DE102019004033A1

DE102019004033A1 - Batteriewechselsystem für Elektromobile

Info

Publication number: DE102019004033A1
Application number: DE102019004033.3A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-06-07
Filing date: 2019-06-07
Publication date: 2020-12-10

Abstract

Elektromobil, dessen Antriebsbatterie von außen lösbar angekoppelt ist und bei Entladung gegen eine aufgeladene Batterie ausgetauscht wird.

Description

Elektromobile im Sinn des Patents sind Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge, die zumindest überwiegend mit einem oder mehreren Elektromotoren angetrieben sind, die von einer mitgeführten Batterie mit Strom versorgt werden. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung für Personenwagen, also für Landfahrzeuge, die zur Beförderung einer geringen Personenzahl ausgelegt sind, die typischerweise zwischen 2 und allenfalls 10 Personen liegt. 4-5 Personen sind die Regel. Typischerweise steht das Fahrzeug im Eigentum eines dieser Personen und es wurde für private Zwecke erworben. Die Erfindung ist aber auch für alle anderen Elektromobile vorteilhaft, für diese gilt die folgende Beschreibung entsprechend.
Alle Elektromobile, insbesondere Personenwagen, haben zwei Nachteile: Wenn die Reichweite nicht auf eine Batterieladung begrenzt sein soll, führt die lange Dauer der Aufladung zu einer langen Unterbrechung der Fahrt. Die hohen Anschaffungskosten, bedingt durch die hohen Kosten der Batterie. Aufgabe der Erfindung ist ein Batteriesystem, mit dem beide Nachteile vermieden werden.
Gelöst wird die Aufgabe damit, dass die Batterie nicht in das Fahrzeug fest eingebaut sondern als gesonderter Bauteil von außen an das Fahrzeug lösbar angekoppelt ist, so dass sie in einer Fahrtpause abgekoppelt und gegen eine aufgeladene Batterie ausgetauscht werden kann. Sie wird dann in ein Lager gebracht, in dem sie aufgeladen wird und für einen späteren Austausch wieder zur Verfügung steht - nachfolgend: „Batterielager“. Maßgeblich für die Länge der Fahrtpause ist dann nicht mehr die Ladedauer sondern die Zeit für den Austausch, die ganz erheblich kürzer ist.
Der kommerzielle Vorteil der Verbilligung des Anschaffungspreises wird damit aber erzielt, dass die Batterie selbstständig verkehrsfähig mit der Folge ist, dass der Eigentümer des Fahrzeugs nicht der Eigentümer der Batterie sein muss. Wenn er sie lediglich mietet, verteuert sie den Anschaffungspreis des Fahrzeugs nicht. Für den Vermieter der Batterie eröffnet sich ein neues Geschäftsfeld: mit einem Netz von Austauschlagern kann er die Reichweite des Elektromobils prinzipiell beliebig erweitern. Mit einer entsprechenden Normung der Batterie für prinzipiell beliebige Fahrzeugtypen verschiedener Hersteller.
Zur Koppelung der Batterie an das Fahrzeug hat das Fahrzeug eine Koppelungsvorrichtung mit 2 Funktionen: einmal die Trennung der Batterie vom Fahrzeug und dann wieder die Verbindung. Dann die Trennung und wieder die Herstellung der Stromleitung zwischen Batterie und Elektromotor. (Anspruch 1)
Die Trennung und Wiederherstellung der Stromleitung zwischen Batterie und Elektromotor wird zweckmäßig durch eine übliche Steckverbindung besorgt: am Ende der einen Stromleitung sind die Kontakte Stifte und am Ende der anderen Stromleitung Hülsen, wobei zur Herstellung der Stromleitung die Stifte in die Hülsen eingeschoben werden. (Anspruch 2)
Das Batteriewechselsystem nach der Erfindung bietet zudem noch eine Lösung für den Brandfall. Batterien zum Antrieb von Elektromobilen nach dem Stand der Technik sind brennbar und der Brand kann mit herkömmlichen Mitteln nicht gelöscht werden. Das gesamte Fahrzeug verbrennt. Nach der Erfindung wird das damit vermieden, dass die brennende Batterie abgekoppelt wird. Es wird vorgeschlagen, Batterien nach der Erfindung an einer von außen zugänglichen Stelle mit einem Haken zu versehen, an dem die Batterie im Brandfall vom Fahrzeug weggezogen werden kann. (Anspruch 3)
Für die Koppelung der Batterie mit dem Fahrzeug sind verschiedene Ausführungsformen möglich:

Die Batterie kann von unten an den Fahrzeugboden angekoppelt sein. (1) (Anspruch 4)

Die Koppelungsvorrichtung kann dann beispielsweise als Haken-Ösen-Konstruktion ausgebildet sein. Sie besteht dann aus einem oder mehreren Haken an der Unterseite eines tragenden Fahrzeugteils, beispielsweise an einem Holm der Karosserie oder am Chassis. Zur Befestigung greift dann jeder Haken in ein entsprechendes Gegenstück an der Batterie, beispielsweise eine Aussparung eine Öse oder ein Querbolzen, ein. Die so angekoppelte Batterie hängt dann am Haken. (Anspruch 5)
Für den Batteriewechsel wird vorgeschlagen, dass der Haken vertikal beweglich ist. Die entladene Batterie wird am Haken hängend nach unten abgesenkt und abgelegt. Die aufgeladene Batterie wird mit dem Haken aufgenommen und nach oben an den Wagenboden in die Endposition hochgezogen. (Anspruch 6)
Für die Batterie bietet sich auch das Fahrzeugdach an. Die Koppelungsvorrichtung ist nach Art eines handelsüblichen Gepäckträgers (2) ausgebildet, auf dem die Batterie (1) aufgelegt und befestigt ist. (2) (Anspruch 7)
Herkömmliche Gepäckträgers sind so verstellbar, dass sie auf jedes durchschnittliche Autodach passen. Diese Ausführungsform bietet auch eine Lösung für Fälle, in denen ein Elektromobil mit entladener Batterie auf der Strecke bleibt. Dann kann eine aufgeladene Batterie nach dieser Ausführungsform angeliefert und auf das Autodach montiert werden. Die Batterie wird dann mit einer Stromleitung mit dem Elektromotor verbunden und das Fahrzeug muss nicht abgeschleppt werden.
Die Koppelungsvorrichtung für die Batterie auf dem Fahrzeugdach kann auch als Passform ausgebildet werden. Die Unterseite der Batterie ist vom Autodach so abgeformt, dass sie auf dem Autodach plan aufliegt. Mit zusätzlichen Befestigungselementen wie Bolzen oder Schrauben kann sie noch gesichert werden. Mit einer entsprechenden Formgebung ihrer Oberseite tritt die Batterie dann optisch stark zurück. (3) (Anspruch 8)
Im Fahrzeuginneren gibt es ebenfalls Raum, der für von außen lösbar angekoppelte Batterien genutzt werden kann. Zweckmäßig sind dafür stabförmige Batterien, die angekoppelt quer zur Fahrtrichtung in einer Linearführung zum Verschieben beim Batteriewechsel liegen (4). (Anspruch 9)
Als Linearführung wird ein Rohr (3) mit entsprechenden Öffnungen der Karosserie an den Rohrenden (4) vorgeschlagen, in dem die Batterie verschiebbar angeordnet ist. (Anspruch 10)
Zweckmäßig sind an den Rohrenden Abdeckungen angeordnet, mit denen die Öffnung verschlossen werden kann. Diese Abdeckungen sind zweckmäßig so geformt, dass sie im geschlossenen Zustand mit der umgebenden Karosserie optisch eine Einheit bilden. (Anspruch 11)
Für eine solche Anordnung einer oder mehrerer Batterien gibt es verschiedene Möglichkeiten, die sich nicht ausschließen: In Betracht kommt der Motorraum insoweit, als er durch den Motor und Übergang Aggregate nicht vollständig beansprucht wird. (4) (Anspruch 12)
Als Batterieraum wird auch der Raum unter den Fahrzeugsitzen vorgeschlagen. (4) (Anspruch 13)
Das ist bei den Rücksitzen, die in der Regel als Bank ausgebildet sind, aber auch bei einzelnen verstellbaren Vordersitzen möglich, wobei dann die Batterie zweckmäßig in der Weise zweigeteilt wird, dass jeder Teil mit dem jeweiligen Sitz beweglich ist. (Anspruch 14)
Die zweckmäßige Ausführung des Batterielagers hängt von der Anordnung der Batterie im Fahrzeug ab. Insbesondere bei der Anordnung unter dem Fahrzeugboden ist der Austausch so möglich, dass die entladene Batterie abgekoppelt und das Fahrzeug über die bereitliegende geladene Batterie zum Ankoppeln bewegt wird. In der Strecke zwischen Entkoppelung der alten und der Ankopplung der neuen Batterie kann das in dieser Phase antriebslose Fahrzeug beispielsweise mit Transportvorrichtungen bewegt werden, wie sie in Waschstraßen Stand der Technik sind. (Anspruch 15)
Liegt die Batterie im Wageninneren in einer Führung, insbesondere in einem am Ende nach außen geöffneten Rohr, wird für das Batterielager ein Förderband (5) vorgeschlagen, das längs zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs angeordnet ist. Die entladene Batterie, die aus dem Fahrzeug herausgezogen wird, kann auf dem Förderband abgelegt werden. Dort liegen quer zur Laufrichtung des Fördererbandes die aufgeladenen Batterien. Von dort werden sie dann in die freigewordene Führung, beispielsweise in das Rohr, eingeschoben. (5) (Anspruch 16)
Als besonders vorteilhaft wird für die Batterie eine Linearführung, insbesondere ein Führungsrohr, empfohlen, das das gesamte Wageninnere quer durchläuft und an beiden Enden eine Öffnung nach außen ist. Dafür hat das Batterielager zwei gegenüberliegende Lafetten (6) zur Aufnahme der jeweiligen Batterie. Der Batteriewechsel beginnt damit, dass das Fahrzeug zwischen beide Lafetten so gestellt wird, dass die Linearführung, insbesondere das Rohr, mit beiden Lafetten eine gerade Linie bildet. Auf der einen Lafette liegt die aufgeladene Batterie (1a), die andere ist frei (6). Zum Batteriewechsel wird die aufgeladene Batterie (1a) in die Führung geschoben, womit die entladene Batterie (1b) aus der Führung auf die bereitstehende Lafette geschoben wird. (7) (Anspruch17)

Claims

Elektromobil, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) mit einer Koppelungsvorrichtung von außen an das Fahrzeug lösbar angekoppelt ist und zum Aufladen ein Batterielager außerhalb des Fahrzeugs hat, wobei die Koppelungsvorrichtung aus einer Vorrichtung zur Trennung und wieder kraftschlüssiger Verbindung der Batterie mit dem Fahrzeug sowie einer Vorrichtung zur Trennung und wieder Herstellung der Stromleitung zwischen Batterie und Elektromotor besteht.
Elektromobil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Trennung und Wiederherstellung der Stromleitung zwischen Batterie und Elektromotor eine Steckverbindung ist.
Elektromobil nach Anspruch 1,2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie an einer von außen zugänglichen Stelle einen Haken hat.
Elektromobil nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungsvorrichtung an der Unterseite des Fahrzeugbodens ist und die angekoppelte Batterie (1) am Fahrzeugboden anliegt. (1)
Elektromobil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelungsvorrichtung für die Batterie aus zumindest einem Haken besteht, der an der Unterseite eines tragenden Fahrzeugteils befestigt ist und in ein entsprechendes Befestigungselement der Batterie so eingreift, dass die Batterie am Haken hängt.
Elektromobil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Haken vertikal beweglich ist.
Elektromobil nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement für die Batterie als handelsüblicher Dachgepäckträger ausgeführt ist.
Elektromobil nach Anspruch 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite der Batterie vom Autodach in der Weise abgeformt ist, dass sie angekoppelt auf dem Autodach plan aufliegt.
Elektromobil nach Anspruch 1-3 dadurch gekennzeichnet, mindestens eine Batterie stabförmig ist und angekoppelt im Fahrzeug quer zur Fahrtrichtung in einer Linearführung liegt.
Elektromobil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung ein Rohr ist.
Elektromobil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet dass die Öffnung des Rohrs mittels einer Abdeckung verschließbar ist.
Elektromobil nach Anspruch 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie im Motorraum angeordnet ist.
Elektromobil nach Anspruch 9-11, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie unter den Fahrzeugsitzen angeordnet ist.
Elektromobil nach Anspruch 13, mit der Batterie unter den Vordersitzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie zweigeteilt ist.
Elektromobil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterielager mit einer Transportvorrichtung für das antriebslose Fahrzeug ausgestattet ist.
Elektromobil nach Anspruch 9,10, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterielager ein Förderband (5) hat, das längst zum Fahrzeug angeordnet ist. (5)
Elektromobil nach Anspruch 9,10 mit durch die gesamte Fahrzeugbreite durchlaufender Linearführung (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Batterielager aus zwei gegenüberliegenden Lafetten (6) besteht, die mit der Linearführung eine gerade Linie bilden, wobei eine die aufgeladene Batterie (1 a) trägt (6), die in die Linearführung, insbesondere in das Rohr, geschoben wird und die andere die hinausgeschobene Batterie (1b) aufnimmt. (7)