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Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs und einer Hochvolt-Batterie für das Fahrzeug.
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Aus der
US 2001052433 A ist eine Anordnung der eingangs genannten Art bekannt. Bei dem Fahrzeug handelt es sich um ein solches mit einem Hybridantrieb. Die Hochvolt-Batterie ist bei Bedarf austauschbar.
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Die
US 2001048226 A offenbart ein Fahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie, die in direktem Kontakt mit dem Fahrzeugmotor steht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass eine besonders einfache Montage der Batterie bzw. ein besonders einfacher Wechsel der Batterie möglich ist.
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Gelöst wird die Aufgabe durch eine Anordnung, die die Merkmale des Patentanspruchs 1 aufweist.
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Es ist somit vorgesehen, dass das Fahrzeug Kontakte und die Batterie Gegenkontakte aufweist, wobei bei einem Einfahren der Batterie in das Fahrzeug eine direkte Kontaktierung von Kontakten und Gegenkontakten erfolgt.
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Es ist somit kein aufwendiges elektrisches Anschließen der Batterie am Fahrzeug erforderlich.
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Bezogen auf den Herstellungsprozess des Fahrzeugs ist es demnach nicht erforderlich, die Batterie im Fahrzeug oder am Fahrzeug zu positionieren und die Batterie mittels separater stromführender Elemente, insbesondere mittels Stromkabeln mit den Anschlusskomponenten des Fahrzeugs, insbesondere einer oder mehrerer Elektromaschinen des Fahrzeugs elektrisch zu verbinden. Stattdessen erfolgt die elektrische Verbindung von Batterie und Fahrzeug aufgrund deren Direktkontaktierung beim Verfahren der Batterie in deren Montagestellung, in der ein anschließendes mechanisches Verbinden der Batterie mit dem Fahrzeug erfolgt. Hierbei wird die Batterie mittels einer Vielzahl von Befestigungsmitteln, insbesondere Schrauben, mit dem Fahrzeug verbunden.
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Aufgrund dieser Ausbildung der Anordnung ist gleichfalls eine einfache Demontage der Batterie bezüglich des Fahrzeugs möglich. Dies ist insbesondere unter dem Aspekt eines Batteriewechsels von Vorteil. Eine Batterie kann nach Lösen deren Verbindung mit dem Fahrzeug vom Fahrzeug weg bewegt werden, wobei die Kontakte und die Gegenkontakte direkt dekontaktiert werden und es kann dann im aufgezeigten Sinne eine andere Batterie in das Fahrzeug eingefahren werden, bei Bildung der direkten Kontaktierung von Kontakten und Gegenkontakten.
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Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Straßenfahrzeug, insbesondere einen Personenkraftwagen.
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Das Fahrzeug kann elektrisch oder teilelektrisch betreibbar sein. Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, wenn das Fahrzeug ausschließlich elektrisch betreibbar ist. Die Energie zum Antreiben des Fahrzeugs wird somit ausschließlich durch die Batterie zur Verfügung gestellt.
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Das Fahrzeug ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass es in einem vorderen Bereich eine elektrische Maschine und/oder in einem hinteren Bereich eine elektrische Maschine aufweist. Die Batterie ist vorzugsweise in einem mittleren Bereich des Fahrzeugs positioniert, bei Ausbildung des Fahrzeugs mit vorderer und hinterer elektrischer Maschine zwischen diesen beiden Maschinen. Die jeweilige elektrische Maschine kann ein Elektromotor sein. Vorzugsweise ist die elektrische Maschine auch im Generatorbetrieb betreibbar.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Anordnung ein Batterie-Managementsystem aufweist. Dieses dient insbesondere der Überwachung und Regelung der Anordnung der nachladbaren Batteriezellen der Batterie. Mittels des Batterie-Managementsystems können unvermeidbare fertigungsbedingte Streuungen verschiedener Parameter der Batteriezellen, etwa Kapazität und Leckströme, erkannt, überwacht und ausgeregelt werden.
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Insbesondere weist die Batterie das Batterie-Managementsystem auf.
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Es erfolgt insbesondere beim Einfahren der Batterie in das Fahrzeug die Kontaktierung der Gegenkontakte des Batterie-Managementsystems und der Kontakte des Fahrzeugs.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Kontakte in Aufsteckrichtung der Gegenkontakte nachgiebig, insbesondere federnd nachgiebig ausgebildet und/oder gelagert sind. Es ist somit eine sichere, dauerhafte Kontaktierung von Kontakten und Gegenkontakten im Fahrbetrieb des Fahrzeugs gewährleistet, indem die Anordnung von Fahrzeug und Batterie erheblichen Erschütterungen ausgesetzt ist.
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Unter diesem Aspekt weist das Fahrzeug vorzugsweise eine Kontaktaufnahme auf. Diese Kontaktaufnahme ist fest mit einem Karosserieteil des Fahrzeugs verbunden, insbesondere mit diesem Karosserieteil verschraubt.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Kontakte unmittelbar in den Stromkabeln gelagert sind, wobei die kontaktseitigen Enden der Stromkabel nachgiebig in der Kontaktaufnahme aufgenommen sind. Hierdurch ist, bei baulich besonders einfacher Gestaltung, die nachgiebige Lagerung der Kontakte gewährleistet.
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Unter dem Aspekt der Sicherstellung der definierten und präzisen Zusammenführung von Kontakten und Gegenkontakten wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Kontakte und die Gegenkontakte beim Einführen der Batterie über separate Führungsmittel geführt in deren jeweilige Kontaktposition überführt werden. Es ist somit eine separate mechanische Führung für die Kontakte und die Gegenkontakte mittels der separaten Führungsmittel vorgesehen. Insbesondere sind die Führungsmittel durch mit der Kontaktaufnahme verbundene Zentrierbolzen und Aufnahmen in der Batterie für die Zentrierbolzen gebildet.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug Niedervolt-Kontakte und die Batterie Niedervolt-Gegenkontakte aufweist, wobei beim Einfahren der Batterie in das Fahrzeug eine direkte Kontaktierung von Niedervolt-Kontakten und Niedervolt-Gegenkontakten erfolgt. Somit ist gewährleistet, dass beim Einführen der Batterie in das Fahrzeug nicht nur eine direkte Kontaktierung von Kontakten und Gegenkontakten, somit Hochvolt-Kontakten und Hochvolt-Gegenkontakten, sondern auch von Niedervolt-Kontakten und Niedervolt-Gegenkontakten erfolgt. In diesem niedrigen Spannungsbereich erfolgt die Ansteuerung der Elektronik des Fahrzeugs. Niedervolt bedeutet beispielsweise 12 V, Hochvolt bedeutet beispielsweise 800 V, maximal 1 000 V mit einem maximalen Strom bei dem zuletzt genannten Hochvolt-Wert von 500 A.
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Die Verbindung der Hochvolt-Kontakte zur jeweiligen elektrischen Maschine erfolgt über zwei Stromkabel, die Kontaktierung im Niederspannungsbereich beispielsweise über sechsundzwanzig Pole, somit sechsundzwanzig Niedervolt-Kontakte und sechsundzwanzig Niedervolt-Gegenkontakte.
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Vorzugsweise weist die Anordnung Mittel zum Verriegeln der Hochvolt-Kontakte und Hochvolt-Gegenkontakte und/oder der Niedervolt-Kontakte und Niedervolt-Gegenkontakte auf.
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Die Einfahrrichtung der Batterie erfolgt vorzugsweise von unterhalb des Fahrzeugs in dessen Hochrichtung z.
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Eine Trennebene von Fahrzeug und Batterie ist insbesondere in einer Ebene, die durch eine Fahrzeuglängsrichtung x und eine Fahrzeugquerrichtung y aufgespannt wird, angeordnet.
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Die erfindungsgemäße Anordnung nebst deren Weiterbildungen beschreibt somit eine Direktkontaktierung zwischen der Hochvolt-Batterie und dem Fahrzeug. Die Hochvolt-Batterie wird in der Montage insbesondere mittels eines Montageträgers einfahren und durch den Direktkontakt direkt mit dem Fahrzeug elektrisch verbunden. So ist eine erheblich einfachere Montage/Demontage der Batterie möglich. Die Kontaktierung erfolgt über ein vollautomatisches Kontaktsystem. Sowohl die Kontakte für Hochvolt als auch für Niedervolt sind innerhalb eines Systems angeordnet. Es erfolgt ein Toleranzausgleich insbesondere durch Federelemente und/oder schwimmende Lagerung der Kontakte. Vorzugsweise ist die Schnittstelle skalierbar (Leitungsquerschnitte) entsprechend den Anforderungen.
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Da der Bauraum der Kontaktierung sich in aller Regel in einem Außenbereich befindet, der ein Nassbereich ist, sollten Dichtmittel zum Gewährleisten der Wasserdichtigkeit in diesem Bereich vorgesehen sein.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein.
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Es zeigt:
- 1 in einer schematischen Darstellung eine Anordnung eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs und einer Hochvolt-Batterie für das Fahrzeug,
- 2 einen Teilbereich dieser Anordnung für den Bereich der Kontakte des Fahrzeugs und der Gegenkontakte der Batterie, bei fluchtender Anordnung von Kontakten und Gegenkontakten, vor deren Kontaktierung.
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1 veranschaulicht die Anordnung eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 1 und einer Hochvolt-Batterie 2, nachfolgend kurz Batterie bezeichnet, für das Fahrzeug 1. Das Fahrzeug 1, bei dem es sich um einen Personenkraftwagen handelt, ist in einer Draufsicht veranschaulicht. Gezeigt ist eine Fahrzeugkarosserie 3, eine in einem vorderen Bereich des Fahrzeugs 1 angeordnete elektrische Maschine 4 und eine in einem hinteren Bereich des Fahrzeugs 1 angeordnete elektrische Maschine 5. Die Batterie 2 ist durch eine rechteckige Kontur veranschaulicht. Sie erstreckt sich weitgehend zwischen den beiden elektrischen Maschinen 4 und 5 und im Wesentlichen über die gesamte Breite des Fahrzeugs 1, zwischen deren Längsschwellern im Bodenbereich des Fahrzeugs 1.
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Die elektrische Maschine 4 bzw. 5 und eine Direktkontaktierungseinrichtung 8 verbinden jeweils Stromkabel 7, 8 unterschiedlicher Polarität zum Leiten des Hochvolt-Stroms zur jeweiligen elektrischen Maschine 4 bzw. 5.
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Bestandteil der Batterie 2 bildet ein Batterie-Managementsystem 9. Dieses ist mit einem Batteriegehäuse mechanisch verbunden und an Batteriezellen der Batterie 2 elektrisch angeschlossen. Im Bereich dieses Batterie-Managementsystems 9 erfolgt die Direktkontaktierung zwischen Batterie 2 und Fahrzeug 1. Demzufolge ist das Batterie-Managementsystem 9 auf der Oberseite der Batterie 2 angeordnet, bezogen auf die Montageposition der Batterie 2 unterhalb der Direktkontaktierungseinrichtung 6.
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Beispielsweise wird, nachdem das Fahrzeug 1 in der Produktion fertig montiert ist, die Batterie 2 von unten gegen das Fahrzeug 1 im Bereich dessen Karosserieboden bewegt und, in der Endmontagestellung der Batterie 2, über eine Vielzahl Schrauben die Batterie 2 mit dem Fahrzeug 1 verschraubt. Beim Einfahren der Batterie 2 in das Fahrzeug 1 erfolgt in nachfolgend zu beschreibender Art und Weise die elektrische Direktkontaktierung. Demzufolge erfolgt beim Demontieren der Batterie 2 vom Fahrzeug 1, damit dem Ausfahren der Batterie 2 aus dem Fahrzeug 1, eine direkte Dekontaktierung im Bereich der Direktkontaktierungseinrichtung 6.
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Dieses Detail ist in 2 veranschaulicht:
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So weist das Fahrzeug 1 Kontakte 10 auf, wobei mit jedem der Enden des Stromkabels 7 bzw. 8 ein Kontakt 10 verbunden ist. Jeder Kontakt 10 ist als Hülse ausgebildet, die mit einem als Stift ausgebildeten Gegenkontakt 11 der Batterie 2, konkret des Bestandteil der Batterie 2 bildenden Batterie-Managementsystems 9 zusammensteckbar ist. Es sind somit vier Kontakte 10 vorgesehen, ferner vier Gegenkontakte 11, von denen, wegen der zur 2 gezeigten räumlichen Darstellung, zwei Gegenkontakte 11 nicht sichtbar sind.
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Das Fahrzeug 1 weist an seiner Unterseite eine Kontaktaufnahme 12 auf. Diese ist fest mit einem Karosserieteil des Fahrzeugs 1 verbunden, insbesondere verschraubt. Veranschaulicht sind Durchgangslöcher 13 in der Kontaktaufnahme zur Aufnahme von Schrauben. Die kontaktseitigen Enden der Stromkabel 7, 8 sind nachgiebig in der Kontaktaufnahme 12 aufgenommen. Sie können somit, bezogen auf die gezeigten Raumkoordinaten x, y, z, geringfügig in Richtung jeder Raumkoordinate nachgeben, womit auch die Kontakte 10 entsprechend geringfügig nachgiebig sind.
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Die Kontakte 10 und die Gegenkontakte 11 werden, beim Einfahren der Batterie 2, über separate Führungsmittel geführt in deren jeweilige Kontaktposition überführt. Hierbei sind die Führungsmittel durch zwei mit der Kontaktaufnahme 12 verbundene Zentrierbolzen 14 und mit diesen korrespondierende Aufnahmen 15 in der Batterie 2 für die Zentrierbolzen 14 gebildet.
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Zwischen dem Fahrzeug 1 und der Batterie 2 ist nicht nur ein Hochvolt-Anschluss, sondern auch ein Niedervolt-Anschluss bereitgestellt. Während der Hochvolt-Anschluss eine Hochvolt-Spannung von bis 1 000 V und einer maximalen Stromstärke von 500 A unterliegt, beträgt die Niederspannung, wie bei Personenkraftwagen üblich, 12 V. Unter diesem Aspekt weist das Fahrzeug 1 Niedervolt-Kontakte 16 und die Batterie 2 Niedervolt-Gegenkontakte 17 auf, jeweils sechsundzwanzig Niedervolt-Kontakte 16 bzw. Niedervolt-Gegenkontakte 17. Beim Einfahren der Batterie 2 in das Fahrzeug 1 erfolgt eine direkte Kontaktierung von Niedervolt-Kontakten 16 und Niedervolt-Gegenkontakten 17 entsprechend der direkten Kontaktierung der Hochvolt-Kontakte 10 und Hochvolt-Gegenkontakte 11.
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Die Einfahrrichtung der Batterie 2 erfolgt von unterhalb des Fahrzeugs 1 in dessen Hochrichtung z.
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Zusätzlich sind nichtveranschaulichte Mittel zum Verriegeln der Hochvolt-Kontakte 10 und Hochvolt-Gegenkontakte 11 sowie der Niedervolt-Kontakte 16 und Niedervolt-Gegenkontakte 17 in der eingefahrenen Position der Batterie 2 vorgesehen. In dieser eingefahrenen Stellung der Batterie 2 ist eine Trennebene von Fahrzeug 1 und Batterie 2 in einer Ebene, die durch die Fahrzeuglängsrichtung x und die Fahrzeugquerrichtung y aufgespannt wird, angeordnet.
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Bei eingefahrener Batterie 2 liegt somit eine Hochvolt-Spannung über die Gegenkontakte 11 und die Kontakte 10 an den Stromkabeln 7, 8 an und eine Niedervolt-Spannung über die Gegenkontakte 17 und die Kontakte 16 an den mit den Kontakten 16 verbundenen elektrischen Komponenten, insbesondere Steuerungskomponenten des elektrisch betreibbaren Fahrzeugs 1 an.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Batterie
- 3
- Fahrzeugkarosserie
- 4
- elektrische Maschine
- 5
- elektrische Maschine
- 6
- Direktkontaktierungseinrichtung
- 7
- Stromkabel
- 8
- Stromkabel
- 9
- Batterie-Managementsystem
- 10
- (Hochvolt)Kontakt
- 11
- (Hochvolt)Gegenkontakt
- 12
- Kontaktaufnahme
- 13
- Durchgangsloch
- 14
- Zentrierbolzen
- 15
- Aufnahme
- 16
- Niedervolt-Kontakt
- 17
- Niedervolt-Gegenkontakt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2001052433 A [0002]
- US 2001048226 A [0003]
