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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Batterie nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Fahrzeug und ein Verfahren zu einer Herstellung eines solchen.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können, so dass die einzelnen Batteriezellen zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet sind.
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Weiterhin werden solche Batteriemodule zu Batterien bzw. zu gesamten Batteriesystemen zusammengeschaltet.
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Insbesondere sind die Batteriezellen dabei als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet. Mit solchen Lithium-Ionen-Batteriezellen können vergleichbar hohe Energiedichten erreicht werden, die eine kompaktere Bauweise der Batterie erlauben. Somit können solche Batterien auch tragbar gestaltet werden und insbesondere für Anwendungen in Fahrzeugen wie z.B. eBikes oder Light electric Vehicles (LeVs) genutzt werden. Dies bringt einige Vorteile mit sich wie z.B. der schnellere Austausch einer leeren Batterie gegen eine volle in einer Wechselstation oder das komfortablere Laden der Batterie über Nacht zu Hause, wenn insbesondere keine eigene Garage für das Fahrzeug vorhanden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Batterie mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass die Batterie einerseits während eines Betriebes bspw. in einem Fahrzeug vergleichbar robust verbaut sein kann und dadurch unempfindlich gegenüber Vibrationen oder mechanischen Stößen ist, und dass die Batterie andererseits auf einfache Weise vergleichbar schnell entnommen werden kann bzw. auf einfache Weise vergleichbar schnell eingesetzt werden kann.
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Dazu wird eine Batterie mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Die Batteriezellen sind dabei insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet. Zudem sind die Batteriezellen elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet. Dazu können die Batteriezellen beispielsweise jeweils einen positiven Spannungsabgriff und einen negativen Spannungsabgriff aufweisen, welche mittels Zellverbindern elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Durch eine solche elektrisch leitende Verschaltung weist die Mehrzahl an Batteriezellen zumindest einen positiven Gesamtspannungsabgriff und zumindest einen negativen Gesamtspannungsabgriff auf, an welchen die Mehrzahl an Batteriezellen elektrisch leitend kontaktiert werden kann, beispielsweise um eine Gesamtspannung abzugreifen oder um die Batteriezellen zu laden.
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Die Batterie umfasst weiterhin ein Gehäuseelement, in welchem die Batteriezellen aufgenommen sind. Insbesondere weist das Gehäuseelement eine zylindrische Form auf. Selbstverständlich könnte das Gehäuseelement auch eine quaderförmige Form aufweisen.
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Dabei weist das Gehäuseelement der Batterie an einer ersten Seitenfläche einen ersten elektrischen Anschluss der Batterie auf. Insbesondere ist der erste elektrische Anschluss dabei ein positiver Anschluss der Batterie.
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Dabei weist das Gehäuseelement der Batterie an der ersten Seitenfläche einen zweiten elektrischen Anschluss der Batterie auf. Insbesondere ist der zweite elektrische Anschluss dabei ein negativer Anschluss der Batterie.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass beispielsweise der erste elektrische Anschluss der Batterie elektrisch leitend mit dem zumindest einen positiven Gesamtspannungsabgriff verbunden ist und dass beispielsweise der zweite elektrische Anschluss der Batterie elektrisch leitend mit dem zumindest einen negativen Gesamtspannungsabgriff verbunden ist.
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Dabei weist das Gehäuseelement der Batterie an einer zweiten Seitenfläche ein Arretierungselement auf. Die zweite Seitenfläche ist dabei insbesondere von der ersten Seitenfläche verschieden.
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Bei einer Anordnung des Arretierungselements in einer ersten Position sind der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss der Batterie in der Art angeordnet, dass der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss der Batterie elektrisch und mechanisch mit einem ersten Anschluss einer Aufnahme und mit einem zweiten Anschluss einer Aufnahme kontaktierbar sind.
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Bei einer Anordnung des Arretierungselements in einer zweiten Position sind der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss der Batterie in der Art angeordnet, dass der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss der Batterie elektrisch und mechanisch von dem ersten Anschluss der Aufnahme und von dem zweiten Anschluss der Aufnahme trennbar sind.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Der besondere Vorteil einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Batterie besteht darin, dass der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss der Batterie sowohl eine mechanische Fixierung der Batterie als auch eine elektrische Kontaktierung der Batterie ausbilden können. Insbesondere sind der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss der Batterie aus einem metallischen Werkstoff ausgewählt aus Aluminium, Kupfer und Nickel ausgebildet. Unter einer elektrischen Kontaktierung soll dabei verstanden sein, dass die Batterie elektrisch an die Aufnahme angebunden ist, so dass bspw. eine Spannung von der Mehrzahl an Batteriezellen abgegriffen werden kann.
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Unter einer mechanischen Kontaktierung soll dabei verstanden sein, dass die Batterie mechanisch in der Aufnahme fixiert und bspw. ein Lösen aus der Ausnahme unterbunden ist. Die Batterie kann also mechanisch gesichert werden.
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Das Gehäuseelement kann dabei insbesondere einen Innenraum aufweisen, in welchem die Mehrzahl an Batteriezellen vollständig aufgenommen sind. Der Innenraum kann dabei gegenüber einer Umgebung abgeschlossen sein.
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Bei einer Anordnung des Arretierungselements in einer ersten Position stehen der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss der Batterie bevorzugt gegenüber dem Gehäuseelement seitlich nach außen ab. Dadurch kann eine stabile mechanische Fixierung ermöglicht werden.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Arretierungselement bevorzugt ein mechanisches Arretierungselement ist, welches mechanisch in der ersten Position und in der zweiten Position angeordnet werden kann. Es wäre aber auch möglich, wenn das Arretierungselement ein elektrisches Arretierungselement ist.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Arretierungselement als Tragegriff der Batterie ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, die Batterie zu transportieren. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Tragegriff bzw. das Arretierungselement insbesondere dazu dient, die Batterie aus der Aufnahme zu entnehmen bzw. in die Aufnahme einzusetzen. Ferner sei bemerkt, dass bei einer Ausbildung des Arretierungselements als Tragegriff die Erfindung auf solche Batterien beschränkt ist, welche üblicherweise mittels menschlicher Kraft transportiert werden können. Solche Batterien weisen üblicherweise ein Gewicht unterhalb von 50 kg, bevorzugt unterhalb von 25 kg und insbesondere unterhalb von 15 kg auf.
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Es ist zweckmäßig, wenn das Arretierungselement bei der Anordnung in der ersten Position in einer an der zweiten Seitenfläche des Gehäuseelements angeordneten Ausnehmung aufgenommen ist. Dies bietet den Vorteil, dass während des Betriebes der Batterie das Arretierungselement vor äußerer Einwirkung geschützt ist. Insbesondere bei einem als Tragegriff ausgebildeten Arretierungselement kann somit der Tragegriff während des Betriebes der Batterie gegen unbeabsichtigte Berührungen und insbesondere gegen eine Anordnung in der zweiten Position geschützt werden. Besonders bei einer Anordnung der Batterie in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem eBike oder einem Light electric vehicle, ist dies für eine zuverlässige Aufnahme der Batterie vorteilhaft. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass während des Betriebes in einem in der Aufnahme aufgenommen Zustand der Tragegriff flach in der Ausnehmung integriert ist und somit zugleich auch einen minimalen Bauraum ermöglicht.
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An dieser Stelle sei bemerkt, dass zu einem Herausnehmen der Batterie aus der Aufnahme der Tragegriff bzw. das Arretierungselement aus der Ausnehmung herausgenommen und in der zweiten Position angeordnet werden kann. Dadurch wird die Batterie von der Aufnahme mechanisch und elektrisch getrennt. Die Batterie kann auf einfache Weise ohne Widerstand entnommen werden.
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Weiterhin sei an dieser Stelle bemerkt, dass zu einem Einsetzen der Batterie in die Aufnahme der Tragegriff bzw. das Arretierungselement in die Ausnehmung eingesetzt und in der zweiten Position angeordnet werden kann. Dadurch wird die Batterie mit der Aufnahme mechanisch und elektrisch kontaktiert. Die Batterie kann also auf einfache Weise eingesetzt werden.
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Bevorzugt ist, wenn das Gehäuseelement der Batterie an der zweiten Seitenfläche weiterhin zumindest ein Halteelement aufweist. Dabei ist bei einer Anordnung des Arretierungselements in der ersten Position das zumindest eine Halteelement zu einer mechanischen Kontaktierung mit einem Halteanschluss der Aufnahme angeordnet. Weiterhin ist bei einer Anordnung des Arretierungselements in einer zweiten Position das zumindest Halteelement zu einer mechanischen Trennung von dem Halteanschluss der Aufnahme angeordnet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Batterie also zusätzlich zu dem ersten Anschluss der Batterie und dem zweiten Anschluss der Batterie weiterhin zumindest ein Halteelement umfassen kann. Dadurch kann die mechanische Fixierung der Batterie verbessert werden. Vorzugsweise weist das Batterie zwei solcher Halteelemente auf, wobei die zwei Halteelemente, der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss über den Umfang der zweiten Seitenfläche symmetrisch verteilt sind, bspw. jeweils in 90 Grad Abständen, um eine effiziente mechanische Fixierung sicherzustellen.
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Es ist zweckmäßig, wenn der erste Anschluss der Batterie und/oder der zweite Anschluss der Batterie zumindest einen elektronischen Anschluss umfassen. Der zumindest eine elektronische Anschluss ist dabei dazu ausgebildet, mit zumindest einem elektronischen Anschluss der Aufnahme verbunden zu werden. Insbesondere ist dabei bei einer Anordnung des Arretierungselements in der ersten Position der zumindest eine elektronische Anschluss zu einer Kontaktierung mit dem zumindest einen elektronischen Anschluss der Aufnahme ausgebildet. Insbesondere ist dabei bei einer Anordnung des Arretierungselements in der zweiten Position der zumindest eine elektronische Anschluss zu einer Trennung von dem zumindest einen elektronischen Anschluss ausgebildet.
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Es ist auch zweckmäßig, wenn das Gehäuseelement der Batterie an der zweiten Seitenfläche zumindest einen elektronischen Anschluss der Batterie aufweist. Dabei ist bei einer Anordnung des Arretierungselements in einer ersten Position der zumindest eine elektronische Anschluss der Batterie zu einer Kontaktierung mit einem elektronischen Anschluss der Aufnahme angeordnet. Dabei ist bei einer Anordnung des Arretierungselements in einer zweiten Position der zumindest eine elektronische Anschluss der Batterie zu einer Trennung von dem elektronischen Anschluss der Aufnahme angeordnet.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Batterie also zusätzlich zu dem ersten Anschluss der Batterie und dem zweiten Anschluss der Batterie weiterhin zumindest einen elektronischen Anschluss umfasst. Dadurch kann die Batterie elektronisch an die Aufnahme angebunden werden. Insbesondere kann somit beispielsweise ein Batteriemanagementsystem (BMS) elektronisch angebunden werden, welches mit dem Fahrzeug kommunizieren kann, z.B. über einen CAN-Bus.
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Vorteilhafterweiße sind die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche gegenüberliegend zueinander angeordnet. Dadurch kann die Batterie auf einfache Weise in der Aufnahme angeordnet werden.
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Vorteilhafterweiße sind die erste Seitenfläche und die zweite Seitenfläche senkrecht zueinander angeordnet. Dadurch kann die Batterie auf einfache Weise in der Aufnahme angeordnet werden.
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Der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss der Batterie sind vorzugsweise elektrisch gegeneinander isoliert. Weiterhin sind der erste Anschluss der Batterie und der zweite Anschluss der Batterie vorzugsweise gegenüber dem Gehäuseelement der Batterie isoliert.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Fahrzeug mit einer Aufnahme. Insbesondere ist das Fahrzeug ein Zweirad, wie bspw. ein elektrisch angetriebenes Fahrrad (Bikes) oder ein elektrisch angetriebener Motorroller (Light electric Vehicles). Die Aufnahme ist dabei dazu ausgebildet, eine eben beschriebene Batterie anzuordnen. Die Aufnahme weist einen ersten Anschluss auf, welcher ausgebildet ist, den ersten Anschluss der Batterie elektrisch und mechanisch zu kontaktieren. Die Aufnahme weist einen zweiten Anschluss auf, welcher ausgebildet ist, den zweiten Anschluss der Batterie elektrisch und mechanisch zu kontaktieren.
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Dadurch kann eine zuverlässige elektrische Kontaktierung der Batterie mit dem Fahrzeug mittels der Aufnahme ausgebildet werden. Weiterhin kann eine stabile mechanische Fixierung der Batterie in dem Fahrzeug während des Betriebes zur Verfügung gestellt werden.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Aufnahme des Fahrzeugs ein Federdämpferelement umfasst. Dadurch ist es möglich, die Batterie besonders schonend in der Aufnahme anzuordnen. Insbesondere kann das Eigengewicht der Batterie dazu genutzt werden, das Federdämpferelement definiert zu verformen, um die Batterie definiert in der Aufnahme anzuordnen.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Fahrzeug, bei welchen in der Aufnahme eine erfindungsgemäße Batterie angeordnet ist.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines eben beschriebenen Fahrzeuges mit einer ebenfalls eben beschriebenen Batterie. Dazu wird die Batterie in der Aufnahme des Fahrzeugs angeordnet, wobei das Arretierungselement währenddessen in der zweiten Position angeordnet ist und anschließend das Arretierungselement in der ersten Position angeordnet wird. Dadurch kann eine zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung ausgebildet werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie,
- 2 in einer Schnittansicht eine Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Batterie,
- 3 in einer Draufsicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemä-ßen Batterie und
- 4 in einer Schnittansicht von der Seite eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
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Die 1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie 1. Die Batterie 1 umfasst eine Mehrzahl an Batteriezellen, welche insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet sind und welche elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Die Batteriezellen sind dabei in einem Gehäuseelement 2 der Batterie 1 aufgenommen. Die Batteriezellen sind in der 1 nicht zu erkennen.
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Das Gehäuseelement 2 der Batterie 1 weist an einer ersten Seitenfläche 31 einen ersten elektrischen Anschluss 41 der Batterie 1 und einen zweiten elektrischen Anschluss 42 der Batterie 1 auf. Der erste Anschluss 41 der Batterie 1 ist dabei ein positiver Spannungsabgriff der Batterie 1 und der zweite Anschluss 42 der Batterie 1 ist dabei ein negativer Spannungsabgriff der Batterie 1. Insbesondere weist das Gehäuseelement 2 eine zylindrische Form auf. Selbstverständlich kann das Gehäuseelement 2 auch eine quaderförmige Form aufweisen.
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Das Gehäuseelement 2 der Batterie 1 weist an einer zweiten Seitenfläche 32 ein Arretierungselement 5 auf. Gemäß dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Arretierungselement 5 als Tragegriff 50 ausgebildet. Dabei weist das Gehäuseelement 2 eine Ausnehmung 8 auf, welche an der zweiten Seitenfläche 32 angeordnet ist. Das Arretierungselement 5 bzw. der Tragegriff 50 kann bei der Anordnung des Arretierungselements 5 bzw. des Tragegriff 50 in der ersten Position in der Ausnehmung 8 aufgenommen sein.
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Die 1 zeigt eine Anordnung des Arretierungselements 5 in einer ersten Position. Dabei sind der erste Anschluss 41 der Batterie 1 und der zweite Anschluss 42 der Batterie 1 zu einer elektrischen und mechanischen Kontaktierung mit einem der 1 nicht zu erkennenden ersten Anschluss 61 einer Aufnahme 7 und einem der 1 nicht zu erkennenden zweiten Anschluss 62 einer Aufnahme 7 angeordnet.
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Die erste Seitenfläche 31 und die zweite Seitenfläche 32 sind dabei gegenüberliegend zueinander angeordnet.
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Weiterhin weist der erste Anschluss 41 der Batterie 1 und/oder der zweite Anschluss 42 der Batterie 1 einen elektronischen Anschluss 9 auf. Der elektronische Anschluss 9 ist dabei dazu ausgebildet, mit einem elektronischen Anschluss 10 der Aufnahme 7 verbunden zu werden.
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An dieser Stelle sei zudem bemerkt, dass die Batterie 1 auch zusätzlich zumindest einen elektronischen Anschluss 9 der Batterie 1 aufweisen kann, dessen Funktion analog dem ersten Anschluss 31 bzw. dem zweiten Anschluss 32 ist. Einzig unterschiedlich ist, dass dadurch nur eine elektronische und mechanische Kontaktierung ausgebildet wird.
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An dieser Stelle sei zudem bemerkt, dass die Batterie 1 auch ein Halteelement aufweisen kann, dessen Funktion analog dem ersten Anschluss 31 bzw. dem zweiten Anschluss 32 ist. Einzig unterschiedlich ist, dass dadurch lediglich eine mechanische Kontaktierung ausgebildet wird.
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Die 2 zeigt in einer Schnittansicht eine Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Batterie 1.
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Dabei sind der an der ersten Seitenfläche 31 angeordnete erste Anschluss 41 der Batterie 1 bzw. der an der ersten Seitenfläche 31 angeordnete zweite Anschluss 42 der Batterie 1 zu erkennen.
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Zunächst zeigt die 2 in einer ausgefüllten Darstellung die Anordnung des ersten Anschlusses 41 der Batterie 1 bzw. des zweiten Anschlusses der Batterie 1 bei einer Anordnung des Arretierungselement 5 in der ersten Position zu einer elektrischen und mechanischen Kontaktierung des ersten Anschlusses 61 der Aufnahme 7 bzw. des zweiten Anschlusses 62 der Aufnahme 7.
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Die 2 zeigt im gestrichelt linierter Darstellung eine Anordnung des Arretierungselements 5 in einer zweiten Position. Dabei sind der erste Anschluss 41 der Batterie 1 bzw. der zweite Anschluss 42 der Batterie 1 zu einer elektrischen und mechanischen Trennung von dem in der 2 nicht zu erkennenden ersten Anschluss 61 einer Aufnahme 7 bzw. dem in der 2 nicht zu erkennenden zweiten Anschluss 62 einer Aufnahme 7 angeordnet.
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Die 3 zeigt in einer Draufsicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie 1.
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Dabei ist das Arretierungselement 5 bzw. der Tragegriff 50 zu erkennen. Das Arretierungselement 5 bzw. der Tragegriff 50 ist dabei in der ersten Position angeordnet und in der Ausnehmung 8 angeordnet.
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Im Unterschied zu der in der 1 gezeigten Ausführungsform der Batterie 1 ist bei der in der 3 gezeigten Ausführungsform der Batterie 1 das Arretierungselement 5 bzw. der Tragegriff 50 symmetrisch ausgebildet. Insbesondere verläuft eine Achse des Tragegriffs 50 auf einer Symmetrieachse der zweiten Seitenfläche 32.
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Die 4 zeigt in einer Schnittansicht von der Seite eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs 100.
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Das Fahrzeug 100 umfasst dabei eine Aufnahme 7. Die Aufnahme 7 ist dabei dazu ausgebildet die Batterie 1, welche zusammen mit den 1 bis 3 beschrieben wurde, aufzunehmen.
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Die Aufnahme 7 des Fahrzeugs 100 umfasst dabei einen ersten Anschluss 61 und einen zweiten Anschluss 62. Der erste Anschluss 61 ist dabei dazu ausgebildet, den ersten Anschluss 41 der Batterie 1 elektrisch und mechanisch zu kontaktieren. Der zweite Anschluss 62 ist dabei dazu ausgebildet, den zweiten Anschluss 42 der Batterie 1 elektrisch und mechanisch zu kontaktieren. An dieser Stelle sei angemerkt, dass bei der Anordnung des Arretierungselement 5 in der ersten Position, was in der 4 gezeigt ist, der erste Anschluss 41 der Batterie 1 elektrisch und mechanisch mit dem ersten Anschluss 61 der Aufnahme 7 kontaktiert ist und der zweite Anschluss 42 der Batterie 1 elektrisch und mechanisch mit dem zweiten Anschluss 62 der Aufnahme 7 kontaktiert ist.
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Weiterhin umfasst die Aufnahme 7 auch die elektronischen Anschlüsse 10 der Aufnahme 7, welche mit dem elektronischen Anschluss 9 des ersten Anschlusses 41 der Batterie 1 bzw. dem elektronischen Anschluss 9 des zweiten Anschlusses 42 der Batterie 1 verbunden werden können.
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Zudem umfasst die Aufnahme 7 des Fahrzeugs 100 auch ein Federdämpferelement 11.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Aufnahme 7 im Unterschied zu Darstellung der 4 auch in der Art ausgebildet sein kann, dass die gesamte Batterie 1 darin aufgenommen werden kann.