DE102012205414B3 - Electrically powered vehicle has removable traction battery that is arranged in underbody-sided constructed space, where transmission unit is provided for fixed interlocking of traction battery in underbody-sided constructed space - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer in einem unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeugs angeordneten, wechselbaren Traktionsbatterie.The invention relates to an electrically driven vehicle having a removable traction battery arranged in a compartment-side installation space of the vehicle.
Im Zuge der Verknappung fossiler Energieträger und verstärkter Schadstoffbelastung durch einen weltweit zunehmenden Individualverkehr gewinnt die Suche nach alternativen Antriebskonzepten zum Verbrennungsmotor an Bedeutung. Elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge versprechen hier insbesondere dann eine deutliche Verbesserung der Ökobilanz, wenn die für ihren Betrieb eingesetzte Primärenergie regenerativer Art ist.In the course of the scarcity of fossil fuels and increased pollutant pollution by an increasing individual traffic worldwide, the search for alternative drive concepts for internal combustion engines is gaining in importance. Electrically powered motor vehicles promise to significantly improve the ecological balance, especially if the primary energy used for their operation is of a regenerative nature.
Einem flächendeckenden Einzug elektrisch betriebener Fahrzeuge stehen jedoch nach wie vor die hohen Kosten der zur Energiespeicherung benötigten Batterie entgegen sowie deren begrenzte Speicherkapazität und ihre im Vergleich zu einem Tankvorgang lange Ladedauer. Die derzeit verfügbare Batterietechnologie ermöglicht nicht die Energiedichte fossiler Brennstoffe, sodass die Reichweite rein elektrisch angetriebener Fahrzeuge nicht den Anforderungen vieler Verbraucher gerecht werden kann.However, a nationwide collection of electrically powered vehicles are still the high cost of the energy storage required battery and their limited storage capacity and their compared to a refueling long charging time. The currently available battery technology does not allow the energy density of fossil fuels, so the range of purely electrically driven vehicles can not meet the needs of many consumers.
Ein Ansatz zur Ertüchtigung elektrisch betriebener Fahrzeuge für den Langstreckenverkehr stellen jedoch Batteriewechselsysteme dar. Ein solches ist beispielsweise aus
Bei einem solchen Modell erwirbt der Fahrer nicht die teure Traktionsbatterie, was die anfänglichen Investitionen für ein Elektrofahrzeug deutlich reduziert. Vielmehr ist beispielsweise der Betreiber der Wechselstation oder ein weiterer Serviceprovider Eigentümer der Batterie, der sich wiederum über entsprechende Nutzungsgebühren finanzieren kann.In such a model, the driver does not purchase the expensive traction battery, which significantly reduces the initial investment for an electric vehicle. Rather, for example, the operator of the changing station or another service provider owner of the battery, which in turn can finance through appropriate user fees.
Der Betrieb von Elektrofahrzeugen mit Wechselakkus erfordert nicht nur eine entsprechende Infrastruktur an Batteriewechselstationen, sondern auch geeignete konstruktive Elemente im Fahrzeug, die einen schnellen Batteriewechsel ermöglichen und eine sichere Fixierung der Traktionsbatterie im Fahrzeug gewährleisten.The operation of electric vehicles with replaceable batteries requires not only an appropriate infrastructure at battery changing stations, but also suitable structural elements in the vehicle, which allow rapid battery replacement and ensure secure fixation of the traction battery in the vehicle.
Aus der
Die
Die
Die Veröffentlichung Prechter + Renner: Kabelverbindungen + Kabelschutz, Ausgabe 12/02, Seiten 58–60 zeigt diverse Membran-Durchführungselemente zur Durchführung von Leitungen, Kabeln und Rohren.The publication Prechter + Renner: Cable connections + cable protection,
Die
In der von der Anmelderin eingereichten, nicht vorveröffentlichten
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein konstruktiv einfaches und gegen Umwelteinflüsse geschütztes Konzept für elektrisch betriebene Fahrzeuge mit wechselbarer Traktionsbatterie bereitzustellen.The invention is therefore based on the object, a structurally simple and protected against environmental influences concept for electric to provide powered vehicles with replaceable traction battery.
Diese Aufgabe wird durch ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ein derartiges Fahrzeug umfasst eine in einem unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeugs angeordnete, wechselbare konventionelle Traktionsbatterie und eine Getriebeeinheit zur ortsfesten Verriegelung der Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum, wobei die Getriebeeinheit eine Werkzeugschnittstelle aufweist, an die ein außerhalb des Fahrzeugs angeordnetes Betätigungswerkzeug durch ein im Fahrzeugunterboden angeordnetes Loch angreifen kann, um die Traktionsbatterie zu lösen oder zu fixieren. Erfindungsgemäß wird diese Anordnung derart ausgebildet, dass das Betätigungswerkzeug durch ein im Fahrzeugunterboden angeordnetes Loch geführt werden kann und dass eine Dichtung zur unterbodenseitigen Abdichtung des Lochs vorgesehen ist, wobei die Dichtung einen Dichtschlitz aufweist, der durch das Betätigungswerkzeug aufschiebbar ist und wobei die Dichtung eine Elastizität aufweist, die ein Schließen des Dichtschlitzes nach Entfernen des Betätigungswerkzeugs bewirkt.This object is achieved by an electrically driven vehicle having the features according to
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.Advantageous embodiments of the invention can be found in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst mindestens eine Getriebeeinheit, vorzugsweise vier, die ortsfest im Fahrzeugchassis untergebracht ist bzw. sind. Die Getriebeeinheit dient der Verriegelung der Traktionsbatterie im eingebauten Zustand. Durch einen externen Eingriff von einer Batteriewechselstation kann die Getriebeeinheit betätigt werden. Hierzu ist ein Betätigungswerkzeug notwendig, welches nicht an das Fahrzeugchassis angebracht ist. Vielmehr ist das Betätigungswerkzeug ein Element der Batteriewechselstation. Dies hat den Vorteil, dass ein solches unter Umständen schweres und kostenträchtiges Werkzeug nicht im Fahrzeug mitgeführt werden muss und demnach auch die Kosten für das Fahrzeug nicht erhöht.The vehicle according to the invention comprises at least one gear unit, preferably four, which is or are fixedly accommodated in the vehicle chassis. The gear unit serves to lock the traction battery in the installed state. By an external intervention of a battery changing station, the transmission unit can be operated. For this purpose, an actuating tool is necessary, which is not attached to the vehicle chassis. Rather, the operating tool is an element of the battery changing station. This has the advantage that such a possibly difficult and costly tool does not have to be carried in the vehicle and therefore does not increase the cost of the vehicle.
Die Werkzeugschnittstelle der Getriebeeinheit ist von der Fahrzeugunterbodenseite aus zugänglich. Es befindet sich somit für jede Getriebeeinheit, die im Fahrzeug zur Fixierung der Traktionsbatterie vorgesehen ist, ein Loch in der Fahrzeugunterbodenseite. Durch dieses Loch dringt das Betätigungswerkzeug in den unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeugs ein, um die Getriebeeinheit zu betätigen. Indem von dem Betätigungswerkzeug ein Drehmoment auf die Getriebeeinheit übertragen wird, kann die Traktionsbatterie gelöst oder fixiert werden.The tool interface of the transmission unit is accessible from the vehicle underbody side. It is thus for each gear unit, which is provided in the vehicle for fixing the traction battery, a hole in the vehicle underbody side. Through this hole, the operating tool penetrates into the compartment-side space of the vehicle to operate the gear unit. By transmitting torque from the operating tool to the gear unit, the traction battery can be released or fixed.
Im Fahrbetrieb muss das Loch gegen äußere Umwelteinflüsse wie beispielsweise Spritzwasser, Schmutz oder Schnee, abgedichtet werden. Hierzu ist unterbodenseitig eine Abdichtung vorgesehen, die ähnlich wie eine Membrane vom Betätigungswerkzeug durchdrungen werden kann und sich nach einem Entfernen des Betätigungswerkzeugs wieder selbstständig schließt. Diese Funktionalität wird dadurch erreicht, dass die Dichtung einen Dichtschlitz aufweist, der durch das Betätigungselement aufschiebbar ist, wobei die Dichtung eine derartige Elastizität besitzt, dass sie nach dem Entfernen des Betätigungswerkzeuges automatisch wieder in ihren Ausgangszustand zurückfindet.When driving, the hole must be sealed against external environmental influences such as splashing water, dirt or snow. For this purpose, a seal is provided on the bottom side, which can be penetrated by the actuating tool similar to a membrane and closes automatically after removal of the actuating tool. This functionality is achieved in that the seal has a sealing slot which can be pushed by the actuating element, wherein the seal has such an elasticity that it automatically returns to its initial state after the removal of the actuating tool.
Mithin liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass sich das von Honig- oder Ketchupflaschen bekannte Membranprinzip in äußerst vorteilhafter Weise zur Abdichtung der besagten Werkzeugschnittstelle adaptieren lässt. Bei Honig- oder Ketchupflaschen sorgt ein sich selbst schließender Silikonauslauf dafür, dass das in den Flaschen gelagerte Medium bei Überdruck ausfließen kann, gleichzeitig aber bei Abbau des Überdrucks der Inhalt selbstständig und ohne äußere Einflüsse wieder verschlossen wird. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung dieses Dichtprinzips in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug mit wechselbarer Traktionsbatterie sorgt das Einführen des Betätigungswerkzeugs für ein automatisches Öffnen der Dichtung, während das Entfernen des Betätigungswerkzeugs aufgrund der Elastizität der Dichtung das selbstständige Schließen bewirkt.Thus, the invention is based on the finding that the membrane principle known from honey or ketchup bottles can be adapted in an extremely advantageous manner for sealing said tool interface. In the case of honey or ketchup bottles, a self-closing silicone spout ensures that the medium stored in the bottles can flow out under overpressure, but at the same time, when the overpressure is removed, the contents are closed again automatically and without external influences. In the application of this sealing principle according to the invention in an electrically driven vehicle with replaceable traction battery, the insertion of the actuating tool for automatic opening of the seal, while the removal of the actuating tool causes the self-closing due to the elasticity of the seal.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung besteht die Dichtung aus Silikon. Hierdurch wird die notwendige Elastizität zum selbstständigen Wiederverschließen der Dichtung nach Entfernen des Betätigungswerkzeugs gewährleistet.In an advantageous embodiment of the invention, the seal is made of silicone. As a result, the necessary elasticity for self-reclosing of the seal after removal of the actuating tool is ensured.
Eine einfache Werkzeugschnittstelle ist in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass diese als Innen- oder Außensechskantprofil ausgebildet ist.A simple tool interface is in an advantageous embodiment of the invention characterized in that it is designed as an internal or external hexagon profile.
Eine alternative und ebenso vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist hingegen dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugschnittstelle als Torx-Profil ausgebildet ist.An alternative and equally advantageous embodiment of the invention, however, is characterized in that the tool interface is designed as a Torx profile.
Ferner ist eine Weiterbildung der Erfindung vorteilhaft, bei der die Werkzeugschnittstelle als Dreikantprofil ausgebildet ist. Eine derartige, im Vergleich zu den zuvor genannten Profilen weniger verbreitete Werkzeugschnittstelle bietet einen gewissen Schutz vor einer missbräuchlichen Betätigung der Getriebeeinheit.Furthermore, a development of the invention is advantageous in which the tool interface is designed as a triangular profile. Such, compared to the aforementioned profiles less common tool interface provides some protection against improper operation of the gear unit.
Die Fixierung der Traktionsbatterie gelingt auf besonders einfache, zuverlässige und kostengünstige Weise bei einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung, bei der die Getriebeeinheit
- – eine Spindel mit einem Spindelkopf umfasst, wobei der Spindelkopf die Werkzeugschnittstelle aufweist,
- – eine mit der Spindel formschlüssig verbundene, in Richtung der Spindelachse bewegliche und drehfest gelagerte Gewindemutter und
- – einen drehbar gelagerten Hebel, dessen Kraftarm mit der Gewindemutter unmittelbar verbunden ist derart, dass eine Bewegung der Gewindemutter in Richtung der Spindelachse eine Schwenkbewegung des Hebels in seinem Angelpunkt bewirkt,
- A spindle with a spindle head, the spindle head having the tool interface,
- - One with the spindle positively connected, movable in the direction of the spindle axis and rotatably mounted threaded nut and
- A rotatably mounted lever whose power arm is directly connected to the threaded nut such that movement of the threaded nut in the direction of the spindle axis causes pivotal movement of the lever at its pivot,
Die Aktuierung der Spindel geschieht hierbei durch einen externen Antrieb, der einer Batteriewechselstation zugeordnet ist. Hierdurch kann die fahrzeug- oder batterieseitig verbaute Einrichtung zum Wechseln der Batterie deutlich kostengünstiger gestaltet werden. Der externe Antrieb greift an den Spindelkopf an, um sein Antriebsmoment auf die Spindel zu übertragen und diese in eine Drehbewegung um die Spindelachse zu versetzen. Diese Drehbewegung wird bei der angesprochenen vorteilhaften Ausbildung der Erfindung in eine translatorische Bewegung der drehfest auf der Spindel gelagerten Gewindemutter gewandelt. Die Bewegungsrichtung der Gewindemutter hängt hierbei von der Drehrichtung der Spindel ab und ist stets in Richtung der Spindelachse orientiert. Unmittelbar in Kontakt mit der Gewindemutter steht der schwenkbare Hebel. Unmittelbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zwischen der Gewindemutter und dem Hebel keine weiteren, sich in Richtung der Hebelarme erstreckenden kraft- bzw. momentübertragenden, gelenkig an den Hebel und/oder die Gewindemutter angebundenen Komponenten angeordnet sind.The actuation of the spindle is done by an external drive, which is assigned to a battery changing station. This allows the vehicle or battery side built-in device for changing the battery can be made significantly cheaper. The external drive engages the spindle head to transmit its drive torque to the spindle and to set it in a rotational movement about the spindle axis. This rotational movement is converted in the mentioned advantageous embodiment of the invention in a translational movement of the rotatably mounted on the spindle nut. The direction of movement of the threaded nut depends on the direction of rotation of the spindle and is always oriented in the direction of the spindle axis. Immediately in contact with the nut is the pivoting lever. Immediately means in this context that between the threaded nut and the lever no further, extending in the direction of the lever arms force or torque transmitting, articulated connected to the lever and / or the threaded nut components are arranged.
Der Hebel erfährt bei der translatorischen Bewegung der Gewindemutter eine Drehbewegung um seinen Aufhängepunkt – das heißt, dessen Angelpunkt. Um die Batterie in das Fahrzeug zu heben, greift der Lastarm des Hebels in das Haltemittel ein und wandelt so die Schwenkbewegung des Hebels in eine translatorische Bewegung der Traktionsbatterie in den unterbodenseitigen Bauraum um. Besonders einfach gestaltet sich das Haltemittel in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung als Bolzen. Dieser kann beim Heben von dem Hebel gegriffen, gehoben und verspannt werden. Hierzu weist der Hebel vorzugsweise eine schaufelartige Funktionskontur im Bereich seines Lastarms auf.The lever undergoes a rotational movement about its suspension point during the translational movement of the threaded nut - that is, its pivot point. In order to lift the battery into the vehicle, the load arm of the lever engages in the holding means and thus converts the pivoting movement of the lever into a translatory movement of the traction battery into the compartment-side installation space. Particularly simple, the holding means designed in an advantageous embodiment of the invention as a bolt. This can be grasped by the lever when lifting, lifted and braced. For this purpose, the lever preferably has a blade-like functional contour in the region of its load arm.
Eine besonders sichere Fixierung der Traktionsbatterie im unterbodenseitigen Bauraum des Fahrzeugs gelingt in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung dadurch, dass das Fahrzeug vier der besagten Getriebeeinheiten mit jeweils einer der besagten Dichtungen aufweist. Demnach umfasst die Traktionsbatterie an zu den Getriebeeinheiten korrespondierenden Stellen angeordnete Haltemittel, vorzugsweise in Gestalt von Bolzen.A particularly secure fixation of the traction battery in the compartment-side space of the vehicle succeeds in an advantageous embodiment of the invention in that the vehicle has four of said transmission units, each with one of said seals. Accordingly, the traction battery comprises arranged at corresponding locations to the gear units holding means, preferably in the form of bolts.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.In the following the invention with reference to the embodiments illustrated in the figures will be described and explained in more detail.
Es zeigen:Show it:
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet.For identical or equivalent elements of the invention, identical reference numerals are used.
Die Getriebeeinheiten
Durch Drehen der Spindel
Eine detaillierte Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in den nachfolgenden Figuren dargestellt.A detailed representation of an advantageous embodiment of the device according to the invention is shown in the following figures.
An der Bodenseite besagter topfartiger Vertiefung
Als Material für den Dichtstopfen, dessen Funktionsweise von Honig- oder Ketchupflaschen bekannt ist, kommen neben Silikon auch andere Elastomere infrage.As a material for the sealing plug, whose operation of honey or Ketchupflaschen is known, in addition to silicone, other elastomers in question.
Eingeleitet wird die Drehbewegung über den Spindelkopf
Extern ist hier sowie im gesamten Dokument in Bezug auf den Aktuator derart auszulegen, dass er nicht Teil der Einrichtung ist und somit weder dazu vorgesehen ist, am Batterietrog befestigt zu werden noch an der Fahzeugkarosserie. Er ist vielmehr beispielsweise Teil einer Wechselstation und muss daher nicht im Fahrzeug mitgeführt werden. Im Gegensatz zu bekannten Ausführungen mit aktiven Wechselsystemen an Karosserie oder Batterietrog werden hierdurch Kosten, Gewicht und Bauraum an Bord des Elektrofahrzeugs eingespart. Bei vier Verankerungspunkten der Batterie im Fahrzeug können so z. B. auch vier Elektromotoren im Fahrzeug im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen eingespart werden.Extern is here as well as in the entire document in relation to the actuator interpreted in such a way that it is not part of the device and thus is not intended to be attached to the battery tray still on the vehicle body. For example, it is part of a change station and therefore does not have to be carried in the vehicle. In contrast to known designs with active alternating systems on the body or battery tray, this saves costs, weight and installation space on board the electric vehicle. At four anchoring points of the battery in the vehicle can be such. B. also four electric motors in the vehicle compared to solutions known from the prior art can be saved.
Die Gewindemutter
Der Hebel
Die Schwenkbewegung des Hebels
Deutlich erkennbar ist, dass die Spindel
In
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Unterbodenseitiger Bauraum des FahrzeugsUnderbody space of the vehicle
- 22
- Getriebeeinheitgear unit
- 33
- WerkzeugschnittstelleTool interface
- 44
- Betätigungswerkzeugoperating tool
- 55
- Lochhole
- 66
- Dichtungpoetry
- 77
- Dichtschlitzsealing slot
- 88th
- Spindelspindle
- 99
- Spindelkopfspindle head
- 1010
- Gewindemutterthreaded nut
- 1111
- Hebellever
- 1212
- Haltemittelholding means
- 1313
- Angelpunktcrucial point
- 1414
- Kraftarmpower arm
- 1515
- Anschlagattack
- 1616
- Batterietrogbattery tray
- 1717
- AufnahmenRecordings
- 1818
- Steckerplug
- 1919
- BuchseRifle
- 2020
- Führungsbolzenguide pins
- 2121
- Fahrzeugkarosserievehicle body
- 2222
- Vertiefungdeepening
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20131206 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140212 Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20140212 |
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R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES AG & CO. KG, DE Free format text: FORMER OWNER: SCHAEFFLER TECHNOLOGIES GMBH & CO. KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE Effective date: 20150126 |
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