht. Die Erkennungseinrichtung sorgt dann dafür, dass erst nach dem Erkennen des mechanischen Angeschlossenseins der Reservebatterie eine elektrische Verbindung zwischen einem elektrischen Kontaktelement der Reservebatterie und dem Kontaktelement der Anschlusseinrichtung hergestellt wird. Die Gefahr eines Stromschlags ist somit ausgeschlossen.
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Die Erkennung des mechanischen Angeschlossenseins der Reservebatterie kann beispielsweise so aussehen, dass beim Anschließen der Reservebatterie an die Anschlusseinrichtung eine Kommunikationsverbindung zwischen der Erkennungseinrichtung einerseits und einer Kommunikationseinheit der Reservebatterie andererseits hergestellt wird. Die Erkennungseinrichtung kann dann das mechanische Angeschlossensein der Reservebatterie anhand einer Datenkommunikation mit der Kommunikationseinheit erkennen. Ist eine solche Datenkommunikation mit der Reservebatterie möglich, so wird dies durch die Erkennungseinrichtung dahingehend interpretiert, dass die Reservebatterie an die Anschlusseinrichtung bereits mechanisch angeschlossen ist, sodass die elektrische Verbindung zwischen den beiderseitigen Kontaktelementen sicher und ohne Gefahr hergestellt werden kann.
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Die Herstellung der elektrischen Verbindung kann automatisch erfolgen: Die Erkennungseinrichtung kann nach dem Erkennen des mechanischen Angeschlossenseins der Reservebatterie einen Aktor ansteuern, mittels welchem die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktelementen hergestellt wird. Der Aktor kann beispielsweise den oben genannten Deckel öffnen und zumindest eines der beiden Kontaktelemente derart bewegen, dass die elektrische Verbindung aufgebaut wird. Somit wird die elektrische Verbindung zuverlässig hergestellt. Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass nach dem Erkennen des Angeschlossenseins die Erkennungseinrichtung einen Hinweis bzw. ein Signal an den Benutzer ausgibt, mit welchem der Benutzer darauf hingewiesen wird, dass die Reservebatterie bzw. ein Anschluss der Reservebatterie weiter gedrückt oder gedreht oder dergleichen werden kann, um die elektrische Verbindung zu ermöglichen.
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Insgesamt wird also eine intelligente Stecker-Buchse-Detektion zur sicheren Handhabung der Reservebatterie bereitgestellt. Die Kontaktelemente sind bei getrennten Systemen (Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs einerseits und Reservebatterie andererseits) und auch beim Zusammenstecken mechanisch verriegelt. Erst wenn die beiden Systeme einander erkannt haben und eine Kontaktierung der Kontaktelemente mit Personen ausgeschlossen ist, wird der Schutz entriegelt und die elektrische Verbindung automatisiert hergestellt bzw. ermöglicht. Eine Statusabfrage dieses Vorgangs kann dann beispielsweise über ein im Kraftfahrzeug angeordnetes Display erfolgen.
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Selbstverständlich genügt auch die Reservebatterie allen Anforderungen an Sicherheit. Sie ist so ausgebildet, dass sie auch ohne eine Flüssigkeitskühlung auskommt und auch beim Herunterfallen nicht zerstört wird.
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Erfindungsgemäß wird darüber hinaus auch eine elektrische Batterie (Reservebatterie) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt. Sie weist eine Anschlusseinrichtung zum Anschließen der Batterie an eine korrespondierende Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs auf. Die Batterie weist auch eine Sicherheitseinrichtung auf, mittels welcher ein elektrisches Kontaktelement der Anschlusseinrichtung der Batterie beim Nichtangeschlossensein der Batterie nach außen hin verdeckt ist. Die Batterie ist so ausgebildet, dass nach Anschließen der Batterie an die Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs das Angeschlossensein der Batterie mittels einer Erkennungseinrichtung – diese kann in die Batterie und/oder in das Kraftfahrzeug integriert sein – erkennbar ist und erst nach der Erkennung des mechanischen Angeschlossenseins eine elektrische Verbindung zwischen einem elektrischen Kontaktelement der Batterie und einem elektrischen Kontaktelement der fahrzeugseitigen Anschlusseinrichtung herstellbar ist.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum elektrischen Verbinden einer Batterie mit einer Anschlusseinrichtung eines Kraftfahrzeugs durch mechanisches Anschließen der Batterie an die Anschlusseinrichtung des Kraftfahrzeugs, Erkennen des Angeschlossenseins der Batterie mittels einer Erkennungseinrichtung und Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen einem Kontaktelement der Batterie und einem Kontaktelement der Anschlusseinrichtung erst nach dem Erkennen des Angeschlossenseins.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug vorgestellten bevorzugten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten – soweit anwendbar – entsprechend für die erfindungsgemäße Batterie sowie für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, wie auch unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Dabei veranschaulicht die einzige Figur in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Ein in der Figur dargestelltes Kraftfahrzeug 1 ist im Ausführungsbeispiel ein Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug 1 beinhaltet eine elektrische Antriebsvorrichtung 2, welche ein Elektromotor ist und zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 1 dient. Die Antriebsvorrichtung 2 wird mit elektrischer Energie aus einer im Kraftfahrzeug 1 fest angeordneten Fahrzeugbatterie 3 versorgt. Die Fahrzeugbatterie 3 ist eine Hochvoltbatterie und stellt eine elektrische Spannung mit einer relativ hohen Amplitude bereit, mit welcher die Antriebsvorrichtung 2 versorgt wird.
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Im Kraftfahrzeug 1 – etwa in einem Kofferraum 4 – ist eine Anschlusseinrichtung 5 angeordnet, welche mit der Antriebsvorrichtung 2 elektrisch gekoppelt ist. Alternativ oder ergänzend kann die Anschlusseinrichtung 5 mit der Fahrzeugbatterie 3 elektrisch gekoppelt sein, wie mit der Pfeildarstellung 6 dargestellt.
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Die Anschlusseinrichtung 5 dient zum Anschließen einer fahrzeugexternen Reservebatterie 7. Die Reservebatterie 7 kann im Kofferraum 4 positioniert und dort mechanisch gesichert werden. Sie kann dann an die Anschlusseinrichtung 5 angeschlossen werden. Hierzu weist auch die Reservebatterie 7 eine korrespondierende Anschlusseinrichtung 8 auf, die gegebenenfalls auch über ein nicht dargestelltes Kabel mit dem Gehäuse der Reservebatterie 7 verbunden sein kann. Eine der Anschlusseinrichtungen – die fahrzeugseitige Anschlusseinrichtung 5 oder die batterieseitige Anschlusseinrichtung 8 – ist in Farm eines Steckers ausgebildet; die andere Anschlusseinrichtung 5, 8 ist in Form einer Steckdose bzw. einer Buchse ausgeführt.
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Beide Anschlusseinrichtungen 5, 8 weisen zumindest ein elektrisches Kontaktelement (in der Figur nicht dargestellt), und insbesondere jeweils zwei Kontaktelemente, auf. Ein Kontaktelement ist für Masse vorgesehen, während an dem anderen Kontaktelement das positive elektrische Potential bereitgestellt ist. Sowohl die Anschlusseinrichtung 5 als auch die Anschlusseinrichtung 8 weisen jeweilige Sicherheitseinrichtungen auf, durch welche die jeweiligen Kontaktelemente nach außen hin verdeckt sind. Dies bedeutet, dass die Kontaktelemente von außen zunächst unsichtbar sind und von einer Person auch nicht berührt bzw. nicht erreicht werden können. Die Kontaktelemente sind von außen nicht zugänglich. Selbst mit einem einfachen Werkzeug – etwa einem Schraubenzieher und dergleichen – können die Kontaktelemente nicht kontaktiert werden. Der Benutzer kann somit die Reservebatterie 7 beliebig handhaben und auch die fahrzeugseitige Anschlusseinrichtung 5 beliebig berühren; er gelangt nicht in Kontakt mit elektrischer Spannung.
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Die genannten Sicherheitseinrichtungen können beispielsweise jeweils einen Deckel bzw. eine Klappe aufweisen, welcher bzw. welche die elektrischen Kontaktelemente nach außen hin verdeckt.
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Die Reservebatterie 7 kann über ihre Anschlusseinrichtung 8 an die fahrzeugseitige Anschlusseinrichtung 5 zunächst mechanisch angeschlossen, d. h. zunächst mit der fahrzeugseitigen Anschlusseinrichtung 5 mechanisch verbunden werden. Dabei wird der Stecker einfach in die korrespondierende Buchse eingesteckt. Die elektrische Verbindung zwischen den beiden Anschlusseinrichtungen 5, 8 ist hier noch nicht gewährleistet. Erst wenn eine Erkennungseinrichtung 9 der fahrzeugseitigen Anschlusseinrichtung 5 das mechanische Angeschlossensein der Reservebatterie 7 erkennt, wird die elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen Kontaktelementen hergestellt. Alternativ kann die Erkennungseinrichtung 9 auch in die Reservebatterie 7 integriert sein.
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Die Erkennungseinrichtung 9 kann beispielsweise eine Kommunikationseinheit sein, welche mit einer batterieseitigen Kommunikationseinheit 10 kommunizieren bzw. Daten austauschen kann. Beim mechanischen Anschließen der Reservebatterie 7 an die fahrzeugseitige Anschlusseinrichtung 5 – also beim Einstecken des Steckers in die Buchse – wird gleichzeitig eine Kommunikationsverbindung zwischen der Erkennungseinrichtung 9 und der Kommunikationseinheit 10 aufgebaut, sodass Daten zwischen der Erkennungseinrichtung 9 und der Kommunikationseinheit 10 ausgetauscht werden können. Anhand dieser Kommunikationsverbindung erkennt die Erkennungseinrichtung 9, dass die Reservebatterie 7 mit der fahrzeugseitigen Anschlusseinrichtung 5 mechanisch verbunden ist. Wird dies durch die Erkennungseinrichtung 9 erkannt, so veranlasst diese das Herstellen der elektrischen Verbindung zwischen den beiderseitigen Kontaktelementen.
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Zur Herstellung der elektrischen Verbindung kann die Erkennungseinrichtung 9 beispielsweise einen Aktor ansteuern, durch welchen die genannten Sicherheitseinrichtungen entriegelt und die Kontaktelemente miteinander verbunden werden. Alternativ kann auch ein Informationssignal ausgegeben werden, durch welches der Benutzer darauf hingewiesen wird, dass die batterieseitige Anschlusseinrichtung 8 auf eine spezielle Art und Weise relativ zur fahrzeugseitigen Anschlusseinrichtung 5 bewegt werden soll. Es kann sich hier beispielsweise um das Verschieben und/oder das Drehen der Anschlusseinrichtung 8 handeln.
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Die Reservebatterie 7 kann auch eine weitere Anschlusseinrichtung 11 aufweisen, über welche eine weitere, nicht dargestellte Reservebatterie an die Reservebatterie 7 angeschlossen und mit dieser elektrisch gekoppelt werden kann. Dabei kann eine Parallelschaltung zwischen den beiden Reservebatterien ermöglicht werden, sodass insgesamt die Batteriekapazität des Systems erhöht wird. Selbstverständlich weist die Anschlusseinrichtung 11 die oben näher beschriebene Sicherheitseinrichtung auf.
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Die Reservebatterie 7 und/oder die Fahrzeugbatterie 3 kann/können auch mittels einer Photovoltaik-Anlage aufgeladen werden. Eine derartige Anlage kann beispielsweise an dem Kraftfahrzeug 1 angeordnet sein.
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Es kann in Verbindung mit der Erkennung des Anschließens der Reservebatterie 7 auch eine Logik vorgesehen sein, durch welche die Fahrzeugbatterie 3 (Hauptbatterie) abgeschaltet bzw. von dem Bordnetz entkoppelt wird. Somit ist gewährleistet, dass die Energie der Reservebatterie 7 nicht in die zu ladende Fahrzeugbatterie 3 übertragen wird und ausschließlich zum Antreiben des Fahrzeugs zur Verfügung steht. Also steht die Energie der Reservebatterie 7 alleine dem Triebstrang – also der Antriebsvorrichtung 2 – zur Verfügung. Das Fahrzeug kann hier auch in einen Notbetrieb geschaltet werden, in welchem vorbestimmte elektrische Komfortverbraucher abgeschaltet werden. Somit wird die Energie der Reservebatterie 7 weiterhin geschont.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- elektrische Antriebsvorrichtung
- 3
- Fahrzeugbatterie
- 4
- Kofferraum
- 5
- Anschlusseinrichtung
- 6
- Pfeildarstellung
- 7
- Reservebatterie
- 8
- Anschlusseinrichtung
- 9
- Erkennungseinrichtung
- 10
- Kommunikationseinheit
- 11
- Anschlusseinrichtung
