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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Koppelvorrichtung für eine Batterie, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Koppelvorrichtung für eine Batterie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Koppelvorrichtung für eine Batterie in einem Fahrzeug, wie zum Beispiel einem Elektrofahrzeug und ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Koppelvorrichtung.
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Elektrofahrzeuge, die alleine mittels eines Elektromotors angetrieben werden, sind bekannt. Darüber hinaus sind auch Hybridfahrzeuge bekannt, deren Antrieb durch eine Kombination eines Elektromotors und einer weiteren Antriebsmaschine erfolgt. Dabei wird die elektrische Energie zum Antrieb des Elektromotors von einem elektrischen Energiespeicher bereitgestellt. Ein solcher elektrischer Energiespeicher kann zum Beispiel eine Traktionsbatterie sein. Bekannte konstruktive Ausgestaltungsformen dieser Traktionsbatterien weisen eine relativ große Masse der Traktionsbatterie im Vergleich zur Gesamtmasse des Fahrzeugs auf. Für eine akzeptable Reichweite eines Elektrofahrzeugs sind in der Regel Traktionsbatterien erforderlich, die eine Masse von mehreren 100 kg aufweisen können. Somit erreichen diese Traktionsbatterien eine Masse, die bis zu 30 % und mehr der Gesamtmasse des Fahrzeugs erreichen können. Diese hohe Masse der Traktionsbatterie stellt im Falle eines Unfalls eine potentielle Gefahr dar. Die Befestigung der Traktionsbatterie an der Karosserie des Kraftfahrzeugs spielt daher eine wichtige Rolle.
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Bei einer Kollision eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges mit einem weiteren Objekt sind dabei die Insassen des leichteren Fahrzeugs/Objekts einer größeren Beschleunigung (Aufprallimpuls) ausgesetzt als die Insassen des schwereren Fahrzeugs/Objekts. Um während einer Kollision des Elektrofahrzeugs die extremen Beschleunigungen anzupassen, existieren verschiedene Ansätze, wie zumindest für einen bestimmten Zeitraum die Traktionsbatterie von der übrigen Fahrzeugmasse entkoppelt werden kann. So offenbart beispielsweise die Patentanmeldung
DE 197 38 620 C1 eine konstruktive Ausgestaltung eines Batterieträgers für eine Traktionsbatterie mit seitlichen Führungselementen aus einem Gleitrohr. Zur Übertragung der Bewegungsenergie der Traktionsbatterie auf die Fahrzeugkarosserie werden dabei Deformationsrohre vorgeschlagen, die sich während einer Kollision irreversibel verformen und dabei einen Teil der kinetischen Energie der Traktionsbatterie aufnehmen.
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Aushegend hiervon besteht ein Bedarf nach einer verbesserten Koppelvorrichtung für eine Batterie in einem Fahrzeug. Insbesondere besteht ein Bedarf nach einer Koppelvorrichtung für eine Batterie, die im Falle einer Kollision nicht zwangsläufig zu irreversiblen Deformationen oder Zerstörungen führt. Darüber hinaus besteht ein Bedarf nach einer Koppelvorrichtung für eine Batterie in einem Fahrzeug, die ein reversibles Entkoppeln zwischen Batterie und Fahrzeugkarosserie ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Gemäß einem ersten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Koppelvorrichtung für eine Batterie in einem Fahrzeug, mit einem Generator, der dazu ausgelegt ist, Bewegungsenergie der sich relativ zum Fahrzeug bewegenden Batterie zumindest teilweise in elektrische Energie umzuwandeln und die umgewandelte elektrische Energie bereitzustellen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer Koppelvorrichtung für eine Batterie in einem Fahrzeug, mit den Schritten des Umwandelns von Bewegungsenergie der sich relativ zum Fahrzeug bewegenden Batterie in elektrische Energie; und des Bereitstellens der in elektrische Energie umgewandelten Bewegungsenergie.
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Vorteile der Erfindung
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Gemäß einer der vorliegenden Erfindung zugrunde liegenden Idee wird eine Traktionsbatterie eines Elektro- oder Hybridfahrzeuges so mit der übrigen Karosserie des Fahrzeugs gekoppelt, dass bei einer Relativbewegung zwischen Fahrzeug und Batterie die kinetische Energie der Batterie dabei in elektrische Energie umgeformt wird. Dabei kann die Relativbewegung zwischen Batterie und Fahrzeug gezielt gesteuert werden. Somit kann bei extremen Beschleunigungen, wie sie beispielsweise bei einer Kollision auftreten, die Traktionsbatterie des Fahrzeugs von der übrigen Fahrzeugkarosserie entkoppelt werden. Die daraufhin auftretende Relativbewegung zwischen Traktionsbatterie und Fahrzeugkarosserie kann dann anschließend so gesteuert werden, dass der Aufprallimpuls für alle an der Kollision beteiligten Objekte optimiert wird.
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Die Bewegungsenergie der Batterie wird erfindungsgemäß direkt oder indirekt in elektrische Energie umgewandelt. Ein Ableiten der Bewegungsenergie durch Deformation oder ähnliche irreversible Prozesse ist daher nicht erforderlich. Durch das Vermeiden von solchen irreversiblen energieabsorbenden Verformungen verringert sich eine Beschädigung am Fahrzeug, wie sie als Folge einer Kollision oder bei einer starken positiven oder negativen Beschleunigung auftreten kann. Somit können die Kosten und die Zeit für eine Instandsetzung nach einer Kollision reduziert werden.
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Darüber hinaus kann die elektrische Energie, wie sie während des Abbremsens der Relativbewegung zwischen Batterie und Karosserie des Fahrzeugs entsteht, bereitgestellt, gespeichert und ggf. weiterverwendet werden.
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In einer Ausführungsform der Koppelvorrichtung wird die von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie in einem elektrischen Energiespeicher gespeichert. Ein solcher elektrischer Energiespeicher kann beispielsweise die Traktionsbatterie selbst sein. Alternativ ist auch eine Speicherung der elektrischen Energie in einem separaten Bauelement, wie beispielsweise einem Kondensator, einer weiteren Zusatzbatterie oder ähnlichem möglich. Durch das Speichern der bereitgestellten elektrischen Energie geht diese Energie nicht nutzlos verloren, sondern kann anschließend für weitere Vorgänge in dem Fahrzeug verwendet werden.
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In einer alternativen Ausführungsform wird die von dem Generator bereitgestellte elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Durch die Umwandlung der elektrischen Energie in Wärmeenergie entsteht keine weitere irreversible Beschädigung an dem Fahrzeug. Insbesondere können somit Deformationen durch Energieabsorption vermieden werden. Darüber hinaus ist durch die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie eine sehr gezielte Steuerung eines Bremsvorganges möglich.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Koppelvorrichtung ferner eine Haltevorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Batterie an einer vorbestimmten Position zu fixieren und beim Eintreffen eines vorbestimmten Ereignisses die fixierte Batterie freizugeben. Auf diese Weise ist die Batterie zunächst starr an einer festen Position innerhalb der Fahrzeugkarosserie arretiert und wird erst bei Bedarf freigegeben, um dann die Batteriemasse von dem Fahrzeug zu entkoppeln.
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In einer speziellen Ausführungsform umfasst die Koppelvorrichtung ferner eine Sensorvorrichtung zur Detektion einer Beschleunigung, wobei die Haltevorrichtung die fixierte Batterie freigibt, wenn die von der Sensorvorrichtung detektierte Beschleunigung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Auf diese Weise kann bei einer Kollision oder einer sehr starken (negativen) Beschleunigung die Batteriemasse von der Fahrzeugkarosserie entkoppelt werden, um den Aufprallimpuls in geeigneter Weise abzuschwächen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Haltevorrichtung mittels eines Getriebes mit dem Generator gekoppelt. Ein solches Getriebe ermöglicht eine Anpassung der Bewegungsverhältnisse der Batterie in Bezug auf den Generator zur Erzeugung der elektrischen Energie.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Koppelvorrichtung eine Mehrzahl von Rädern, wobei jedes Rad mit dem Generator gekoppelt ist. Durch eine solche Koppelvorrichtung mit Rädern, die als Rollen, Zahnräder oder ähnliches ausgeführt sein können, kann der Bewegungsablauf der der Batterie gesteuert werden. Dabei kann durch die Räder die Bewegungsenergie gut auf den Generator übertragen werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Generator ferner dazu ausgelegt, die freigegebene Batterie an die vorbestimmte Position zubewegen. Beispielsweise kann der Generator hierzu in einem motorischen Betrieb angesteuert werden. Somit kann nach Abschluss der Kollision, falls keine signifikanten Schäden in dem Fahrzeug aufgetreten sind, der Ausgangszustand der Batterieposition wieder hergestellt werden. Eine Weiterfahrt mit dem Fahrzeug ist daraufhin direkt oder nur nach minimalen manuellen Eingriffen möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Koppelvorrichtung ferner eine Speichervorrichtung, die dazu ausgelegt ist, Bewegungsenergie der sich relativ zum Fahrzeug bewegenden Batterie aufzunehmen und zu speichern, und die gespeicherte Energie an den Generator abzugeben. Durch das Anordnen einer solchen Speichervorrichtung zwischen Batterie und Generator kann der Umwandlungsprozess der Bewegungsenergie aus der Fahrzeugbatterie in die elektrische Energie verzögert und/oder ausgedehnt werden. Somit ist beispielsweise eine verbesserte Anpassung des Umwandlungsprozesses an den eingesetzten Generator möglich.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens zum Betrieb der Koppelvorrichtung umfasst einen Schritt zur Detektion einer Beschleunigung des Fahrzeugs, wobei die Umwandlung der Bewegungsenergie der sich relativ zum Fahrzeug bewegenden Batterie in elektrische Energie erfolgt, wenn die detektierte Beschleunigung des Fahrzeugs einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
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Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Koppelvorrichtung für eine Batterie.
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Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1: eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Batterieeinheit, die durch eine Koppelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform mit dem Fahrzeug verbunden ist;
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2: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Koppelvorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
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3: eine schematische Darstellung einer Ansicht von unten auf die Koppelvorrichtung gemäß 2;
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4: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Koppelvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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5: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Koppelvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform;
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6: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Koppelvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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7: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Koppelvorrichtung gemäß einer alternativen Ausführungsform;
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8: eine schematische Darstellung einer Seitenansicht für eine Koppelvorrichtung gemäß noch einer alternativen Ausführungsform; und
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9: eine schematische Darstellung für ein Verfahren zum Betrieb einer Koppelvorrichtung, wie es einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt ein Fahrzeug 2 mit einer Koppelvorrichtung 1 für eine Batterie, beispielsweise eine Traktionsbatterie. Die Batterie 10 ist dabei mittels einer geeigneten Haltevorrichtung der Koppelvorrichtung 1 mit der Fahrzeugkarosserie fest gekoppelt. Im normalen Betrieb bewegt sich dieses Fahrzeug 2 in Fahrtrichtung X. Während einer Kollision trifft das Fahrzeug 2 auf ein Hindernis 3. Bei dieser Kollision wird das Fahrzeug 2 schlagartig abgebremst. Wäre die Batterie 10 starr mit der Karosserie des Fahrzeugs 2 verbunden, so würde auch die Batterie 10 dieselbe Verzögerung erfahren. Aufgrund der hohen Masse von Fahrzeug 2 mit Batterie 10 würde in diesem Fall ein sehr hoher Aufprallimpuls auf das Hindernis 3 einwirken. Um diesen Aufprallimpuls auf das Hindernis 3 abzumildern, erkennt die Steuervorrichtung 20 eine Kollision und gibt im Falle einer Kollision die Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 frei. Somit bewegt sich die Batterie 10 bei einer Kollision des Fahrzeugs 2 auf das Hindernis 3 nach der Freigabe der Batterie 10 durch die Steuervorrichtung 20 relativ zu dem Fahrzeug 2 weiter in Richtung X. Dabei kann sich die Batterie 10 maximal um die Strecke ΔX bewegen.
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In dem hier dargestellten Fall wird davon ausgegangen, dass das Fahrzeug 2 frontal auf ein Hindernis 3 aufprallt. Daher ist in der Koppelvorrichtung 1 in X-Richtung vor der Batterie 10 ein Freiraum vorhanden, in dem sich die Batterie 10 nach Freigabe durch die Steuervorrichtung 20 bewegen kann. Darüber hinaus ist es jedoch auch grundsätzlich denkbar, dass auch in weitere Richtungen relativ zu dem Fahrzeug 2 eine Bewegung der Batterie 10 ermöglicht werden kann. Da jedoch ein Aufprall des Fahrzeugs 2 in Fahrtrichtung auf ein Hindernis 3 eine besonders relevanter Fall einer Kollision darstellt, wird im Folgenden die erfindungsgemäße Koppelvorrichtung 1 in Bezug auf diesen Fall näher erläutert.
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2 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht für eine Koppelvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Batterie 10 ist dabei in X-Richtung gesehen vorne und hinten auf der Unterseite jeweils auf Rädern 11 gelagert. Bei diesen Rädern 11 kann es sich beispielsweise um Rollen mit einer glatten Oberfläche handeln. Aber auch Zahnräder oder ähnliches sind ebenso möglich. Die untere Fläche 21 der Fahrzeugkarosserie, auf der die Räder 11 aufliegen, weist dabei eine zu der Beschaffenheit der Räder 11 kompatible Oberfläche auf. Handelt es sich bei den Rädern 11 um Rollen mit einer glatten Oberfläche, so ist vorzugsweise auch die Fläche 21 glatt. Handelt es sich andererseits um Zahnräder oder andere Räder 11 mit einer rauen, geriffelten oder ähnlichen Oberfläche, so ist auch die entsprechende Fläche 21 von entsprechender Beschaffenheit. Die Oberseite der Batterie 10 ist weiterhin über eine geeignete Führung 12 mit einer entsprechenden Fläche 22 der Karosserie gekoppelt. Diese Führung 12 gewährleistet, dass sich bei einer Bewegung die Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 nur in eine gewünschte Richtung, vorzugsweise in X-Richtung, bewegen kann. Soll darüber hinaus auch eine Bewegung der Batterie 10 in eine weitere Richtung ermöglicht werden, so ist die Führung 12 entsprechend auszugestalten.
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3 zeigt eine schematische Darstellung der Koppelvorrichtung 1 aus 2 von unten. Wie zu erkennen ist, ist die Batterie 10 in X-Richtung betrachtet jeweils auf zwei Rollen 11 gelagert. Die jeweils zwei Rollen 11 vorne und hinten sind dabei über eine Welle 13 miteinander verbunden. Zur Befestigung der Räder 11 mit den Wellen 13 an der Batterie 11 sind die Wellen 13 über Wellenlager 14 mit der Batterie 10 gekoppelt. In der Mitte der beiden Wellen 13 ist jeweils ein Generator 15 angeordnet. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, nur eine der Wellen 13 mit einem Generator 15 zu versehen, und die verbleibende Welle ohne Generator auszuführen. Ebenso ist es auch möglich, die Batterie 10 auf mehr als zwei Rollenpaaren mit je einer Welle 13 auszustatten, um so beispielsweise ein verbessertes Roll-/Gleitverhalten zu erreichen. Auch in diesem Fall kann nur eine Welle 13 oder mehrere Wellen 13 mit einem Generator 15 gekoppelt werden.
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Während des normalen Fahrbetriebs des Fahrzeugs 2 ist die Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 mittels einer Haltevorrichtung fixiert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass der Generator 15 so angesteuert wird, dass die Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 sich nicht bewegt. Aber auch alternative Möglichkeiten zur Fixierung der Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 sind möglich. So kann beispielsweise die Batterie 10 durch einen geeigneten Bolzen, Stift, oder ähnliches an einer vorbestimmten Position fixiert werden. Alternative Möglichkeiten zur Arretierung der Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 sind ebenso möglich.
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Trifft nun das Fahrzeug 2 auf ein Hindernis 3, so wird das Fahrzeug 2 schlagartig abgebremst und erfährt eine hohe negative Beschleunigung. Diese starke Beschleunigung kann durch einen geeigneten Detektor/Sensor erkannt und ausgewertet werden. Beispielsweise kann ein solcher Detektor innerhalb der Steuervorrichtung 20 angeordnet sein. Wird eine Beschleunigung oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes detektiert, so wird durch die Steuervorrichtung 20 die Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 freigegeben. Hierzu können beispielsweise Stifte oder Bolzen, die die Batterie zuvor arretiert hatten, freigegeben werden. Beispielsweise können die Stifte oder Bolzen durch eine geeignete Sprengladung abgesprengt werden. Wird die Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 zuvor durch entsprechendes Ansteuern des Generators 15 fixiert, so kann die Steuervorrichtung 20 bei der Detektion einer Beschleunigung oberhalb des vorgegebenen Grenzwertes diese Fixierung elektrisch freigeben.
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Vor der Kollision des Fahrzeugs 2 mit dem Hindernis 3 hat die Batterie 10 in Bezug auf das Hindernis 3 dieselbe Relativgeschwindigkeit wie das Fahrzeug 2. Nachdem das Fahrzeug 2 auf das Hindernis 3 aufgeprallt ist und die Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 durch die Steuervorrichtung 20 freigegeben wurde, wird sich die Batterie 10 daher nach Freigabe weiterhin in X-Richtung bewegen. Somit entsteht zwischen der Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 und der Karosserie des Fahrzeugs 2 eine Relativbewegung der Batterie in X-Richtung. Die Bewegung der Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 in X-Richtung führt nun dazu, dass sich die Räder 11 zu drehen beginnen. Somit wird der Generator 15 angetrieben, der daraufhin zwischen seinen Anschlusspunkten eine elektrische Spannung bereitstellt. Abhängig von der Last, die an den Klemmen des Generators 15 angeschlossen ist, übt der Generator 15 somit über die Welle 13 und die Räder 11 eine Kraft auf die Batterie 10 aus, die die Relativgeschwindigkeit zwischen Batterie 10 und Karosserie des Fahrzeugs 2 abbremst. Beispielsweise kann als Last zwischen den Klemmen des Generators 15 ein elektrischer Widerstand angeschlossen werden, der die bereitgestellte elektrische Energie in Wärmeenergie umwandelt. Dabei kann durch gezieltes Steuern des elektrischen Widerstands und der daraus resultierenden Belastung des Generators 15 die Bremswirkung auf die Batterie 10 angepasst werden.
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Alternativ ist es auch möglich, die elektrische Energie, die durch den Generator 15 bereitgestellt wird, einem elektrischen Energiespeicher zuzuführen. Beispielsweise kann die so gewonnene elektrische Energie der Batterie 10 zugeführt werden und somit die Batterie 10 aufgeladen werden. Ebenso ist es möglich, die durch den Generator 15 erzeugt elektrische Energie in einem weiteren Energiespeicher separat zu speichern. Beispielsweise kann hierzu ein entsprechend dimensionierter Kondensator oder ähnliches verwendet werden. Aber auch alternative Energiespeicher, wie beispielsweise Batterien, die die von dem Generator 15 bereitgestellte Energie aufnehmen und zwischenspeichern können, sind denkbar.
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Durch das Freigeben der Batterie 10 innerhalb der Koppelvorrichtung 1 kann bei einer starken Beschleunigung, wie sie beispielsweise bei einer Kollision auf ein Hindernis 3 auftritt, die für einen Aufprallimpuls wirksame Masse des Gesamtsystems verringert werden. Somit wird der auf ein Hindernis 3 wirkende Aufprallimpuls abgeschwächt. Auf diese Weise können beispielsweise größere Schäden für die am Unfall beteiligte Personen abgeschwächt oder gegebenenfalls sogar ganz verhindert werden.
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Gleichzeitig ist es insbesondere bei geringfügigeren Kollisionen auch möglich, die freigegebene und in X-Richtung verschobene Batterie 10 wieder automatisch in die Ursprungsposition zurückzubewegen. Wurde während der Kollision die Koppelvorrichtung 1 nicht weiter beschädigt, so kann der Generator 15 daraufhin als Elektromotor verwendet werden. In diesem Fall kann durch den Generator 15 ein elektrischer Antrieb realisiert werden, der die verschobene Batterie 10 zurück in die Ausgangsposition bewegt. Da bei dem vorausgegangenen Abbremsvorgang der Batterie 10 keine irreversiblen Deformation von Bauteilen zur Energieabsorption stattgefunden hat, müssen in diesem Fall auch keine deformierten mechanischen Teile ausgetauscht werden. Bei kleineren Kollisionen ist somit gegebenenfalls eine unmittelbare Weiterfahrt des Elektrofahrzeugs möglich. Doch selbst wenn eine Reparatur des Fahrzeugs erforderlich wird, so müssen in diesem Fall innerhalb der Koppelvorrichtung 1 in der Regel keine deformierten Teile ausgetauscht werden, so dass auch in diesem Fall die Reparatur schneller und kostengünstiger erfolgen kann.
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Die für das Zurückbewegen der Batterie 10 erforderliche elektrische Energie kann dem Generator 15 dabei entweder aus einem zusätzlichen Energiespeicher bereitgestellt werden, der während des Abbremsvorgangs aufgeladen wurde, oder alternativ kann der Generator 15 für das Zurückbewegen auch direkt aus der Batterie 10 gespeist werden.
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4 zeigt eine alternative Ausführungsform für eine Koppelvorrichtung 1. Die Koppelvorrichtung 1 in 4 entspricht der Koppelvorrichtung 1 aus 2, wobei in diesem Fall die Räder 11 auf der Oberseite der Batterie 10 angeordnet sind und die Führung 12 auf der Unterseite der Batterie angeordnet ist. Bei der Führung 12 kann es sich in diesem Fall beispielsweise um eine relativ einfache und preiswerte Gleitführung handeln.
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5 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform für eine Koppelvorrichtung 1. Die Koppelvorrichtung 1 aus 5 entspricht dabei der Koppelvorrichtung 1 aus 2, wobei in diesem Fall jedes Rad 11 mit einem separaten Generator 15 verbunden ist. In dem hier dargestellten Beispiel mit vier Rädern 11 umfasst die Koppelvorrichtung 1 somit auch vier Generatoren 15.
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Analog zu 4 ist es darüber hinaus auch möglich, die Räder 11 und die Generatoren 15 auf der Oberseite der Batterie 10 anzuordnen und die Unterseite der Batterie 10 mit einer entsprechenden Führung 12a auszustatten.
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Darüber hinaus ist es in allen Ausführungsformen auch denkbar, sowohl Ober- als auch Unterseite der Batterie mit entsprechenden Rädern 11 zu versehen, wobei in diesem Fall entweder nur die Räder 11 an der Unterseite oder der Oberseite mit einem oder mehreren Generatoren 15 gekoppelt sein können. Alternativ können auch alle Räder 11 mit Generatoren gekoppelt sein können.
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6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Koppelvorrichtung 1. In diesem Fall ist der Generator 15 nicht direkt auf einer Welle 13 angeordnet. Vielmehr ist der Generator 15 über eine geeignete mechanische Kopplung 16, wie zum Beispiel einen Zahnriemen oder ähnliches, mit der oder den Wellen 13 gekoppelt. Darüber hinaus können für eine weitere Verbesserung des Kraftschlusses die einzelnen Wellen auch untereinander über geeignete mechanische Kopplungen 16a, wie zum Beispiel Zahnriemen, miteinander verbunden sein.
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7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Koppelvorrichtung 1. Bei dieser Ausführung ist die Batterie 10 auf der Unterseite auf geeigneten Rädern 11 gelagert. Die Anzahl der Räder 11 und der Wellen 13 ist dabei beliebig, so dass die hier dargestellten zwei Paar Räder 11 nur als Beispiel zu verstehen sind. Auf der Oberseite der Batterie 10 ist ein Getriebe 17 angeordnet. Beispielsweise kann dieses Getriebe 17 eine Gewindespindel mit einer oder mehreren mit der Gewindespindel gekoppelten Gleitmuttern umfassen. Dieses Getriebe 17 ist mit einem Generator 15 gekoppelt, der auf die zuvor beschriebene Weise die mechanische Bewegung der Batterie 10, die über das Getriebe 17 dem Generator 15 zugeführt wird, in elektrische Energie umwandelt.
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8 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform für eine Koppelvorrichtung 1. Hierbei wird als Generator 15 zur Umwandlung der kinetischen Energie der Batterie 10 in elektrische Energie ein Linearmotor verwendet. In dem hier dargestellten Beispiel ist dieser Linearmotor auf der Unterseite der Batterie 10 angeordnet, während die Batterie 10 an der Oberseite über geeignete Führungselemente 12 geführt wird. Ein solcher Linearmotor umfasst eine oder mehrere Spulen 15a, die über eine oder mehrere Führungsschienen 15b mit nebeneinander angeordneten Permanentmagneten bewegt werden.
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In den zuvor beschriebenen Beispielen ist der Generator 15 über eine Welle 13 mit den Rädern 11 gekoppelt. Dabei kann der Generator 15 unmittelbar mit der Welle 13 gekoppelt werden. Es ist aber auch ebenso möglich, zwischen Generator 15 und Welle 13 ein geeignetes Getriebe anzuordnen, das die Drehzahlverhältnisse und die auftretenden Kräfte in geeigneter Weise anpasst.
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Darüber hinaus kann die Batterie 10 mit dem Generator 15 auch so gekoppelt werden, dass zwischen Batterie 10 und Generator 15 eine weitere Speichervorrichtung angeordnet ist. Diese Speichervorrichtung nimmt zunächst die kinetische Energie aus der Relativbewegung zwischen Batterie 10 und Fahrzeug 2 auf, speichert diese Energie zwischen und gibt die Energie anschließend an den Generator 15 weiter. Beispielsweise kann es sich bei einer solchen Speichervorrichtung um ein Schwungrad handeln, das zunächst aufgrund der Relativbewegung der Batterie 10 in Drehung versetzt wird und anschließend über einen längeren Zeitraum den Generator 15 antreibt. Alternativ wäre beispielsweise auch eine Feder möglich, die zunächst während der Bewegung der Batterie 10 relativ zu dem Fahrzeug 2 gespannt wird, und die anschließend wieder entspannt wird, um dabei den Generator 15 anzutreiben. Darüber hinaus sind auch alternative Speichervorrichtungen möglich.
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9 schließlich zeigt eine schematische Darstellung für ein Verfahren 100 zum Betrieb einer Koppelvorrichtung 1 für eine Batterie 10 in einem Fahrzeug 2, wie es der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt. In Schritt 110 wird dabei die Bewegungsenergie einer Batterie 10, die sich relativ zu dem Fahrzeug 2 bewegt, in elektrische Energie umgewandelt. Diese umgewandelte elektrische Energie wird in Schritt 120 bereitgestellt. Zuvor kann in Schritt 109 die Beschleunigung des Fahrzeugs 2 detektiert werden, wobei die Umwandlung der Bewegungsenergie der Batterie 10 in elektrische Energie erst dann erfolgt, wenn die detektierte Beschleunigung einen vorbestimmten Grenzwert überschritten hat.
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Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Kopplung einer Traktionsbatterie in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Die Traktionsbatterie wird dabei während des normalen Fahrbetriebs an einer fest vorgegebenen Position innerhalb des Fahrzeugs fixiert. Bei einer Kollision wird die Traktionsbatterie daraufhin freigegeben. Anschließend wird die sich einstellende Relativbewegung zwischen Traktionsbatterie und Fahrzeugkarosserie durch einen elektrischen Generator abgebremst. Die dabei erzeugte elektrische Energie wird entweder in Wärmeenergie umgewandelt oder einem elektrischen Energiespeicher zugeführt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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