DE102021111504A1

DE102021111504A1 - Batterieeinheit für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Steuern einer Batterieeinheit

Info

Publication number: DE102021111504A1
Application number: DE102021111504.3A
Authority: DE
Inventors: Dirk Bäder; Michael Grabowski
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-05-04
Filing date: 2021-05-04
Publication date: 2022-11-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit (10) für ein Kraftfahrzeug (14), welche eine Traktionsbatterie (12) für das Kraftfahrzeug (14) umfasst, und welche zu einer Anbringung an einem Kraftfahrzeug (14) vorgesehen ist, und welche vom Kraftfahrzeug (14) als Ganzes abkoppelbar ausgebildet ist. Dabei weist die Batterieeinheit (10) eine Steuereinheit (20) auf, die dazu ausgelegt ist, wenn die Batterieeinheit (10) von einem mit dem Kraftfahrzeug (14) gekoppelten Zustand in einen zumindest zum Teil vom Kraftfahrzeug (14) entkoppelten Zustand überführt wird, die Batterieeinheit (10) autonom vom Kraftfahrzeug (14) wegzubewegen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit für ein Kraftfahrzeug, welche eine Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug umfasst, und welche zu einer Anbringung an einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, und welche vom Kraftfahrzeug als Ganzes abkoppelbar ausgebildet ist. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterieeinheit und ein Verfahren zum Steuern einer Batterieeinheit.
Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge, wie zum Beispiel rein batterieelektrisch betriebene Fahrzeuge und Hybridfahrzeuge, weisen bekanntlich eine Traktionsbatterie auf. Diese kann zum Beispiel als Hochvoltbatterie (HV-Batterie) ausgebildet sein. Eine solche Hochvoltbatterie ist in der Regel am Fahrzeug fest verschraubt, was bedeutet, dass im Falle eines Batteriebrandes das Gesamtfahrzeug sofort vom Brand beeinflusst wird. Eine HV-Batterie besitzt dabei üblicherweise eine enorme Energiemenge und Energiedichte, was eine große potentielle Gefahr für die Insassen bedeutet.
Aktuell betreibt man einen großen Aufwand, um Insassen und Infrastruktur im Falle eines Batteriebrandes zu schützen, zum Beispiel mittels Brandschutzmaßnahmen, Löschvorrichtungen, Löschdecken, Abklingbehältern für ein Gesamtfahrzeug, oder ähnliches. Zudem geht im Falle eines Batteriebrandes immer ein Totalschaden des Fahrzeugs mit einher. Die einzige Möglichkeit, von welcher aktuell in der Praxis Gebrauch gemacht wird, um eine Batterie von einem Gesamtfahrzeug zu entfernen, ist das Lösen von den Batterieverschraubungen in der Werkstatt oder im Falle eines Batteriewechsels. Dabei ist das Entfernen der Batterie nur durch Fachpersonal möglich, was sehr zeitaufwändig ist und beispielsweise Zusatzeinrichtungen wie zum Beispiel eine Hebebühne erforderlich macht.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik auch die Möglichkeit bekannt, eine Batterie zum Austausch gegen eine geladene Batterie vom Kraftfahrzeug zu entkoppeln. Beispielsweise beschreibt die DE 10 2019 004 033 A1 ein Batteriewechselsystem für Elektromobile. Dabei ist die Antriebsbatterie von außen lösbar am Kraftfahrzeug angekoppelt und kann bei Entladung gegen eine aufgeladene Batterie ausgetauscht werden. Zusätzlich kann die Batterie auch an einer von außen zugänglichen Stelle einen Haken aufweisen, an dem die Batterie im Brandfall vom Fahrzeug weggezogen werden kann.
Allerdings weist eine Hochvoltbatterie typischerweise ein sehr hohes Gewicht auf, beispielsweise im Bereich zwischen 700 kg und 900 kg. Von einer einzelnen Person ist eine solche schwere Batterie folglich im Brandfall nicht vom Fahrzeug entfernbar. Auch hier wird entsprechend speziell geschultes Rettungspersonal mit speziellen Equipment benötigt.
Weitere Austauschmöglichkeiten für Batterien beziehungsweise für Energiespeichermodule sind zum Beispiel auch in der DE 10 2017 010 924 A1 , EP 2 616 291 B1 und US 2019/0202316 A1 beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterieeinheit, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, die im Falle eines Batteriedefekts möglichst viel Sicherheit bieten und im Hinblick auf ein Laden oder Austauschen des Energiespeichers möglichst viel Komfort.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieeinheit, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Batterieeinheit für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug und ist zu einer Anbringung am Kraftfahrzeug vorgesehen. Weiterhin ist die Batterieeinheit vom Kraftfahrzeug als Ganzes abkoppelbar ausgebildet. Weiterhin weist die Batterieeinheit eine Steuereinheit auf, die dazu ausgelegt ist, wenn die Batterieeinheit von einem mit dem Kraftfahrzeug gekoppelten Zustand in einen zumindest zum Teil vom Kraftfahrzeug entkoppelten Zustand überführt wird, die Batterieeinheit autonom vom Kraftfahrzeug wegzubewegen.
Die Erfindung beruht dabei zum einen auf der Erkenntnis, dass sich durch eine autonome Batterieeinheit, welche sich also autonom vom Kraftfahrzeug wegbewegen kann, sowohl in punkto Sicherheit im Falle eines Defekts der Batterieeinheit als auch in punkto Komfort zum Laden oder Austauschen der Batterieeinheit deutliche Vorteile gegenüber bisherigen Konzepten erzielt werden kann. Insbesondere ist es so möglich, dass sich die Batterieeinheit, zum Beispiel im Falle eines Defekts, autonom vom Fahrzeug entkoppeln und wegbewegen kann, ohne dass dies irgendeine Interaktion mit einem Benutzer oder Rettungspersonal erfordert. Selbst wenn das Fahrzeug selbst nicht mehr zur Fortbewegung im Stande ist, zum Beispiel bedingt durch einen Unfall, so kann durch das Wegbewegen der Batterieeinheit für die Insassen des Kraftfahrzeugs mehr Sicherheit bereitgestellt werden, da so ein möglicher Brandherd, der durch die Batterieeinheit bereitgestellt ist, weiter vom Fahrzeug entfernt werden kann, und zwar selbst dann, wenn die Batterieeinheit ein sehr hohes Gewicht aufweist. Ein rechtzeitiges Abkoppeln und Wegbewegen vom Fahrzeug ist selbst nach einem Unfall in einem Zeitraum unmittelbar nach einem solchen Unfall in den meisten Fällen ohne Weiteres möglich, da eine Hochvoltbatterie in der Regel nicht sofort nach einem Unfall in Flammen aufgeht. In der Zwischenzeit kann die in der Batterieeinheit gespeichert Restenergie zum Wegbewegen dieser vom Kraftfahrzeug genutzt werden, zum Beispiel aus noch intakten Batteriemodulen. Und gerade dies stellt eine weitere Erkenntnis der Erfindung dar, nämlich dass durch die Batterieeinheit gleichzeitig auch die Energie bereitgestellt werden kann, um diese autonom vom Kraftfahrzeug wegbewegen zu können. Mit anderen Worten muss die Energie zum Entfernen der Batterieeinheit nicht von Rettungspersonal, anderen Personen oder Spezialequipment aufgebracht werden, sondern es kann die in der Batterieeinheit noch enthaltene und noch nutzbare Energie verwendet werden, was gerade bei hohem Gewicht der Batterieeinheit von Vorteil ist und zudem ein frühzeitiges Entfernen der Batterieeinheit vom Kraftfahrzeug ermöglicht, noch bevor das Rettungspersonal an der Unfallstelle eingetroffen ist. Dieses Prinzip lässt sich zudem in gleicher Weise auch nutzen, um die Batterieeinheit zum Beispiel zu einer Ladestation zu fahren oder gegen eine vollgeladene Batterieeinheit auszutauschen. Mit anderen Worten kann durch eine solche autonom fahrende Batterieeinheit auch der Komfort in Bezug auf ein Laden der Batterieeinheit beziehungsweise einen Austausch derer deutlich erhöht werden. Auch dies kann dann prinzipiell ohne irgendeine Interkation eines Benutzers erfolgen. Somit kann insgesamt durch die erfindungsgemäße Batterieeinheit mehr Sicherheit einerseits und mehr Komfort andererseits bereitgestellt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Batterieeinheit eine Hochvoltbatterie als Traktionsbatterie umfasst. Die Batterieeinheit kann beispielsweise ein Batteriegehäuse und mehrere darin aufgenommene Batteriezellen, zum Beispiel Lithiumionenzellen aufweisen. Die einzelnen Batteriezellen können dabei optional auch zu Batteriemodulen zusammengefasst sein. Dass die Batterieeinheit als Ganzes vom Kraftfahrzeug abkoppelbar ausgebildet ist, ist entsprechend so zu verstehen, dass dabei beispielsweise das gesamte Batteriegehäuse inklusive aller darin aufgenommenen Batteriezellen gleichzeitig abgekoppelt wird. Auch Teile einer Kühleinrichtung zum Kühlen der Batteriezellen kann damit einhergehend als Teil der Batterieeinheit vom Kraftfahrzeug abgekoppelt werden. Ein solcher Teil einer Kühleinrichtung kann zum Beispiel in Form eines Kühlbodens des Batteriegehäuses ausgestaltet sein.
Ein solcher Kühlboden beziehungsweise die Kühlkanäle eines solchen Kühlbodens sind dabei über Leitungen üblicherweise an einen Kühlkreislauf des Kraftfahrzeugs gekoppelt. Ebenso führen typischerweise von der Hochvoltbatterie Hochvoltleitungen zu Komponenten des Fahrzeugs. Zu dem Zeitpunkt, zu welchem die Batterieeinheit beginnt, sich autonom vom Fahrzeug wegzubewegen, können gemäß einer Variante die genannten Leitungen, das heißt die Hochvoltleitungen und/oder Kühlleitungen immer noch mit dem Fahrzeug gekoppelt sein. Es ist also auch möglich, dass die Batterieeinheit dazu ausgelegt ist, sich vom Kraftfahrzeug wegzubewegen, wenn diese nur zum Teil vom Kraftfahrzeug entkoppelt ist. Beispielsweise können Halterungen zum Befestigen der Batterieeinheit am Kraftfahrzeug gelöst worden sein, während jedoch die genannten Leitungen immer noch mit Fahrzeugkomponenten verbunden sind. Diese Leitungen können beispielsweise abreißen, sobald sich die Batterieeinheit ausreichend vom Fahrzeug wegbewegt hat. Ein solches Abreißen ist aufgrund des typischerweise hohen Gewichts einer Hochvoltbatterie, ohne weiteres möglich. Beispielsweise können auch Sollbruchstellen in den Kühlleitungen und/oder HV-Leitungen vorgesehen sein. Diese Variante ist vorzugsweise nur für einen Notfall vorteilhaft, wenn also beispielsweise die Batterieeinheit im Fall eines Defekts abgekoppelt werden soll. Alternativ kann es aber auch vorgesehen sein, dass auch die Leitungen, zum Beispiel die Hochvoltleitungen oder Kühlleitungen, reversibel abkoppelbar ausgestaltet sind und dass eine Abkopplung dieser Leitungen erfolgt, bevor sich die Batterieeinheit autonom vom Kraftfahrzeug wegbewegt. In diesem Fall ist also die Batterieeinheit zunächst in den vollständig vom Kraftfahrzeug entkoppelten Zustand übergeführt, bevor sich die Batterieeinheit autonom vom Kraftfahrzeug wegbewegt. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft wenn das Abkoppeln des Fahrzeugs zum Zwecke des Ladens oder des Tauschs der Batterieeinheit erfolgen soll.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Batterieeinheit zur Anordnung an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, und insbesondere im mit dem Kraftfahrzeug gekoppelten und am Kraftfahrzeug angeordneten Zustand unterseitig am Kraftfahrzeug angeordnet ist, zum Beispiel unterhalb eines Fahrzeugbodens. Dies hat die Vorteile, dass dort zum einen ausreichend Bauraum zur Unterbindung einer Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug vorhanden ist, und zum Anderen dass sich eine solche Position auch besonders gut eignet, um ein möglichst einfaches Abkoppeln, Abladen und/oder Abwerfen der Batterieeinheit zu ermöglichen. Wenngleich in manchen folgenden Beispielen von dieser bevorzugten Anordnungsposition der Batterieeinheit an der Unterseite des Kraftfahrzeuge zur besseren Veranschaulichung ausgegangen wird, so ist nichts desto weniger auch eine andere Anordnungsposition der Batterieeinheit am Kraftfahrzeug denkbar und möglich. Zum Beispiel kann die Batterieeinheit auch im Kofferraum des Kraftfahrzeug im mit dem Kraftfahrzeug gekoppelten Zustand angeordnet sind und könnte mit einer Abladeeinrichtung zum Entkoppeln abgeladen bzw. ausgeladen werden, zum Beispiel vom Kofferraum mit einer Rampe ausgeleitet werden, oder es öffnet sich eine Luke im Kofferraum unterhalb der Batterieeinheit und diese wird im Notfall dadurch abgeworfen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Batterieeinheit ein Fahrwerk mit mehreren Rädern und/oder Rollen, insbesondere Kugelrollen, und einen Antrieb mit einem von mindestens einer Batteriezelle der Batterieeinheit, insbesondere der Traktionsbatterie, versorgbaren Elektromotor zum Antreiben mindestens eines der Räder und/oder Rollen auf. Auf diese Weise kann die Batterieeinheit autonom vom Kraftfahrzeug wegfahren, wenn diese zumindest zum Teil vom Kraftfahrzeug entkoppelt ist. Der Elektromotor kann wie eingangs beschrieben vorteilhafterweise durch die Batterieeinheit selbst beziehungsweise durch zumindest eine von dieser umfassten Batteriezelle energetisch versorgt werden. Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn im normalen Betrieb der Batterieeinheit im Kraftfahrzeug eine vorbestimmte Energiereserve vorgehalten wird. Diese kann dann genutzt werden, um die Batterieeinheit autonom zu fahren. Mit anderen Worten kann die Batterieeinheit dann nur maximal bis zu dieser Energiereserve entladen werden.
Weiterhin kann es auch vorgesehen sein, dass der Elektromotor situationsabhängig durch unterschiedliche Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule der Batterieeinheit versorgbar ist. Beispielsweise kann im Falle eines Defekts der Batterieeinheit eine Kopplung des Elektromotors zum Versorgen des Elektromotors mit Energie mit einer noch intakten Batteriezelle oder einem noch intakten Batteriemodul erfolgen. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass der Elektromotor auch im Falle eines Defekts der Batterieeinheit noch betrieben werden kann, erhöht werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Räder von einer bestimmten einer ersten Fahrtrichtung zugeordneten Radstellung um mindestens 90° in eine zweite Radstellung drehbar sind, die einer von der ersten verschiedenen zweiten Fahrtrichtung zugeordnet ist. Werden die Räder also beispielsweise um 90° gedreht, so stellt auch die zweite Fahrtrichtung eine zur ersten Fahrtrichtung senkrecht verlaufende Fahrtrichtung dar. Dies bietet ein maximales Maß an Flexibilität, um die Batterieeinheit autonom vom Kraftfahrzeug wegzubewegen. Setzt die Batterieeinheit also beispielsweise unterhalb des Elektrofahrzeugs auf den Boden auf, so kann diese zum Beispiel in Fahrzeuglängsrichtung oder auch in Fahrzeugquerrichtung vom Fahrzeug wegbewegt werden. Im Falle, dass die Batterieeinheit Rollen, insbesondere Kugelrollen, zum Beispiel statt Räder, aufweist, ist es möglich, die Batterieeinheit auch ohne eine Veränderung der Rollenstellung in jede beliebige Richtung zu bewegen. Es kann auch mindestens ein Rad für die Richtungssteuerung und eine oder mehrere zusätzliche Kugelrollen vorgesehen sein. Die Batterieeinheit kann beispielsweise selbsttätig den situationsabhängig besten Weg wählen. Beispielsweise kann sie den kürzesten Weg zu einer Lade- und/oder Aufbewahrungseinheit wählen oder, zum Beispiel auch im Falle eines Defekts der Batterieeinheit, einen freien Weg, der nicht durch Hindernisse blockiert ist oder einen sichersten Weg, insbesondere auch für andere Verkehrsteilnehmer, zum Beispiel weg von der Straße, Gebäuden, Personen, oder Ähnliches.
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die Steuereinheit beispielsweis dazu ausgelegt ist, die Bewegung der Batterieeinheit in Abhängigkeit von einem von einem empfangenen Fernsteuersignal zum Fernsteuern der Batterieeinheit zu steuern, und/oder einem von einer von der Batterieeinheit umfassten Umfeldsensorik erfassten Teil einer Umgebung der Batterieeinheit zu steuern. Mit anderen Worten kann es zum Beispiel vorgesehen sein, dass die Batterieeinheit auch eine Umfeldsensorik zur Umfassung zumindest eines Teils einer Umgebung der Batterieeinheit aufweist. Eine solche Umfeldsensorik kann zum Beispiel eine Kamera und/oder einen Radar und/oder einen Ultraschallsensor und/oder einen Lidar oder ähnliches umfassen. Auf Basis einer solchen Umfeldsensorik kann die Batterieeinheit beziehungsweise die Steuereinheit zum Beispiel auch feststellen, welcher Weg weg vom Fahrzeug frei ist, um die Batterieeinheit autonom vom Fahrzeug wegzubewegen. Kollisionen mit anderen Verkehrsteilnehmern oder Objekten können somit vorteilhafterweise verhindert werden. Optional kann die Batterieeinheit auch einen GPS-Empfänger oder ein anderes satellitenbasiertes Positionsbestimmungssystem aufweisen, damit sich die Batterieeinheit selbst in ihrer Umgebung lokalisieren kann. Entsprechend kann die Batterieeinheit auch über eine Karte im Sinne einer Navigationskarte mit Straßen-, Infrastruktur- und Umgebungsinformationen verfügen, die zum Beispiel in einem Speicher der Steuereinheit abgelegt sein kann. Auf Basis dieser Karte kann ebenfalls eine Navigation der Batterieeinheit erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die Batterieeinheit fernsteuerbar ist. Dies ermöglicht es beispielsweise die Batterieeinheit durch eine andere Person, zum Beispiel Rettungspersonal, mit einer der Batterieeinheit zugeordneten Fernbedienung ferngesteuert zu bewegen. Dabei kann es auch vorgesehen sein, dass sich die Batterieeinheit zum Beispiel zunächst ohne Fernsteuerung autonom vom Fahrzeug wegbewegt und wenn sich die Batterieeinheit letztendlich, zum Beispiel in einem Notfall, an einer ungünstigen Position befindet, kann diese ferngesteuert vom Rettungspersonal an eine andere Stelle, die zum Beispiel sicherer ist, bewegt werden, oder an welcher ein Löschvorgang einfacher durchgeführt werden kann. Dadurch kann die Sicherheit weiter gesteigert werden. Dies hat zudem den großen Vorteil, dass im Falle eines aufkeimenden Batteriebrands die Batterieeinheit über die Umfeldsensorik, gegebenenfalls auch GPS-basiert, an einen möglichst sicheren Ort gebracht werden kann, an dem möglichst wenig Sach- und Personenschäden zu erwarten sind. Die abgekoppelte Batterie ist damit durch die eintreffende Feuerwehr besonders schnell und einfach zu löschen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgelegt, die Batterieeinheit zu einer vorbestimmten Lade- und/oder Aufbewahrungsstation zu bewegen, und insbesondere nach einem Ende eines Ladevorgangs zum Laden der Batterieeinheit diese Batterieeinheit zum Kraftfahrzeug zu bewegen. Hierdurch kann eine Aufladen der Batterieeinheit auch ohne jegliches Zutun eines Benutzers erfolgen. Dabei kann eine solche Batterieabkopplung zum Zwecke des Ladens auch automatisiert zu gewissen Tageszeiten, die von einem Benutzer vorgebbar sind, durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Benutzer sein Fahrzeug in einer Tiefgarage abstellen, und die Batterieeinheit entkoppelt sich automatisiert zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, zum Beispiel um 20 Uhr, und fährt autonom zur Lade- und Aufbewahrungsstation, in welcher die Batterieeinheit geladen wird. Ist die Batterieeinheit schließlich aufgeladen, zum Beispiel um 4 Uhr nachts, kann die Batterieeinheit wieder autonom zum Fahrzeug zurückfahren und sich an selbiges wieder ankoppeln. Anschließend fährt der Benutzer beispielsweise um 6 Uhr mit seiner vollgeladenen Batterieeinheit zur Arbeit. Bei dieser Variante ist also vorteilhafterweise keine Wechselbatterieeinheit erforderlich. Die fast entleerte Batterieeinheit fährt entsprechend zu einem bestimmten vordefinierten Ort, der vorliegend als Lade- und Aufbewahrungsstation bezeichnet wird, wo diese aufgeladen werden kann. Dieser Ort ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante ein brandgeschützter Ort, welcher im Falle eines aufkeimenden Batteriebrands, für welchen auch beim Laden das Risiko etwas erhöht ist, den Schutz der umgebenden Infrastruktur gewährleistet. Diese Vorrichtung könnte beispielsweise in Tiefgaragen, privat oder öffentlich, an Autobahnraststätten, in Einkaufszentren, bei einem privaten Wohnhaus, und so weiter vorgesehen sein. Eine solche Lade- und/oder Aufbewahrungsstation kann zum Beispiel auch zur Aufnahme und zum Laden mehrerer Batterieeinheiten gleichzeitig ausgebildet sein, zum Beispiel wie eine Art Duplexgarage. Dabei können sich zum Beispiel einzelnen Ebenen nach oben und nach unten bewegen, wobei eine jeweilige Batterieeinheit in eine solche Ebene einfahren kann und mit einer entsprechenden Ladeinfrastruktur automatisch gekoppelt werden kann.
Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Batterieeinheit gegen eine neue getauscht wird. In diesem Fall wird die fast entleerte Hochvoltbatterieeinheit ebenfalls autonom vom Fahrzeug entfernt, und fährt ebenfalls an einen vorbestimmten Ort, zum Beispiel eine Aufbewahrungsstation, die dann nicht zum Laden der Batterieeinheit ausgelegt sein muss, während eine vollaufgeladene Batterieeinheit, vorzugsweise ebenfalls autonom, zum Fahrzeug fährt und sich dort selbsttätig am Fahrzeug ankoppelt. Dies hat den Vorteil, dass hierbei immer eine hundertprozentige Kapazität für das Kraftfahrzeug bereitgestellt werden kann. Ältere Batterien mit Kapazitätsverlust können einfacher entsorgt werden. Auch können neue Batterietechnologien für bestehende Elektrofahrzeuge einfacher genutzt werden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterieeinheit oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Batterieeinheit und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Elektrofahrzeug, zum Beispiel als rein batterieelektrisch betriebenes Fahrzeug oder Hybridfahrzeug, ausgebildet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Kraftfahrzeug eine aktiv ansteuerbare Abkoppeleinrichtung zum Überführen der Batterieeinheit vom mit dem Kraftfahrzeug, zum Beispiel mit dessen Unterseite, gekoppelten in den entkoppelten Zustand bei erfüllt sein zumindest einer vorgegebenen Bedingung auf, insbesondere wobei die zumindest eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wenn ein vorbestimmter kritischer Zustand zumindest einer Batteriezelle der Batterieeinheit erfasst wurde, und/oder wobei die mindestens eine Bedingung mindestens ein Lade- oder Batterietauschkriterium spezifiziert. Ein solches Kriterium kann beispielsweise sein, dass sich das Kraftfahrzeug im Stillstand befindet, ein vorbestimmter niedriger Ladezustand der Batterieeinheit erreicht ist und/oder eine sonstige von einem Benutzer definierbare Ladebedingung, zum Beispiel eine bestimmte Uhrzeit, erfüllt ist.
Auch im Falle, dass ein Defekt der Batterieeinheit erfasst wird, kann ein automatisches Abkoppeln durch die ansteuerbare Abkoppeleinrichtung bewerkstelligt werden. Das Abkoppeln der Batterieeinheit kann sich dabei zum einen nur auf die Befestigung der Batterieeinheit, das heißt des Gehäuses der Batterieeinheit am Kraftfahrzeug, zum Beispiel an der Unterseite des Kraftfahrzeugs, beziehen und dabei wie eingangs bereits beschrieben die Leitungen unberührt lassen, oder zusätzlich auch auf eine automatische Abkopplung dieser Leitungen. Das Abkoppeln kann also beispielsweise irreversibel, zum Beispiel über Absprengen, Abscheren der Schrauben, oder auch reversibel durch aktives Abschrauben, formschlüssiges Lösen oder ähnliches erfolgen. Gerade im Notfall kann es auch vorgesehen sein, dass eine Art Abwerfen der Batterieeinheit im Brandfall erfolgen soll. Bei einem solchen einmaligen Ablösen im Notfall können die HV-Leitungen und Kühlwasserleitungen entweder abgerissen oder abgeschert werden oder aber auch aktiv abgekoppelt werden. Insbesondere bei unbeschädigten Kühlwasserleitungen, auch Batterieintern, kann eine Feuerwehr die entstandenen Öffnungen auch als Lösch- und Kühlungszugang verwenden. Somit ist eine aktive Abkopplung der HV-Leitungen und Kühlwasserleitungen auch im Notfall sehr vorteilhaft. Durch eine solche tiefe Abkopplung kann insbesondere auch eine erneute Kopplung ermöglicht werden, wozu sich die vorgesehenen Abkoppelmechanismen besonders vorteilhaft dazu eignen, die Batterieeinheit zum Zwecke des Austauschs oder des Ladens zu entfernen. Weiterhin kann die Abkoppeleinrichtung als eine Befestigungselement-Löseeinheit zum Lösen von Befestigungselement ausgebildet sein, über welche ein Gehäuse der Batterieeinheit mit der Unterseite des Kraftfahrzeugs verbunden ist. Eine solche Befestigungselement-Löseeinheit kann dazu ausgebildet sein, im Notfall alle Batterieverschraubungen möglichst zeitgleich und schnell von der Karosserie zu lösen, sodass die Batterieeinheit über die Schwerkraft aus dem Fahrzeug herausfällt. Die Batterieeinheit kann in diesem Fall, wie bereits beschrieben, optional noch an den HV-Leitungen beziehungsweise Kühlwasserrohren hängen, welche durch das hohe Eigengewicht der Batterieeinheit, welches im Bereich von ca. 700 kg bis 900 kg liegt, abgeschert werden. Zusätzlich kann die Verbindung so ausgeprägt sein, dass diese bei einer gewissen Zugkraft versagt. Dies kann durch das Vorsehen bestimmter Sollbruchstellen in den HV-Leitungen und/oder Kühlwasserleitungen erreicht werden. Des Weiteren muss sich das Kraftfahrzeug, wenn die Batterieeinheit abgekoppelt und abgeladen bzw. abgeworfen wird, nicht notwendigerweise im Stillstand befinden.
Zum reversiblen Abkoppeln der Hochvoltbatterie, das heißt im Allgemeinen der Batterieeinheit, können Steckverbindungen für die HV-Leitungen und Kühlwasserrohre vorgesehen sein. Bei der Kopplung der Kühlwasserrohre ist es dann zudem vorteilhaft, wenn möglichst wenig Luft in den Kühlwasserkreislauf eindringen kann.
Entsprechend stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Abkoppeleinrichtung dazu ausgelegt ist, von der Batterieeinheit zu einer Kraftfahrzeugkomponente des Kraftfahrzeugs führende Leitungen, insbesondere elektrische Leitungen und/oder Kühlleitungen, reversibel zu trennen. Dies hat wie beschrieben den großen Vorteil, dass eine solche Abkopplung dann zum Austausch oder Laden der Batterieeinheit genutzt werden kann. Zudem hat dies aber auch im Notfall den Vorteil, dass noch intakte Leitungen, insbesondere Kühlleitungen, zum Anschließen einer Löscheinrichtung zum Löschen der Batterie genutzt werden können. Um dabei zu erreichen, dass möglichst wenig Luft in den Kühlwasserkreislauf eindringen kann, insbesondere bei der erneuten Kopplung der Kühlwasserrohre beziehungsweise Rohranschlüsse der Batterieeinheit mit korrespondierenden Kühlwasserrohranschlüssen des Kraftfahrzeugs, kann beispielsweise ein Schleusensystem vorgesehen sein. Über ein solches Schleusensystem zwischen den Anschlüssen der Batterieeinheit und den Anschlüssen der Kraftfahrzeugkomponente lässt es sich einerseits vorteilhafterweise bewerkstelligen, dass beim Koppeln der Batterieeinheit mit dem Kraftfahrzeug möglichst wenig Luft in das Kühlkreislaufsystem gelangt und andererseits, dass es beim Abkoppeln zu möglichst wenig Kühlmittelverlust kommt. Nichts desto weniger kann mögliches Leckagewasser beim Ladevorgang oder im nächsten Service nachgefüllt werden.
Der Abkopplungsvorgang zum Trennen der Leitungen kann im Allgemeinen auch über eine definierte Zugkraft erfolgen, zum Beispiel unter anderem unterstützt durch Magnete in den Verschlussenden, oder es könnte auch eine elektrische Verriegelung geöffnet werden, was insbesondere beim Abkoppeln der Hochvoltleitungen vorteilhaft ist. Beim Trennen der Hochvoltleitungen ist es zudem vorteilhaft, wenn das Hochvoltsystem des Fahrzeugs zwischenzeitlich deaktiviert wurde, sodass dann vorteilhafterweise die Gefahr von Lichtbögen beim Abkoppeln reduziert ist. Zudem kann die Traktionsbatterie auch einen integrierten Schalter aufweisen, um die HV-Leitungsanschlüsse vor dem Trennen vom Kraftfahrzeug spannungsfrei zu schalten.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Kraftfahrzeug eine Abladeeinrichtung zum, insbesondere reversiblen, Abladen der Batterieeinheit auf einen Untergrund, auf welchem sich das Kraftfahrzeug befindet, auf, insbesondere eine Laderampe und/oder einen Seilzug und/oder eine verfahrbare Abladeplattform. So kann eine schonendes Abladen der Batterieeinheit erfolgen, was vor allem zum Zwecke des Ladens oder Austauschs der Batterieeinheit vorteilhaft ist. Im Falle einer Laderampe kann diese ebenfalls auch durch einen Abseilmechanismus abgeseilt werden. Eine solche Rampe kann also mit einem Ende nach unten bis auf den Untergrund gleiten und die abgekoppelte Batterieeinheit kann entsprechend dann über diese Rampe nach unten auf den Untergrund fahren. Dadurch kann die Batterieeinheit über die Rampe auf die Fahrbahn geleitet werden. Die Rampe kann dabei weiterhin derart abgelassen werden, dass die Batterieeinheit entweder in oder entgegen der Fahrtrichtung die Rampe hinunterfahren kann. Dies bietet vorteilhafterweise mehr Möglichkeiten, die Batterieeinheit vom Kraftfahrzeug zu entfernen. Bei einem Abseilmechanismus mit einem Seilzug kann aber auch die Batterieeinheit als Ganzes über einen solchen Seilzug nach unten auf den Untergrund herabgelassen werden und sich erst dann autonom vom Kraftfahrzeug wegbewegen. Ein solcher Seilzug kann eine neue Batterieeinheit beziehungsweise eine geladene Batterieeinheit auch wieder nach oben an die Unterseite des Kraftfahrzeugs ziehen, um die Batterieeinheit wieder mit dem Kraftfahrzeug zu koppeln. Auch kann eine in vertikale Richtung verfahrbare Abladeplattform verwendet werden. Bei einer weiteren Variante ist es auch denkbar, dass die Batterie ohne irgendeine Art von Abladeeinrichtung einfach durch Lösen von Befestigungselementen zur Befestigung der Batterieeinheit am Kraftfahrzeug abgeworfen wird, wobei die Batterieeinheit zusätzliche Dämpfungselemente aufweist, zum Beispiel Stoßdämpfer, um den Aufprall auf dem Untergrund abzufangen und zu dämpfen. Dies ermöglicht ein besonders schnelles Entfernen der Batterie vom Kraftfahrzeug, was vor allem in einer Notsituation sehr vorteilhaft ist. Diese Varianten können auch miteinander kombinierbar sein, sodass beispielsweise Situationsbedingt auch von einem schnellen Abwurf Gebrauch gemacht werden kann. Zudem ist es auch denkbar, dass die oben beschriebenen Räder der Batterieeinheit in vertikaler Richtung in Richtung des Untergrunds ausfahrbar sind. Dadurch kann entsprechend der Ablademechanismus in die Batterieeinheit selbst integriert sein. Diese fährt beispielsweise ihre Räder in Richtung des Untergrunds aus, bis diese den Untergrund kontaktieren, anschließend erfolgt die mechanische Abkopplung vom Fahrzeug und dann fahrt die Batterieeinheit ihre Räder wieder ein wodurch das Batteriegehäuse nach unten gefahren wird. Darüber hinaus sind auch zahlreiche weitere Ablademöglichkeiten denkbar.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Steuern einer Batterieeinheit für ein Kraftfahrzeug, welche eine Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug umfasst, und welche zu einer Anbringung am Kraftfahrzeug vorgesehen ist, und welche vom Kraftfahrzeug unter zumindest einer vorbestimmten Bedingung als Ganzes abgekoppelt wird. Dabei wird die Batterieeinheit derart angesteuert, dass sie sich, wenn sie von einem mit dem Kraftfahrzeug gekoppelten Zustand in einen zumindest zum Teil vom Kraftfahrzeug entkoppelten Zustand überführt wird, autonom vom Kraftfahrzeug wegbewegt.
Die für die erfindungsgemäße Batterieeinheit und ihre Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
Bei der zumindest einen vorbestimmten Bedingung, unter welcher die Batterieeinheit vom Kraftfahrzeug abgekoppelt wird, kann es sich beispielsweise um die Detektion eines Fehlzustands der Batterie handeln oder das erfüllt sein einer Lade- oder Batterietauschbedingung, wie diese zum Beispiel bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterieeinheit und ihren Ausführungsformen, bzw. dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und seinen Ausführungsformen beschreiben wurden.
Zu der Erfindung gehört auch die Steuereinheit für die Batterieeinheit. Die Steuereinheit kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieeinheit und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer autonomen Batterieeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer autonomen Batterieeinheit gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Abwurfs einer autonomen Batterieeinheit aus dem Kraftfahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung eines Abladens der autonomen Batterieeinheit aus dem Kraftfahrzeug mittels einer Rampe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5 eine schematische Darstellung des Zuführens der autonomen Batterieeinheit zu einer Lade- und Aufbewahrungsstation gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer autonomen Batterieeinheit 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Batterieeinheit 10 umfasst in diesem Beispiel eine Hochvoltbatterie 12 mit mehreren nicht explizit dargestellten Batteriezellen. Zudem ist die autonome Batterieeinheit 10 dazu ausgebildet, sich nach einem zumindest teilweise Abkoppeln vom Kraftfahrzeug autonom vom Kraftfahrzeug wegzubewegen, was sowohl vorteilhafterweise zum Laden oder Batterieeinheitstausch genutzt werden kann, also auch im Notfall im Falle eines Defekts der Batterieeinheit 10 und insbesondere eines bevorstehenden beziehungsweise drohenden Batteriebrands. Um eine solches Wegbewegen der Batterieeinheit 10 vom Kraftfahrzeug 14 (vergleiche 2 bis 4) zu ermöglichen weist die Batterieeinheit 10 zusätzlich ein Fahrwerk mit Rädern 16 auf, einen Elektromotor 18, sowie eine Steuereinheit 20, die optional auch eine Leistungselektronik umfassen kann. Zudem ist es vorteilhaft, wenn die Batterieeinheit eine Umfeldsensorik 22 umfasst. Der Elektromotor 18, sowie aber auch die übrigen elektrischen Verbraucher, wie die Steuereinheit 20 und/oder die Umfeldsensorik 22, sowie optionale weitere Komponenten der Batterieeinheit 10 können dabei ihre Energie vorteilhafterweise aus der Hochvoltbatterie 12 ziehen. Das Fahrwerk mit den Rädern 16 ist weiterhin vorzugsweise so ausgeführt, dass die Räder 16 auf der Straßenebene um 90° gedreht werden können. Dies ermöglicht es, dass die Batterieeinheit 10 in Fahrzeuglängsrichtung, die zur dargestellten X-Richtung korrespondiert, oder in Fahrzeugquerrichtung, die zur dargestellten Y-Richtung korrespondiert, unter dem Fahrzeug losfahren kann.
Weiterhin weist die Batterieeinheit 10 auch Enden beziehungsweise Anschlüsse 24, die mit den in den in der Hochvoltbatterie 12 vorhandenen Hochvoltleitungen gekoppelt sind, auf, sowie Anschlüsse 26 beziehungsweise Enden von Kühlleitungen, die mit einem in der Batterieeinheit 10 verbauten Kühlsystem gekoppelt sind, welches zum Beispiel als Kühlboden mit Kühlkanälen ausgestaltet sein kann. Zum Abkoppeln einer solchen autonomen Batterieeinheit 10 vom Kraftfahrzeug 14 gibt es nun mehrere Möglichkeiten, die je nach Situation gewählt oder vorteilhaft sein können. Diese werden nun im Folgenden näher erläutert.
2 zeigt dabei eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 14 mit einer solchen autonomen Batterieeinheit 10, die insbesondere wie zur 1 beschrieben ausgestaltet sein kann, wenngleich in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Komponenten dieser beschriebenen autonomen Batterieeinheit 10 dargestellt sind. Diese autonome Batterieeinheit 10 ist vorliegend an einer Unterseite 28 des Kraftfahrzeugs 14, wie zum Beispiel einem Fahrzeugboden 28, befestigt. Eine solche Befestigung kann zum Beispiel über Schraubverbindungen 30 bereitgestellt sein. Weiterhin umfasst das Kraftfahrzeug 14 in diesem Beispiel eine aktiv ansteuerbare Abkopplungseinheit 32, die einen Abkopplungsmechanismus zum Lösen dieser Befestigungsverbindungen 30 aufweist. Dieser Abkopplungsmechanismus kann durch die Abkopplungseinheit 32 unter einer vorbestimmten Voraussetzung ausgelöst werden. Beispielsweise kann dieser im Falle detektierten thermischen Propagation der Batterie 12 beziehungsweise eines Batteriebrands oder bei einem gewünschten Batteriewechsel eine Entkopplung der Batterieeinheit 10 vom Fahrzeug 14 auslösen. Dabei kommen sowohl irreversible als auch reversible Abkoppelmechanismen in Frage. Gerade in Notsituationen sind vor allem irreversible Abkoppelmechanismen geeignet, während für einen Batterietausch oder ein Laden reversible Abkoppelmechanismen bevorzugt sind, die ein erneutes Koppeln der Batterieeinheit 10 oder einer anderen solchen Batterieeinheit 10 ermöglichen, insbesondere beschädigungsfrei. Im Allgemeinen kann also durch die Abkoppeleinheit 32 ein Abkopplungsverfahren realisiert sein, wie zum Beispiel Absprengen, Abscheren der Schraubverbindungen 30, Abschrauben, formschlüssiges Lösen, und so weiter. Gerade zum reversiblen Abkoppeln ist ein Abschrauben der Batterieeinheit 10 bevorzugt. Dabei kann die Abkopplungseinheit 32 zum Beispiel als Verschraubeinheit 32 ausgeführt sein, welche die Verschraubungen 30 ohne externes Einwirken vollständig lösen kann. Die Batterieschrauben 30 haben vorzugsweise eine Verliersicherung, sodass diese nicht auf den Boden fallen, sondern in der Batterieeinheit 10 verliersicher fixiert sind. Des Weiteren kann der Schraubenkopf auch nach oben in Richtung Fahrzeugboden 28 gerichtet sein und mit Beispielsweise einer Mutter unterhalb der Batterieeinheit 10 gekontert sein. Des Weiteren könnte die Schraube 30 auch als ein Gewindestab ausgeführt sein, welcher an beiden Enden mit einer Mutter fixiert ist. Wenngleich vorliegend eine Abkoppeleinheit 32 nur in Bezug auf eine solche Schraubverbindung 30 in 2 dargestellt ist, so kann diese für jede Schraubverbindung 30 analog vorgesehen sein. Es existiert also vorzugsweise eine Befestigungselementlöseeinheit, in diesem Fall die Abkopplungseinheit 32, welche gerade im Notfall vorzugsweise auch dazu ausgebildet ist, alle Batterieverschraubungen möglichst zeitgleich und schnell von der Karosserie zu lösen.
Beim einmaligen Ablösen zum Beispiel im Notfall, können die oben genannten HV-Leitungen und Kühlwasserleitungen entweder abgerissen oder abgeschert oder in einer weiteren Ausführungsform aber auch ohne Reißen abgekoppelt werden. Ein aktives Abkoppeln hat den Vorteil, dass hierdurch die Anschlüsse 24, 26, insbesondere der Kühlmittelleitungen 26, nicht beschädigt werden, wodurch diese genutzt werden können, um nach dem Abwerfen oder Abladen der Batterieeinheit 10, und nachdem diese sich autonom vom Fahrzeug 14 entfernt hat, als Lösch- und Kühlungszugang zu verwenden.
Des Weiteren kann es vorgesehen sein, dass die Batterieeinheit 10 nach dem Lösen der Schraubverbindungen 30 dann über die Schwerkraft aus dem Fahrzeug 14 herausfällt oder durch einen Ablademechanismus abgeladen wird, wie dies nun anhand von 3 und 4 näher beschrieben wird.
2 zeigt dabei eine Variante, gemäß welcher die Batterieeinheit 10 nach Lösen ihrer Befestigung an der Karosserie aus dem Fahrzeug 14 herausfällt. In diesem Fall können die beschriebenen Leitungsanschlüsse 24, 26 aktiv getrennt werden oder durch das hohe Eigengewicht der Batterieeinheit 10 abgeschert werden. Zusätzlich kann die Verbindung zwischen diesen Enden 24, 26 und den korrespondierenden Kraftfahrzeuganschlüssen 34, 36 (vergleiche 4), die in dem in 3 dargestellten Kraftfahrzeug 14 ebenso vorgesehen sein können, so ausgeprägt sein, dass diese bei einer gewissen Zugkraft versagen, zum Beispiel durch das Vorsehen von Sollbruchstellen.
Beim reversiblen Abkoppeln der Batterieeinheit 10 mit der Hochvoltbatterie 12 sind vorzugsweise Steckverbindungen für die HV-Leitungen und Kühlwasserrohre vorgesehen, über welche die Anschlüsse 24, 26 der Batterieeinheit 10 von den korrespondierenden Kraftfahrzeuganschlüssen 34, 36 abkoppelbar sind und mit diesen wieder koppelbar sind.
4 zeigt weiterhin eine Variante, gemäß welcher die Batterieeinheit 10 über einen Ablademechanismus des Kraftfahrzeugs 14, in diesem Beispiel eine Rampe 38, abgeladen wird. Dabei ist es bevorzugt, dass zunächst die Leitungsanschlüsse 34, 24, 36, 26 voneinander getrennt werden und die Batterieeinheit 10 zudem mechanisch von der Karosserie des Kraftfahrzeugs 14 gelöst wird. Die Rampe 38 kann die Batterieeinheit 10 entweder in Fahrtrichtung X oder gegen die Fahrtrichtung -X ausgleiten lassen. Die Rampe 38 kann ebenfalls auch durch einen Abseilmechanismus abgeseilt werden. Des Weiteren ist ein Aufzugmechanismus mit einer beweglichen Bodenplatte ebenfalls möglich, um die Batterieeinheit 10 schonend aus dem Kraftfahrzeug 14 abzuladen. Gemäß einen weiteren Beispiel ist es auch denkbar, dass die Batterieeinheit 10 auch ohne Rampe 38 auf die Fahrbahn fallengelassen werden kann, wie in 3 illustriert. Das vorhandene Fahrwerk mit den Rädern 16 kann den Stoß dämpfen.
In beiden Fällen kann nachdem die Batterieeinheit 10 abgeworfen beziehungsweise abgekoppelt und abgeladen wurde, die Batterieeinheit 10 mit der Hochvoltbatterie 12 autonom, das heißt selbstständig, fahren und sich somit vom Fahrzeug 14 entfernen. Ein Batterieabwurf ohne Ablademechanismus kann vor allem im Falle eines aufkeimenden Batteriebrands vorteilhaft sein. Hier wäre das primäre Ziel, die Batterie 12 über die Umfeldsensorik 22 gegebenenfalls GPS-basiert an einen möglichst sicheren Ort zu bringen, an dem möglichst wenig Sach- und Personenschäden zu erwarten sind. Die abgekoppelte Batterieeinheit 10 ist durch eine eintreffende Feuerwehr besonders schnell und einfach zu löschen.
Die Batterieeinheit 10 kann aber auch zum Zwecke des Tauschs beziehungsweise Aufladens abgekoppelt und abgeladen werden. Dies wird nun anhand von 5 näher beschrieben. 5 zeigt dabei nochmal die autonome Batterieeinheit 10 sowie eine Lade- und Aufbewahrungsstation 40, welche dazu ausgelegt ist, mehrere Batterieeinheiten 10, die insbesondere wie die beschriebene Batterieeinheit 10 ausgebildet sein können, aufzunehmen und zu laden. Eine solche Lade- und Aufbewahrungsstation 40 kann zudem eine Möglichkeit zur Kühlung der Batterieeinheiten 10 bereitstellen. Entsprechend kann eine solche Lade- und Aufbewahrungsstation 40 für eine jeweilige Batterieeinheit 10 eine Schnittstelle 42 zum Koppeln mit den Anschlüssen 24, 26 der HV-Leitungen und Kühlrohre der Batterieeinheit 10 aufweisen, so dass über diese Schnittstelle 42 das Laden der Hochvoltbatterie 12 sowie eine Kühlung der Hochvoltbatterie 12 erfolgen kann. Die Lade- und Aufbewahrungsstation 40 kann wie eine Duplexgarage ausgeführt sein, das heißt die einzelnen Ebenen 44 können nach oben und nach unten fahren. Die Verfahrbarkeit ist dabei durch den Doppelpfeil 46 in 5 veranschaulicht. Eine freie Ebene 44 kann sich beispielsweise auf Untergrundebene 48 befinden. Entsprechend kann eine autonome Batterieeinheit 10 in diesen leeren Ladeplatz 50 auf der untersten Ebene einfach einfahren und automatisch mit der Schnittstelle 42 koppeln. Anschließend können die Ebenen 44 wieder so bewegt werden, dass sich auf Untergrundebene 48 wieder ein freier Ladeplatz 50 befindet, in den die nächste autonome Batterieeinheit 10 zum Laden einfahren kann. Ist die Batterieeinheit 10 fertig geladen, so kann ihre korrespondierende Ladeebene 44 wieder auf Untergrundebene 48 verfahren werden, die autonome Batterieeinheit 10 kann entsprechend wieder die Lade- und Aufbewahrungsstation 40 verlassen und zum Fahrzeug, insbesondere zum gleichen Fahrzeug 14 oder aber auch zu einem anderen Fahrzeug 14, zurückkehren, mit diesem über die beschriebenen Koppelmechanismen koppeln und somit von dem betreffenden Fahrzeug 14 wieder aufgenommen werden. Dabei ist es zum einen möglich, dass die Batterieeinheit 10 eines Fahrzeugs 14 gegen eine andere, insbesondere unter Umständen auch neue, Batterieeinheit 10 gewechselt wird. Entsprechend ist es nicht nötig, dass eine Ladezeit abgewartet wird, bis das Kraftfahrzeug 14 wieder fahren kann. Andererseits ist es aber auch denkbar, dass die Batterieeinheit 10 zum gleichen Fahrzeug 14 wieder zurückkehrt. Dadurch ist vorteilhafterweise keine Austauschbatterie notwendig.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine autonome Batterieeinheit bereitgestellt werden kann, die vielerlei Vorteile sowohl in puncto Sicherheit im Falle eines Batteriebrands als auch in puncto Komfort beim Batterietausch oder beim Laden der Batterie mit sich bringt. Im Zusammenhang mit einem Batteriebrand ermöglicht es die Erfindung beziehungsweise ihre Ausführungsformen vorteilhafterweise ein rasches Entfernen der Batterie vom schützenswerten Fahrzeug beziehungsweise dessen Insassen, ein autonomes Entfernen der Batterie vom Unfallort und ein aktives Anfahren eines weniger kritischen Ortes für den Löschvorgang, zudem kann die Batterie in Ruhe gelöscht oder abgeklungen werden und die abgekoppelte Batterie kann von Feuerwehren viel einfacher gelöscht werden. Zudem kann dadurch ein deutlich geringerer Sachschaden erzielt werden und die Sicherheit für Insassen und Personen kann deutlich erhöht werden. Zudem ist im Falle eines Batteriebrands das Kraftfahrzeug nicht unweigerlich einem Totalschaden ausgesetzt. Im Hinblick auf ein Laden der Batterie kann durch die Erfindung beziehungsweise ihre Ausführungsformen ein autonomer Batteriewechsel ermöglicht werden, insbesondere unabhängig von einer vorhandenen Wechselstation mit Hebebühne oder einer sonstigen aufwendigen Wechselanordnung. Das Aufladen gestaltet sich für den Benutzer damit reibungsfrei und zeitsparend und Batterien müssten nicht mehr notwendigerweise mit großen oder noch größeren Kapazitäten ausgelegt werden. Insbesondere kann ein Batteriewechsel mit einer aufgeladenen Batterie ohne das Abwarten von Ladezeiten erfolgen. Zudem kann auch ein hinsichtlich Brandschutz sicheres Laden ermöglicht werden. Auch sind Kapazitätserweiterungen durch eine Batterie mit höherer Energiedichte deutlich einfacher umzusetzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102019004033 A1 [0004]
DE 102017010924 A1 [0006]
EP 2616291 B1 [0006]
US 2019/0202316 A1 [0006]

Claims

Batterieeinheit (10) für ein Kraftfahrzeug (14), welche eine Traktionsbatterie (12) für das Kraftfahrzeug (14) umfasst, und welche zu einer Anbringung an einem Kraftfahrzeug (14) vorgesehen ist, und welche vom Kraftfahrzeug (14) als Ganzes abkoppelbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (10) eine Steuereinheit (20) aufweist, die dazu ausgelegt ist, wenn die Batterieeinheit (10) von einem mit dem Kraftfahrzeug (14) gekoppelten Zustand in einen zumindest zum Teil vom Kraftfahrzeug (14) entkoppelten Zustand überführt wird, die Batterieeinheit (10) autonom vom Kraftfahrzeug (14) wegzubewegen.
Batterieeinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (10) ein Fahrwerk mit mehreren Rädern (16) und/oder Rollen, insbesondere Kugelrollen, und einen Antrieb mit einem von mindestens einer Batteriezelle der Batterieeinheit (10) versorgbaren Elektromotor (18) zum Antreiben mindestens eines der Räder (16) und/oder Rollen aufweist.
Batterieeinheit (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Räder (16) von einer vorbestimmten einer ersten Fahrtrichtung zugeordneten ersten Radstellung um mindestens 90° in eine zweite Radstellung drehbar sind, die einer von der ersten verschiedenen zweiten Fahrtrichtung zugeordnet ist.
Batterieeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) dazu ausgelegt ist, die Bewegung der Batterieeinheit (10) in Abhängigkeit von - einem von einem empfangenen Fernsteuersignal zum Fernsteuern der Batterieeinheit (10) zu steuern; und/oder - einem von einer von der Batterieeinheit (10) umfassten Umfeldsensorik (22) erfassten Teil einer Umgebung der Batterieeinheit (10) zu steuern.
Batterieeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (20) dazu ausgelegt ist, die Batterieeinheit (10) zu einer vorbestimmten Lade- und Aufbewahrungsstation (40) zu bewegen, und insbesondere nach einem Ende eines Ladevorgangs zum Laden der Batterieeinheit (10) die Batterieeinheit (10) zum Kraftfahrzeug (14) zu bewegen.
Kraftfahrzeug (14) mit einer Batterieeinheit (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug (14) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (14) eine aktiv ansteuerbare Abkoppeleinrichtung (32) zum Überführen der Batterieeinheit (10) vom mit dem Kraftfahrzeug (14) gekoppelten in den entkoppelten Zustand bei erfüllt sein zumindest einer vorgegebenen Bedingung aufweist, insbesondere wobei die zumindest eine vorgegebene Bedingung erfüllt ist, wenn ein vorbestimmter kritischer Zustand zumindest einer Batteriezelle der Batterieeinheit (10) erfasst wurde, und/oder wobei die mindestens eine Bedingung mindestens ein Lade- oder Batterietauschkriterium spezifiziert.
Kraftfahrzeug (14) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (14) eine Abladeeinrichtung (38) zum, insbesondere reversiblen, Abladen der Batterieeinheit (10) auf einen Untergrund, auf welchem sich das Kraftfahrzeug (14) befindet, aufweist, insbesondere eine Laderampe (38) und/oder eine Seilzug und/oder eine verfahrbare Abladeplattform.
Kraftfahrzeug (14) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkoppeleinrichtung (32) dazu ausgelegt ist, von der Batterieeinheit (10) zu einer Kraftfahrzeugkomponente des Kraftfahrzeugs (14) führende Leitungen (24, 34; 26, 26), insbesondere elektrische Leitungen ()24, 34) und/oder Kühlleitungen (26, 36), reversibel zu trennen.
Verfahren zum Steuern einer Batterieeinheit (10) für ein Kraftfahrzeug (14), welche eine Traktionsbatterie (12) für das Kraftfahrzeug (14) umfasst, und welche zu einer Anbringung an einem Kraftfahrzeug (14) vorgesehen ist, und welche vom Kraftfahrzeug (14) unter zumindest einer vorbestimmten Bedingung als Ganzes abgekoppelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (10) derart angesteuert wird, dass sie sich, wenn sie von einem mit dem Kraftfahrzeug (14) gekoppelten Zustand in einen zumindest zum Teil vom Kraftfahrzeug (14) entkoppelten Zustand überführt wird, autonom vom Kraftfahrzeug (14) wegbewegt.