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Die Erfindung betrifft zunächst eine Vorrichtung zur Kopplung und/oder Anbindung einer Batterie, insbesondere mehrerer Batteriemodule und/oder mehrerer Batteriezellen, an ein elektrisch betreibbares und/oder elektrisch antreibbares Fahrzeug gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.
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Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe eine insbesondere wiederaufladbare Batterie an einem Fahrzeug, insbesondere an einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug, das einen Elektromotor aufweist, mechanisch und/oder elektrisch ankoppelbar ist und/oder lösbar mit diesem Fahrzeug mechanisch verbindbar und/oder mit dem Fahrzeug lösbar elektrisch verbindbar ist. Dies dient dem Zweck, dass nach dem Entladen einer Batterie eine neue voll geladene Batterie an dem Fahrzeug wieder angeordnet werden kann, wenn zuvor die alte entladene Batterie demontiert worden ist.
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So wird in der
DE 10 2013 003 918 B3 eine Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht, beschrieben, mit deren Hilfe eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie im Bodenbereich eines Fahrzeugs, das einen Elektromotor aufweist, lösbar anordenbar bzw. hier befestigbar ist, also entsprechend montiert und auch demontiert werden kann. Das elektrisch antreibbare Fahrzeug weist zunächst eine stationäre Batterie auf. Zur Erweiterung des Energiespeichers kann eine weitere Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie im Bodenbereich des Fahrzeugs zusätzlich angeordnet werden. Die zusätzliche Batterie wird im Bodenbereich des Fahrzeugs an dem Fahrzeug dadurch lösbar befestigt, dass im Bodenbereich des Fahrzeugs bewegbare Halterungen vorgesehen sind, die im Wesentlichen in horizontaler Richtung bewegbar sind und eine schräg verlaufenden Auflagefläche aufweisen. Die schräg verlaufende Auflagefläche untergreift eine im Wesentlichen dazu korrespondierende, auch schräg verlaufende Fläche der zusätzlichen anzuordnenden Batterie und presst diese zusätzliche Batterie gegen die Unterseite der stationären Batterie des Fahrzeugs. Die stationäre Batterie des Fahrzeugs weist eine elektrische Schnittstelle auf und die zusätzlich anzuordnende Batterie eine korrespondierende batterieseitige elektrische Schnittstelle. Aufgrund der Anordnung bzw. der Bewegung der zusätzlichen Batterie - bei der Montage - leicht nach oben, was über die horizontal bewegbaren Halterungen realisiert wird, kommen die jeweiligen Kontaktstifte bzw. Steckkontakte der jeweiligen elektrischen Schnittstellen miteinander in Kontakt. Die zusätzliche Batterie wird daher einerseits mechanisch an dem Fahrzeug angeordnet bzw. lösbar mechanisch im Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet und zugleich wird diese Batterie elektrisch leitend mit dem Energiesystem des Fahrzeugs verbunden.
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In der
EP 2 340 951 A2 wird eine Vorrichtung zur Kopplung und/oder Anbindung einer Batterie an ein elektrisch betreibbares bzw. elektrisch antreibbares Fahrzeug offenbart, wobei die Batterie im Bodenbereich des Fahrzeugs lösbar anordenbar ist. Das Fahrzeug weist im Bodenbereich dazu eine die Batterie aufnehmende Ausnehmung auf. Die Batterie bzw. das Batteriemodul ist hierbei auf einer Art Montageplatte angeordnet. Über den Umfang der Montageplatte verteilt sind als Haltebolzen ausgeführte Halteelemente angeordnet bzw. vorgesehen, deren Längsachsen im Wesentlichen in vertikaler Richtung ausgerichtet sind. Mit Hilfe dieser Haltebolzen wird die lösbare mechanische Anbindung dieser Batterie an dem Fahrzeug realisiert. Zugleich dienen die Haltebolzen als Zentrierstifte um die exakte Positionierung der Batterie im Bodenbereich des Fahrzeugs zu gewährleisten, denn die Haltebolzen greifen in entsprechende Ausnehmungen im Bodenbereich des Fahrzeugs bzw. in einem dort vorgesehen Rahmen entsprechend ein. Ähnliches gilt für die fahrzeugseitige elektrische bzw. batterieseitige elektrische Schnittstelle. Auch hier sind entsprechende Haltebolzen in diesem Bereich vorgesehen, deren Längsachsen in vertikaler Richtung verlaufen und die in entsprechende Ausnehmungen eingreifen, damit die vorhandenen Steckverbindungen und/oder die stiftförmig ausgeführten Kontaktelemente der jeweiligen elektrischen Schnittstellen miteinander in Kontakt gebracht werden können bzw. die stiftförmig ausgebildeten Kontaktelemente der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle in die entsprechenden Kontaktbuchsen der batterieseitigen elektrischen Schnittstelle eingreifen können, um den elektrischen Kontakt zu realisieren. Damit die Batterie bzw. das Batteriemodul auch gegen den Bodenbereich des Fahrzeugs entgegen der Schwerkraft angepresst werden kann ist ein komplexes Hebel- und/oder Spindelsystem vorgesehen, mit dessen Hilfe im Endeffekt hakenförmige Halteelemente so bewegbar sind, dass diese entsprechende waagerecht verlaufenden Haltebolzen umgreifen können, um dann durch die entsprechende weitere Verdrehung der Halteelemente die Montageplatte mit Batterie weiter entgegen der Schwerkraft nach oben zu drücken, um diese gegen den Bodenbereich des Fahrzeugs anzupressen.
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Schließlich wird in der
EP 2 463 162 B1 eine Wechselstation zum Wechseln von Batterien für elektrisch antreibbare Fahrzeuge näher beschrieben. Bei der hier beschriebenen Vorrichtung werden Fahrzeuge über eine Führungsschiene neben einer Wechselstation parkend abgestellt. Die Fahrzeuge weisen im Bodenbereich einschiebbare Batterien und/oder Batteriemodule auf. An der Wechselstation werden dann die Batterien dem Bodenbereich des Fahrzeugs entnommen bzw. neue Batterien in den Bodenbereich des Fahrzeugs mit Hilfe von Roboterarmen eingeschoben und hier positioniert. An der Wechselstation können unterschiedlich ausgebildete Fahrzeuge mit neuen geladenen Batterien versorgt werden, insbesondere einerseits Fahrzeuge, bei denen in entsprechenden Aufnahmeräumen die Batterien seitlich eingeschoben werden, andererseits Fahrzeuge die einen Hebelmechanismus aufweisen, und bei denen die Batterie dann auf einer im Bodenbereich heruntergefahrenen Trägerplatte positioniert werden kann und die Trägerplatte dann mit einem über den Hebelmechanismus entgegen der Schwerkraft hochgefahren werden kann, so dass die Batterie bzw. das Batteriemodul dann im Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet wird bzw. ist.
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Die bisherigen im Stand der Technik bekannten Vorrichtung zur Kopplung und/oder Anbindung einer Batterie, insbesondere mehrere Batteriemodule und/oder mehrere Batteriezellen an ein elektrisch betreibbares und/oder elektrisch antreibbares Fahrzeug sind noch nicht optimal ausgebildet. Die mechanische Anbindung insbesondere beim Wechseln einer Batterie, also die Entnahme der „alten“ und das Beladen mit der „neuen Batterie“ ist bei den bekannten Vorrichtungen konstruktionsmäßig sehr aufwendig. Es sind hier teils sehr komplexe und konstruktiv aufwendige Hebel- und Hebemechanismen vorgesehen bzw. müssen mehrere Komponenten aufwendig nicht nur konstruktionsmäßig, sondern auch toleranzmäßig aufeinander abgestimmt werden, damit einerseits die lösbare mechanische Anordnung der Batterie am Fahrzeug sowie andererseits auch eine lösbar elektrische Anbindung realisiert werden kann. Insbesondere auch die im Stand der Technik bisher bekannten Wechselstationen sind daher sehr konstruktionsaufwändig und teuer, insbesondere auch aufgrund der hier angewendeten notwendigen Roboter- und Steuerungstechnik. Im Ergebnis sind die bekannten Vorrichtungen konstruktionsaufwendig, wartungsintensiv, sowie mit hohen Kosten verbunden.
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Bei der Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht wird eine zusätzliche Batterie mit im Bodenbereich des Kraftfahrzeugs bewegbaren Haltevorrichtungen gegen die Unterseite einer stationären Batterie gepresst. Hierbei hat die stationäre Batterie und die zusätzliche Batterie eine jeweilige elektrische Schnittstelle, die miteinander in Kontakt kommen sollen. Allerdings weist die stationäre Batterie sowie die zusätzliche Batterie einen Zentrierungsabsatz bzw. eine Zentrieraufnahme auf, um die hier als Steckverbindungen ausgebildeten elektrischen Kontaktelemente der jeweiligen elektrischen Schnittstellen gegeneinander auszurichten. Auch befinden sich zwischen der stationären Batterie und der Zusatzbatterie zusätzlich angeordnete Komponenten, insbesondere entsprechend angeordnete und/oder vorhandene Abstandshalteelemente bzw. Dichtungs- und/oder Isolationselemente, die insbesondere auch zumindest teilweise gegen die zuvor erwähnte Anpresskraft bei der Montage der zusätzlichen Batterie wirken. Hierbei wird diese Anpresskraft indirekt durch die im Bodenbereich des Kraftfahrzeugs bewegbar angeordneten Haltevorrichtungen ausgeübt, wobei die Haltevorrichtung nämlich auf die Randbereiche der zusätzlichen Batterie eine im Randbereich wirkende vertikale Kraft als Teilkomponente der Haltekraft ausübt, wenn diese zusätzliche Batterie entgegen der Schwerkraft nach oben verschoben wird. Dadurch bedingt ist eine Kontaktierung der Kontaktelemente der elektrischen Schnittstellen teils problematisch bzw. müssen die Kontaktelemente zur Sicherstellung eines entsprechenden elektrischen Kontaktes und/oder einer elektrischen Kontaktierung entsprechend groß dimensioniert werden, um insbesondere auch entsprechende Toleranzen überbrücken zu können. Diese im Stand der Technik bekannte Konstruktion ist daher einerseits kostenintensiv sowie nicht ganz unproblematisch, im Ergebnis daher also noch nicht optimal ausgebildet.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung, von der die Erfindung ausgeht, nunmehr so auszugestalten und weiterzubilden, dass einerseits bei der Anordnung der entsprechenden Batterie am Fahrzeug eine ausreichende elektrische Kontaktierung der batterieseitigen elektrischen Schnittstelle mit der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle sichergestellt ist, wobei andererseits die Dimensionierung der dafür notwendigen Kontaktelemente optimiert ist, insbesondere ein Kontakt der miteinander in Kontakt zu bringenden elektrischen Kontaktelemente sichergestellt ist, wobei der damit verbundene Arbeits-, Montage- und Konstruktionsaufwand kostengünstig realisierbar ist.
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Die zuvor gezeigte Aufgabe ist nun zunächst durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Mit Hilfe der Vorrichtung zur Kopplung und/oder Anbindung einer Batterie, insbesondere mehrerer Batteriemodule und/oder mehrerer Batteriezellen, an ein elektrisch betreibbares und/oder elektrisch antreibbares Fahrzeug, dass insbesondere mit Hilfe eines Elektromotors antreibbar ist, können an dem Fahrzeug Batterien ausgetauscht und/oder gewechselt werden. Letzteres insbesondere dann, wenn die Batterie des Fahrzeugs entladen ist und eine wieder aufgeladene „neue“ Batterie an dem Fahrzeug neu befestigt werden muss, nachdem die alte entladene Batterie demontiert worden ist.
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Mit Hilfe der Vorrichtung ist die Batterie mit dem Fahrzeug lösbar elektrisch verbindbar. Die Batterie weist ein Batteriegehäuse und eine batterieseitige elektrische Schnittstelle und das Fahrzeug eine fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle auf. Insbesondere ist die Batterie im Bodenbereich des Fahrzeugs anordenbar und/oder befestigbar. Die batterieseitig elektrische Schnittstelle weist mindestens ein erstes Kontaktelement und die fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle mindestens ein zweites elektrisches Kontaktelement auf. In der bevorzugten Ausführungsform weist die batterieseitig elektrische Schnittstelle mehrere erste Kontaktelemente, insbesondere mindestens ein entsprechendes „+“- und mindestens ein Kontaktelement sowie die fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle ebenfalls mehrere zweite elektrische Kontaktelemente, insbesondere mindestens ein entsprechendes „+“- und mindestens ein Kontaktelement (bzw. entsprechend polbare bzw. gepolte Kontakte) auf. Die batterieseitig elektrische Schnittstelle ist mit der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle kontaktierbar und/oder elektrisch koppelbar.
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Die eingangs genannten Nachteile sind nun zunächst dadurch vermieden, dass die jeweiligen Kontaktflächen des miteinander elektrisch zu koppelnden ersten und zweiten Kontaktelementes - wenn die Batterie am Fahrzeug angeordnet ist - durch eine im Bereich der batterieseitigen und/oder im Bereich der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle realisierten und/oder aufgebrachten Anpresskraft entsprechend kraftbeaufschlagt miteinander in Kontakt sind bzw. entsprechend kraftbeaufschlagt miteinander in Kontakt stehen. Dadurch, dass nun im Bereich der batterieseitigen und/oder im Bereich der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle eine Anpresskraft realisiert wird, die hier in diesem Bereich auf die jeweiligen Kontaktelemente so einwirkt, dass diese kraftbeaufschlagt miteinander in Kontakt sind, ist eine elektrische Kontaktierung entsprechend sichergestellt. Letzteres insbesondere unabhängig von anderen in anderen Bereichen der Batterie und/oder des Fahrzeugs realisierten Kräften bzw. Kraftkomponenten, die beispielsweise bei der mechanischen lösbaren Anordnung der Batterie am Bodenbereich des Fahrzeugs in anderen Bereichen entstehen können bzw. in anderen Bereichen realisiert werden. Weiterhin hat dies den Vorteil, dass die ersten und zweiten Kontaktelemente kostengünstig hergestellt und/oder dimensioniert werden können. Das Prinzip darf im Folgenden näher erläutert werden.
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Die batterieseitige elektrische Schnittstelle weist mindestens zwei erste Kontaktelemente und die fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle weist mindestens zwei zweite Kontaktelemente auf. Insbesondere sind die jeweiligen Kontaktelemente als „+“- und „-“-Kontaktelemente ausgebildet. Hierbei kann die batterieseitige elektrische und die fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle als eine Hochvolt-Verbindung oder aber auch als eine Niedervolt-Verbindung ausgeführt sein bzw. werden. Insbesondere sind die ersten und zweiten Kontaktelemente daher als Hochvoltkontakte oder als Niedervoltkontakte ausgeführt.
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Im Bereich der batterieseitigen oder der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle ist nun eine öffnenbare und schließbare Kontakteinheit vorgesehen und/oder vorhanden. Die Kontakteinheit weist einen mittleren, insbesondere feststehenden Bereich und zwei bewegbar angeordnete Seitenteile auf. Im geöffneten Zustand der Kontakteinheit weist die Kontakteinheit zwei Aufnahmeräume auf, wobei jeder Aufnahmeraum durch ein bewegbares Seitenteil den mittleren Bereich begrenzt ist. In jedem Aufnahmeraum ist ein erstes und zweites Kontaktelement zumindest teilweise anordenbar, insbesondere die Endbereiche der jeweiligen Kontaktelemente sind hier in dem jeweiligen Aufnahmeraum anordenbar und/oder nebeneinanderliegend positionierbar, was noch näher erläutert werden darf.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform sind die Seitenteile der Kontakteinheit als bewegbare Spannplatten ausgeführt und/oder ausgebildet, wobei diese Spannplatten auf der dem jeweiligen Aufnahmeraum zugewandten Seite elektrisch isoliert sind, insbesondere die Spannplatten einseitig ein zusätzliches Isolationselement aufweisen. Entsprechendes gilt für den mittleren Bereich der Kontakteinheit, der zumindest auf den den jeweiligen Aufnahmeräumen zugewandten Seiten elektrisch isoliert ist, insbesondere auf jeder dieser Seiten ein zusätzliches Isolationselement aufweisen kann, insbesondere aber selbst als entsprechendes Isolationselement ausgebildet ist.
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Die zuvor genannte Kontakteinheit kann ein Gehäuse aufweisen ist aber insbesondere rahmenartig ausgebildet und kann weitere Komponenten, insbesondere Federelemente aufweisen, die in den Aufnahmeräumen der Kontakteinheit so angeordnet sind, dass die Bewegung der Seitenteile in Richtung einer geöffneten Kontakteinheit unterstützt wird.
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Grundsätzlich ist die Kontakteinheit im Bereich des Batteriegehäuses, insbesondere dann im Bereich der elektrischen Schnittstelle des Batteriegehäuses bzw. der Batterie angeordnet und/oder ausgebildet. Insbesondere ist die Kontakteinheit auf dem oberen Bereich der an dem Fahrzeug anzuordnenden Batterie angeordnet und/oder ausgebildet, also an der Seite der Batterie die dem Bodenbereich des Fahrzeugs zugewandt ist. Die Endbereiche der ersten Kontaktelemente der batterieseitigen elektrischen Schnittstelle sind dann insbesondere benachbart zum mittleren Bereich der Kontakteinheit angeordnet und/oder positioniert. Denkbar ist, dass diese ersten Kontaktelemente auch mit dem mittleren Bereich der Kontakteinheit fest verbunden sind. Die Endbereiche der zweiten Kontaktelemente der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle erstrecken sich zumindest mit den Endbereichen jeweils in einen der Aufnahmeräume bzw. sind hier positionierbar, wenn die Batterie am Fahrzeug angeordnet ist. Anders ausgedrückt, wenn die Batterie im Bodenbereich des Fahrzeugs dann entgegen der Schwerkraft nach oben gegenüber dem Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet wird bzw. gegen den Bodenbereich des Fahrzeugs gepresst wird, insbesondere mit Hilfe separater vorgesehener mechanischer Haltevorrichtungen sind zumindest die Endbereiche der zweiten Kontaktelemente in den Aufnahmeräumen positioniert.
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Die Seitenteile der Kontakteinheit sind durch eine entsprechende Kraftbeaufschlagung in Richtung des mittleren Bereiches der Kontakteinheit zum Schließen der Kontakteinheit bewegbar, insbesondere sind die Seitenteile im Wesentlichen horizontal verschiebbar und/oder insbesondere pneumatisch, hydraulisch und/oder motorisch mit Hilfe eines entsprechenden Antriebes bewegbar und/oder antreibbar. Zum Öffnen der Kontakteinheit lassen sich die Seitenteile in umgekehrter Richtung bewegen bzw. verschieben. Mit Hilfe der Seitenteile lassen sich dann die in den Aufnahmeräumen positionierten ersten und zweiten Kontaktelemente der batterieseitigen bzw. der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle gegeneinanderpressen bzw. die jeweiligen Kontaktflächen dieser Kontaktelemente werden im geschlossenen Zustand der Kontakteinheit dann gegeneinander gepresst. Hierdurch ist eine elektrische Kontaktierung der Kontaktelemente auf einfache Art und Weise sichergestellt.
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In der bevorzugten Ausführungsform ist zur mechanischen lösbaren Anordnung und/oder zur mechanischen lösbaren Befestigung der Batterie am Fahrzeug mindestens eine mechanische Haltevorrichtung vorgesehen bzw. vorhanden. So können insbesondere im Bereich der Seitenschweller des Fahrzeugs und/oder im Bodenbereich des Fahrzeugs entsprechend bewegbare Halteelemente, insbesondere Halteschienen oder Haltearme vorgesehen sein. Mit Hilfe der Haltevorrichtung bzw. der Halteschienen oder Haltearme kann eine an dem Fahrzeug anzuordnende Batterie im Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet werden, beispielsweise dann wenn die Schienen vom Bereich der Seitenschweller in Richtung der Fahrzeugmitte verschoben werden, um die jeweilige Batterie im Bodenbereich des Fahrzeugs anzuordnen, insbesondere womöglich auch entgegen der Schwerkraft in Richtung der Unterseite des Bodenbereich des Fahrzeugs anzuheben und/oder anzupressen.
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Bei der sehr bevorzugten Ausführungsform sind nun die bewegbaren Halteelemente der Haltevorrichtung und die bewegbaren Seitenteile der Kontakteinheit funktionstechnisch derart wirksam miteinander gekoppelt, so dass bei der Bewegung der Halteelemente zur Anordnung und/oder Befestigung der Batterie am Fahrzeug zugleich auch die Seitenteile der Kontakteinheit zum Schließen der Kontakteinheit entsprechend bewegt werden. Im umgekehrten Fall werden bei der Bewegung der Halteelemente zur Demontage der Batterie am Fahrzeug zugleich dann auch die Seitenteile der Kontakteinheit zum Öffnen der Kontakteinheit entsprechend mitbewegt (bzw. entsprechend entgegengesetzt zur Schließbewegung der Kontakteinheit bewegt). Durch die entsprechende funktionstechnische Kopplung der Haltevorrichtung mit der Kontakteinheit kann auf einfache Weise im Bereich der batterieseitigen und/oder im Bereich der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle eine entsprechende Anpresskraft, die insbesondere auch direkt auf die ersten und zweiten Kontaktelemente einwirkt, um die Kontaktflächen dieser Kontaktelemente sicher elektrisch zu koppeln, realisiert werden, insbesondere ohne dass separate weitere Antriebe zum Öffnen und Schließen der Kontakteinheit notwendig sind.
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Die eingangs genannten Nachteile sind entsprechend vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.
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Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kopplung und/oder Anbindung einer Batterie, insbesondere mehrerer Batteriemodule und/oder mehrerer Batteriezellen an ein elektrisch betreibbares und/oder elektrisch antreibbares Fahrzeug in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. In der nachfolgenden Beschreibung und der dazugehörigen Zeichnung darf insbesondere eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung nun näher beschrieben werden. In der Zeichnung zeigt:
- 1 in sehr vereinfachter schematischer Darstellung wesentliche Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere die Kontakteinheit zur Realisierung der Anpresskraft bzw. zur Kraftbeaufschlagung der Kontaktflächen der dann miteinander in Kontakt stehenden jeweiligen Kontaktelemente, hier in 1 dargestellt im geöffneten Zustand der Kontakteinheit,
- 2 die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus 1, insbesondere die Kontakteinheit in vereinfachter Darstellung im geschlossenen Zustand,
- 3a, 3b in vereinfachter schematischer - hälftiger - Darstellung eine mechanische Haltevorrichtung zur lösbaren mechanischen Anbindung und/oder Kopplung der Batterie im Bodenbereich des Fahrzeugs, nämlich im Bereich der Seitenschweller des Fahrzeugs angeordnete und bewegbare als Halteschienen ausgeführte Halteelemente, dargestellt in 3a links im geöffneten Zustand zur Demontage der Batterie bzw. in 3b rechts im geschlossenen bzw. ausgefahrenen Zustand zur mechanischen Anordnung der Batterie am Fahrzeug,
- 4a, 4b in vereinfachter schematischer Darstellung, jeweils eine hälftige Darstellung einer mechanischen Haltevorrichtung zur Anordnung einer Batterie im Bodenbereich des Fahrzeugs mit geöffnetem Haltearmen (vgl. 4a) bzw. mit geschlossenen Haltearmen (vgl. 4b) bzw. zur Anordnung der Batterie am Bodenbereich des Fahrzeugs, und
- 5 in vereinfachter schematischer Darstellung - gesehen von unten - eine im Bodenbereich eines Fahrzeugs angeordnete Batterie mit einer Haltevorrichtung im geschlossenen Zustand bzw. zur Anordnung der Batterie am Fahrzeug, wobei eine mechanische Kopplung der Haltevorrichtung mit der Kontakteinheit realisiert ist.
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Die 1 bis 5 zeigen zumindest teilweise eine Vorrichtung 1 zur Kopplung und/oder Anbindung einer Batterie 2, insbesondere mehrerer Batteriemodule und/oder mehrerer Batteriezellen an ein elektrisch betreibbares und/oder elektrisch antreibbares Fahrzeug 3.
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Die in 5 dargestellte Batterie 2 ist insbesondere wieder aufladbar und am Fahrzeug 3 austauschbar bzw. wechselbar, insbesondere dann wenn die Batterie 2 entladen ist und eine „neue“, voll geladene Batterie 2 wieder am Fahrzeug 3 dann anzuordnen ist bzw. wird. Die Batterie 2 kann mehrere hier nicht näher bezeichnete Batteriemodule und/oder mehrere Batteriezellen aufweisen.
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Die Batterie 2 ist an dem Fahrzeug 3 lösbar mechanisch anordenbar und/oder mit dem Fahrzeug lösbar elektrisch verbindbar.
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Die Batterie 2 weist ein Batteriegehäuse und eine batterieseitige elektrische Schnittstelle 4 und das Fahrzeug 3 eine fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle 5 auf. Insbesondere ist die Batterie 2, wie aus 5 ersichtlich, im Bodenbereich des Fahrzeugs 3 anordenbar und/oder befestigbar. Die batterieseitige elektrische Schnittstelle 4 weist mindestens ein erstes Kontaktelement 4a und die fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle 5 mindestens ein zweites elektrisches Kontaktelement 5a auf. Insbesondere weist die batterieseitige elektrische Schnittstelle 4 zwei erste Kontaktelemente 4a und 4b und die fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle 5 zwei zweite Kontaktelemente 5a und 5b auf. Die batterieseitige elektrische Schnittstelle 4 ist mit der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle 5 insbesondere elektrisch kontaktierbar und/oder koppelbar, insbesondere dann wenn die Batterie 2 im Bodenbereich des Fahrzeugs 3 angeordnet ist.
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Die eingangs genannten Nachteile sind nun zunächst dadurch vermieden, dass die jeweiligen Kontaktflächen des miteinander elektrisch zu koppelnden ersten und zweiten Kontaktelementes 4a und 5a bzw. 4b und 5b, wenn die Batterie 2 am Fahrzeug 3 angeordnet ist, durch eine im Bereich der batterieseitigen und/oder im Bereich der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle 4 bzw. 5 realisierten und/oder aufgebrachten Anpresskraft F entsprechend kraftbeaufschlagt miteinander in Kontakt sind bzw. entsprechend kraftbeaufschlagt miteinander in Kontakt stehen. Dies stellt einen sicheren elektrischen Kontakt zwischen der batterieseitigen elektrischen Schnittstelle 4 und der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle 5 sicher, insbesondere auch unabhängig davon, ob in anderen Bereichen der Batterie 2 insbesondere in den Randbereichen der Batterie 2 oder den Randbereichen des Bodenbereiches des Fahrzeugs auch noch andere Kräfte wirken und/oder Dichtelemente und andere Komponenten zwischen der dem Bodenbereich des Fahrzeugs zugewandten Seite der Batterie 2 und dem Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet sind, oder nicht. Insbesondere wirkt daher eine separate Anpresskraft F im Bereich der batterieseitigen elektrischen Schnittstelle 4 bzw. der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle 5, insbesondere wirkt die Anpresskraft F auch im Wesentlichen direkt auf die jeweiligen ersten Kontaktelemente 4a, 4b bzw. auf die zweiten Kontaktelemente 5a und 5b ein. Dies darf im Folgenden nun näher erläutert werden:
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Wie bereits oben ausgeführt weist die batterieseitige elektrische Schnittstelle 4 mindestens zwei erste Kontaktelemente 4a und 4b und die fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle 5 mindestens zwei zweite Kontaktelemente 5a und 5b auf. Die jeweiligen ersten Kontaktelemente 4a und 4b bzw. zweiten Kontaktelemente 5a und 5b können jeweils als „+“- oder „-“-Kontakte bzw. entsprechende Kontaktelemente ausgebildet sein. Insbesondere kann die batterieseitige elektrische und die fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle 4 und 5 als eine Hochvolt-Verbindung oder aber auch als eine Niedervolt-Verbindung ausgeführt sein bzw. werden. Hierbei sind dann insbesondere die ersten und zweiten Kontaktelemente 4a, 4b bzw. 5a und 5b als Hochvoltkontakte oder als Niedervoltkontakte ausgeführt, also je nach spezifischer Ausführungsform und der gewünschten Funktionsweise.
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1 zeigt nun eine wesentliche Komponente der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1, nämlich eine öffnenbare und schließbare Kontakteinheit 6. Die öffnenbare und schließbare Kontakteinheit 6 weist einen mittleren, insbesondere feststehenden Bereich 6a und zwei bewegbar angeordnete Seitenteile 6b und 6c auf.
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Wie die 1 hier erkennen lässt, wobei 1 den geöffneten Zustand der Kontakteinheit 6 zeigt, weist die Kontakteinheit 6 im geöffneten Zustand zwei Aufnahmeräume 7 und 8 auf, wobei jeder Aufnahmeraum 7 und 8 durch ein bewegbares Seitenteil 6b und 6c und den mittleren Bereich 6a der Kontakteinheit 6 begrenzt ist. Hierbei wird der erste, in 1 links dargestellte Aufnahmeraum 7 durch das Seitenteil 6b und dem mittleren Bereich 6a im Wesentlichen begrenzt bzw. der zweite, in 1 rechts dargestellte Aufnahmeraum 8 im Wesentlichen durch den mittleren Bereich 6a und das Seitenteil 6c begrenzt. In jedem Aufnahmeraum 7 und 8 ist nun ein erstes und ein zweites Kontaktelement bzw. sind die ersten und zweiten Kontaktelemente 4a, 4b bzw. 5a und 5b zumindest teilweise anordenbar und/oder teilweise positionierbar. Wie aus 1 in Verbindung mit 2 deutlich wird, sind insbesondere die Endbereiche der jeweiligen ersten und zweiten Kontaktelemente 4a, 4b bzw. 5a und 5b in den jeweiligen Aufnahmeräumen 7 und 8 teils nebeneinanderliegend anordenbar und/oder positionierbar. Insbesondere um dieses zu verdeutlichen sind die Kontaktelemente 4a, 4b, 5a und/oder 5b in den 1 und 2 teilweise gestrichelt dargestellt.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform bzw. der bevorzugten Ausführungsform der Kontakteinheit 6 sind die Seitenteile 6b und 6c der Kontakteinheit 6 als bewegbare Spannplatten ausgeführt wobei diese auf der dem jeweiligen Aufnahmeraum 7 bzw. 8 zugewandten Seite elektrisch isoliert sind und/oder der mittlere Bereich 6a zumindest auf den den jeweiligen Aufnahmeräumen 7 bzw. 8 zugewandten Seiten ebenfalls elektrisch isoliert ist. Insbesondere sind auf den den Aufnahmeräumen 7 und 8 zugewandten Seiten der Seitenteile 6b und 6c zusätzlich entsprechende elektrische Isolationselemente 9 und 10 angeordnet bzw. ist der mittlere Bereich 6a als ein separates elektrisches Isolationselement 11 ausgebildet.
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In 1 ist hier die Batterie 2 nicht im Einzelnen dargestellt, die Kontakteinheit 6 ist aber an der Batterie 2 bzw. an dem Batteriegehäuse entsprechend angeordnet und/oder ausgebildet. Von besonderem Vorteil ist, dass in den Aufnahmeräumen 7 und 8 Federelemente 12 zur Unterstützung der Bewegung der Seitenteile 6b und 6c in Richtung einer geöffneten Kontakteinheit 6 vorgesehen und/oder angeordnet sind.
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1 zeigt die Kontakteinheit 6 im geöffneten Zustand, die Seitenteile 6b und 6c begrenzen im Wesentlichen mit den hier an den Seitenteilen angeordneten Isolationselementen 9 bzw. 10 die Aufnahmeräume 7 und 8. Insbesondere ist bei der bevorzugten Ausführungsform der Kontakteinheit 6 der mittlere Bereich 6a mit den jeweiligen ersten Kontaktelementen 4a und 4b der batterieseitigen elektrischen Schnittstelle 4 fest verbunden.
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Die 1 zeigt „von oben kommende“ und nach unten ragende zweite elektrischen Kontaktelemente 5a und 5b der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle 5. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Kontakteinheit 6 im Bereich des Batteriegehäuses angeordnet und/oder ausgebildet. Insbesondere die Endbereiche der ersten Kontaktelemente 4a und 4b der batterieseitigen elektrischen Schnittstelle 4 sind dann jeweils benachbart zum mittleren Bereich 6a der Kontakteinheit 6 angeordnet und/oder positioniert, insbesondere mit dem mittleren Bereich 6a fest verbunden. Die Endbereiche der zweiten Kontaktelemente 5a und 5b der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle 5 sind in einem der Aufnahmeräume 7 bzw. 8 anordenbar und/oder positionierbar, wenn die Batterie 2 am Fahrzeug 3 angeordnet ist, insbesondere dann wenn die Batterie 2 entgegen der Schwerkraft nach oben bewegt wird und am Bodenbereich des Fahrzeugs 3 dann mechanisch angeordnet wird. Für diesen Fall erstrecken sich die Endbereiche der zweiten Kontaktelemente 5a und 5b in die Aufnahmeräume 7 und 8 hinein, so wie im Wesentlichen in 2 dargestellt. Insbesondere können die ersten und/oder zweiten Kontaktelemente 4a, 4b, 5a und/oder 5b sich im Wesentlichen zumindest teilweise parallel zur Längs-, Hoch- und/oder Querachse des Fahrzeugs erstrecken. Dies ist abhängig von der spezifischen Anordnung und/oder Ausbildung der Kontakteinheit und/oder der Kontaktelemente.
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2 zeigt den geschlossenen Zustand der Kontakteinheit 6. Es ist gut erkennbar, dass die Kontaktflächen des miteinander elektrisch zu koppelnden ersten und zweiten Kontaktelementes 4a, 5a bzw. 4b und 5b bzw. der zu koppelnden ersten und zweiten Kontaktelemente 4a, 5a bzw. 4b und 5b, hier insbesondere durch eine im Bereich der batterieseitigen elektrischen Schnittstelle 4 realisierten und/oder separat aufgebrachten Anpresskraft F entsprechend kraftbeaufschlagt miteinander in Kontakt sind bzw. entsprechend kraftbeaufschlagt miteinander in Kontakt stehen. Dies stellt eine gute elektrische Anbindung/Kopplung der batterieseitigen elektrischen Schnittstelle 4 mit der fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle 5 sicher.
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Auch aus den 1 und 2 wird auch deutlich, dass die Seitenteile 6b und 6c der Kontakteinheit 6 durch eine entsprechende Kraftbeaufschlagung in Richtung des mittleren Bereiches 6a der Kontakteinheit 6 zum Schließen der Kontakteinheit 6 bewegbar sind, insbesondere im Wesentlichen horizontal verschiebbar sind. Hierbei sind die Seitenteile 6b und 6c insbesondere pneumatisch, hydraulisch und/oder motorisch mit Hilfe eines entsprechenden Antriebes bewegbar und/oder antreibbar, insbesondere auch mit einem Antrieb, den das Fahrzeug 3 bereits aufweist. Mit dem Ausdruck „im Wesentlichen“ horizontal verschiebbar ist gemeint, dass die Kraftbeaufschlagung im Wesentlichen entlang einer horizontalen Achse realisiert wird, insbesondere in einem Bereich von +/- 20°, insbesondere von +/- 10°, insbesondere von +/- 5° von dieser horizontalen Achse abweicht bzw. abweichen kann. Diese Ausführungsform hat sich als besonders vorteilhaft gezeigt.
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Die 3 und 4 zeigen nun eine mechanische Haltevorrichtung 13, die bewegbare Halteelemente 14 aufweist. Die 3a und 3b zeigen Halteelemente 14 die schienenförmig, insbesondere als Halteschienen 14a ausgebildet sind, wobei die 4 und 4b Halteelemente 14 zeigen, die insbesondere als Haltearme 14b ausgebildet sind.
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Aus den 3 und 4 insbesondere auch in Verbindung mit 5, wird deutlich, dass die mechanisch lösbare Befestigung der Batterie 2 am Fahrzeug 3 mit Hilfe der mechanischen Haltevorrichtung 14 realisierbar ist. Insbesondere im Bereich der Seitenschweller 15 des Fahrzeugs 3 bzw. im Bodenbereich des Fahrzeugs 3 ist die Batterie 2 entsprechend mechanisch lösbar anordenbar.
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Die 3a zeigt die Haltevorrichtung 14 im geöffneten Zustand, nämlich wo die Halteschienen 14a in einem geöffneten Zustand sind, damit die Batterie demontiert werden kann bzw. eine neue Batterie 2 in den Bodenbereich des Fahrzeugs 3 gehoben werden kann. Die 3b zeigt den geschlossenen Zustand der Haltervorrichtung 14 mit in Richtung der Fahrzeugmittelachse verschobenen Halteelementen 14, hier den entsprechend verschobenen Halteschienen 14a. Ähnliches zeigt die 4a bzw. die 4b. Die 4a zeigt geöffnete Haltearme 14b der Haltevorrichtung 14 zur Demontage der Batterie 2 bzw. zum Anheben einer neuen Batterie 2 in den Bodenbereich des Fahrzeugs 3, wobei die 4b die Befestigung bzw. Anordnung der Batterie 2 im Bodenbereich des Fahrzeugs 3 zeigt, nämlich die dann geschlossenen Haltearme 14b.
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In 5 weist das hier nur teilweise dargestellte Fahrzeug 3 die Haltevorrichtung 13 aus den 3, also die Haltevorrichtung 13 mit den Halteschienen 14a als Halteelement 14 auf.
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Aus 5 ist erkennbar, dass die bewegbaren Halteelemente 14 der Haltevorrichtung 13, hier die Halteschienen 14a und die bewegbaren Seitenteile 6b und 6c der Kontakteinheit 6 funktionstechnisch derart miteinander gekoppelt sind, so dass bei der Bewegung der Halteelemente 14 zur Anordnung und/oder Befestigung der Batterie 2 am Fahrzeug 3 zugleich auch die Seitenteile 6b und 6c der Kontakteinheit 6 zum Schließen der Kontakteinheit 6 entsprechend bewegt werden bzw. bei der entsprechenden Bewegung der Halteelemente 14 zur Demontage der Batterie 2 am Fahrzeug zugleich auch die Seitenteile 6b und 6c der Kontakteinheit 6 zum Öffnen der Kontakteinheit 6 entsprechend mitbewegt werden (bzw. entsprechend entgegengesetzt bewegbar sind). Insbesondere sind hier die Halteelemente 14, hier die Halteschienen 14a mit der Kontakteinheit 6, insbesondere die Halteschienen 14a mit den Seitenteilen 6b und 6c über entsprechende Stangenelemente 16 miteinander wirksam gekoppelt bzw. verbunden.
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5 zeigt daher eine sehr bevorzugte Ausführungsform, wobei mit Hilfe einer mechanischen Schnittstelle des Fahrzeuges 3 zur mechanischen lösbaren Anordnung der Batterie 2 auch ein Antrieb zur Realisierung einer im Bereich der batterieseitigen und/oder fahrzeugseitigen elektrischen Schnittstelle 4 bzw. 5 realisierten und/oder hier dann aufgebrachten Anpresskraft F auf einfache Art und Weise ermöglicht ist, insbesondere auch entsprechende andere Aggregate und/oder Komponenten des Fahrzeugs 3 hierzu verwendet werden können.
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Im Ergebnis sind die eingangs genannten Nachteile vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Batterie
- 3
- Fahrzeug
- 4
- batterieseitige elektrische Schnittstelle
- 4a, 4b
- erste Kontaktelemente
- 5
- fahrzeugseitige elektrische Schnittstelle
- 5a, 5b
- zweite Kontaktelemente
- 6
- Kontakteinheit
- 6a
- mittlerer Bereich
- 6b
- Seitenteil
- 6c
- Seitenteil
- 7
- erster Aufnahmeraum
- 8
- zweiter Aufnahmeraum
- 9
- Isolationselement
- 10
- Isolationselement
- 11
- Isolationselement
- 12
- Federelement
- 13
- Haltevorrichtung
- 14
- Halteelement
- 14a
- Halteschienen
- 14b
- Haltearm
- 15
- Seitenschweller
- 16
- Stangenelement
- F
- Anpresskraft
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013003918 B3 [0003]
- EP 2340951 A2 [0004]
- EP 2463162 B1 [0005]
