DE102021125988B4 - Battery changing system for an at least partially electrically powered vehicle and in particular a commercial vehicle - Google Patents
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Abstract
Batteriewechselsystem (10) für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (100) und insbesondere Nutzfahrzeug (101), umfassend wenigstens eine Wechselvorrichtung (1), welche dazu geeignet und ausgebildet ist, für einen Batteriewechsel eine entladene Batterie (2) aus dem Fahrzeug (100) zu entnehmen und eine geladene Batterie (12) in das Fahrzeug (100) einzusetzen,wobei die Wechselvorrichtung (1) wenigstens eine Armeinrichtung (3) mit wenigstens zwei an einer Säuleneinrichtung (4) aufgenommenen Armeinheiten (13, 23) mit jeweils einer relativ zum Fahrzeug (100) positionierbaren Koppeleinrichtung (5) zur Aufnahme jeweils wenigstens einer der Batterien (2, 12) umfasst, sodass wenigstens eine Armeinheit (13) zur Entnahme der entladenen Batterie (2) aus dem Fahrzeug (100) und wenigstens eine Armeinheit (23) zum Einsetzen der geladenen Batterie (12) in das Fahrzeug (100) bereitstehen,dadurch gekennzeichnet,dass die Wechselvorrichtung (1) dazu geeignet und ausgebildet ist, einen Batterietyp aus einer Gruppe von Batterietypen zu erkennen und die Koppeleinrichtungen (5) wenigstens teilweise selbstständig an die Aufnahmebedingungen eines bestimmten Batterietyps anzupassen.Battery changing system (10) for an at least partially electrically driven vehicle (100) and in particular commercial vehicle (101), comprising at least one changing device (1) which is suitable and designed to remove a discharged battery (2) from the vehicle (100) for a battery change ) and insert a charged battery (12) into the vehicle (100), the changing device (1) having at least one arm device (3) with at least two arm units (13, 23) accommodated on a column device (4), each with one relative coupling device (5) that can be positioned relative to the vehicle (100) for receiving at least one of the batteries (2, 12), so that at least one arm unit (13) for removing the discharged battery (2) from the vehicle (100) and at least one arm unit ( 23) are available for inserting the charged battery (12) into the vehicle (100), characterized in that the changing device (1) is suitable and designed to recognize a battery type from a group of battery types and the coupling devices (5) at least partially to independently adapt to the recording conditions of a specific battery type.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriewechselsystem für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug und insbesondere Nutzfahrzeug. Das Batteriewechselsystem umfasst wenigstens eine Wechselvorrichtung, mit welcher für einen Batteriewechsel eine entladene Batterie aus dem Fahrzeug entnehmbar und eine geladene Batterie in das Fahrzeug einsetzbar ist.The present invention relates to a battery changing system for an at least partially electrically powered vehicle and in particular a commercial vehicle. The battery changing system includes at least one changing device with which a discharged battery can be removed from the vehicle and a charged battery can be inserted into the vehicle for a battery change.
Ein solches Batteriewechselsystem ist aus der
Ein gattungsgemäßes Batteriewechselsystem ist aus der
Die
Aus der
Aus der
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zum Wechseln einer entladenen gegen eine geladene Batterie zur Verfügung zu stellen. Dabei soll der Batteriewechsel besonders zügig erfolgen können und zugleich mit möglichst wenig konstruktivem Aufwand sowie mit möglichst wenig Flächenbedarf bzw. Bauraumbedarf umsetzbar sein.In contrast, the object of the present invention is to provide an improved option for changing a discharged battery for a charged one. The battery change should be able to be carried out particularly quickly and at the same time be able to be implemented with as little design effort as possible and with as little space or installation space as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriewechselsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.This object is achieved by a battery changing system with the features of claim 1. Preferred developments of the invention are the subject of the subclaims. Further advantages and features of the present invention emerge from the general description and the description of the exemplary embodiment.
Das erfindungsgemäße Batteriewechselsystem ist für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug und insbesondere für Nutzfahrzeug vorgesehen. Das Batteriewechselsystem umfasst wenigstens eine Wechselvorrichtung, welche dazu geeignet und ausgebildet ist, für einen Batteriewechsel eine (insbesondere wenigstens teilweise entladene) Batterie aus dem Fahrzeug zu entnehmen und eine (insbesondere wenigstens teilweise) geladene Batterie in das Fahrzeug einzusetzen. Dabei umfasst die Wechselvorrichtung wenigstens eine Armeinrichtung und wenigstens eine Säuleneinrichtung. Die Armeinrichtung umfasst wenigstens zwei an der Säuleneinrichtung aufgenommene Armeinheiten. Die Armeinheiten weisen jeweils wenigstens eine relativ zum Fahrzeug positionierbare Koppeleinrichtung zur Aufnahme jeweils wenigstens einer der Batterien auf. Insbesondere ist entweder die geladene oder die entladene Batterie aufnehmbar. Wenigstens eine Armeinheit der wenigstens zwei Armeinheiten steht zur Entnahme der entladenen Batterie aus dem Fahrzeug bereit. Wenigstens eine Armeinheit der wenigstens zwei Armeinheiten steht zum Einsetzen der geladenen Batterie in das Fahrzeug bereit. Dabei stehen die Armeinheiten insbesondere zeitgleich bereit. Dabei ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, einen Batterietyp aus einer Gruppe von Batterietypen zu erkennen und die Koppeleinrichtungen wenigstens teilweise selbstständig an die Aufnahmebedingungen eines bestimmten Batterietyps anzupassen.The battery changing system according to the invention is intended for an at least partially electrically powered vehicle and in particular for a commercial vehicle. The battery changing system comprises at least one changing device, which is suitable and designed to remove a (in particular at least partially discharged) battery from the vehicle for a battery change and to insert a (in particular at least partially) charged battery into the vehicle. The changing device comprises at least one arm device and at least one column device. The arm device comprises at least two arm units accommodated on the column device. The arm units each have at least one coupling device that can be positioned relative to the vehicle to accommodate at least one of the batteries. In particular, either the charged or the discharged battery can be accommodated. At least one arm unit of the at least two arm units is ready to remove the discharged battery from the vehicle. At least one arm unit of the at least two arm units is ready for inserting the charged battery into the vehicle. The arm units are particularly available at the same time. The changing device is suitable and designed to recognize a battery type from a group of battery types and to adapt the coupling devices at least partially independently to the recording conditions of a specific battery type.
Die vorliegende Erfindung bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die Wechselvorrichtung mit den zwei Armeinheiten und ihren relativ zum Fahrzeug positionierbaren Koppeleinrichtungen. So kann die eine Armeinheit die geladene Batterie bereits in Richtung Fahrzeug bewegen, während die andere Armeinheit die entladene Batterie noch demontiert. Dadurch kann eine entladene Batterie besonders zügig gegen eine geladene Batterie gewechselt bzw. ausgetauscht werden. So kann der Stillstand des Nutzfahrzeugs während des Batteriewechsels erheblich verringert werden. Zugleich benötigt eine solche Wechselvorrichtung einen besonders geringen Bedarf an Fläche bzw. Bauraum. Vorteilhaft ist auch, dass eine solche Wechselvorrichtung konstruktiv unaufwendig umsetzbar ist. Beispielsweise ist für die Säuleneinrichtung nur ein einziger Befestigungspunkt am Boden nötig. Ein Vorteil ist auch, dass weder das Fahrzeug noch die Wechselvorrichtung für den Batteriewechsel bewegt werden müssen.The present invention offers many advantages. The changing device with the two arm units and their coupling devices that can be positioned relative to the vehicle offers a significant advantage. This means that one arm unit can move the charged battery towards the vehicle while the other arm unit is still dismantling the discharged battery. This means that a discharged battery can be changed or exchanged particularly quickly for a charged battery. This means that the downtime of the commercial vehicle can be significantly reduced while the battery is being changed. At the same time, such a changing device requires a particularly small amount of space or installation space. It is also advantageous that such a changing device can be implemented in a structurally simple manner. For example, only a single attachment point on the floor is required for the column device. Another advantage is that neither the vehicle nor the changing device has to be moved to change the battery.
Mit dem erfindungsgemäßen Batteriewechselsystem ist ebenso ein Wechsel von einer defekten oder älteren oder sonstigen Batterie gegen eine intakte bzw. jüngere oder sonstige Batterie möglich. Mit der vorliegenden Erfindung ist es grundsätzlich möglich und vorgesehen, dass eine Batterie gegen eine andere Batterie gewechselt wird.With the battery changing system according to the invention, it is also possible to change a defective or older or other battery for an intact or younger or other battery. With the present invention it is fundamentally possible and intended for a battery to be replaced by another battery.
Die Wechselvorrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, eine an der Koppeleinrichtung der einen Armeinheit aufgenommene entladene Batterie mittels einer Drehbewegung der Armeinheit um eine Längsachse der Säuleneinrichtung von dem Fahrzeug abzutransportieren und (insbesondere währenddessen) eine an der Koppeleinrichtung der anderen Armeinheit aufgenommene geladene Batterie mittels einer Drehbewegung der Armeinheit um eine Längsachse der Säuleneinrichtung an das Fahrzeug heranzuholen. Insbesondere können die Armeinheiten in einem Drehwinkel zwischen 0° und 360° positioniert werden. Vorzugsweise können die Armeinheiten um mehr als 360° und insbesondere endlos um die Längsachse der Säuleneinrichtung gedreht werden. Möglich ist aber auch, dass die Armeinheiten nach einem bestimmten Drehwinkel in die andere Richtung zurückgedreht werden.The changing device is preferably suitable and designed to transport a discharged battery received on the coupling device of one arm unit from the vehicle by means of a rotational movement of the arm unit about a longitudinal axis of the column device and (in particular during this) a charged battery received on the coupling device of the other arm unit by means of a Rotary movement of the arm unit to bring a longitudinal axis of the column device towards the vehicle. In particular, the arm units can be positioned at a rotation angle between 0° and 360°. Preferably, the arm units can be rotated through more than 360° and in particular endlessly around the longitudinal axis of the column device. However, it is also possible for the arm units to be rotated back in the other direction after a certain angle of rotation.
Insbesondere sind die Koppeleinrichtungen verstellbar ausgebildet, um sie jeweils relativ zu einer der Batterien positionieren zu können. Insbesondere sind die Koppeleinrichtungen (jeweils) um eine Längsachse der Säuleneinrichtung drehbar (sogenannte Drehwinkelverstellung). Die Drehwinkelverstellung umfasst insbesondere eine Drehbewegung. Insbesondere sind die Koppeleinrichtungen (jeweils) in Richtung der Längsachse der Säuleneinrichtung verstellbar (sogenannte Axialverstellung bzw. Höhenverstellung). Die Axialverstellung umfasst insbesondere eine Vertikalbewegung. Die Axialverstellung ist besonders vorteilhaft, da Nutzfahrzeugen und zum Beispiel Traktoren die Batterie oft oberhalb ihrer (ohnehin schon hoch liegenden) Achsen angeordnet haben. Insbesondere sind die Koppeleinrichtungen (jeweils) quer zur Richtung der Längsachse der Säuleneinrichtung verstellbar (sogenannte Radialverstellung). Die Radialverstellung umfasst insbesondere eine Horizontalbewegung.In particular, the coupling devices are designed to be adjustable in order to be able to position them relative to one of the batteries. In particular, the coupling devices (each) can be rotated about a longitudinal axis of the column device (so-called rotation angle adjustment). The rotation angle adjustment includes in particular a rotary movement. In particular, the coupling devices are (each) adjustable in the direction of the longitudinal axis of the column device (so-called axial adjustment or height adjustment). The axial adjustment includes in particular a vertical movement. The axial adjustment is particularly advantageous because commercial vehicles and tractors, for example, often have the battery arranged above their (already high) axles. In particular, the coupling devices are (each) adjustable transversely to the direction of the longitudinal axis of the column device (so-called radial adjustment). The radial adjustment includes in particular a horizontal movement.
Die Wechselvorrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, eine freie Koppeleinrichtung mittels Drehwinkelverstellung und Axialverstellung und Radialverstellung relativ zum Fahrzeug auszurichten, sodass dessen Batterie an die Koppeleinrichtung koppelbar ist. Die Wechselvorrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die gekoppelte Batterie aus dem Fahrzeug zu entnehmen und zu verlagern. Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine mit der geladenen Batterie ausgestattete Koppeleinrichtung mittels Drehwinkelverstellung und Axialverstellung und Radialverstellung derart relativ zum Fahrzeug auszurichten, dass die Batterie in das Fahrzeug einsetzbar ist. Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die bestimmungsgemäß eingesetzte Batterie von der Koppeleinrichtung zu entkoppeln. Dabei verbleibt das Fahrzeug insbesondere ortsfest. Die unbestückte Armeinheit steht dann insbesondere zur Aufnahme der entladenen Batterie beim nächsten Batteriewechsel bereit. Die mit der entladenen Batterie bestückte Armeinheit steht beispielsweise nach dem Aufladen der Batterie wieder für den nächsten Batteriewechsel bereit, um in das Fahrzeug eingesetzt zu werden.The changing device is preferably suitable and designed to align a free coupling device relative to the vehicle by means of rotational angle adjustment and axial adjustment and radial adjustment, so that its battery can be coupled to the coupling device. The changing device is particularly suitable and designed to remove and relocate the coupled battery from the vehicle. In particular, the changing device is suitable and designed to align a coupling device equipped with the charged battery relative to the vehicle by means of rotational angle adjustment and axial adjustment and radial adjustment in such a way that the battery can be inserted into the vehicle. In particular, the changing device is suitable and designed to decouple the battery used as intended from the coupling device. In particular, the vehicle remains stationary. The unequipped arm unit is then ready to receive the discharged battery the next time the battery is changed. For example, after the battery has been charged, the arm unit equipped with the discharged battery is ready for the next battery change and can be inserted into the vehicle.
Für die Drehwinkelverstellung sind die Armeinheiten insbesondere jeweils drehbar an der Säuleneinrichtung befestigt. Insbesondere sind die Armeinheiten unabhängig voneinander drehbar. Insbesondere ist wenigstens ein steuerbarer Antrieb vorgesehen, um eine bestimmte Drehwinkelposition anzusteuern.For the rotation angle adjustment, the arm units are in particular each rotatably attached to the column device. In particular, the arm units can be rotated independently of one another. In particular, at least one controllable drive is provided in order to control a specific rotation angle position.
Für die Axialverstellung sind die Armeinheiten insbesondere jeweils linear verschiebbar der Säuleneinrichtung befestigt. Insbesondere ist wenigstens ein ansteuerbarer Antrieb und vorzugsweise Zahnstangenantrieb vorgesehen, um eine bestimmte Axialposition anzusteuern. Insbesondere sind die Armeinheiten übereinander an der Säuleneinrichtung befestigt. Insbesondere können die Armeinheiten nicht gleichzeitig in derselben Position sein. Möglich ist aber auch, dass die Armeinheiten derart an der Säuleneinrichtung befestigt sind, dass sie gleichzeitig in derselben Höhenposition sein können. Beispielsweise umfassen die Armeinheiten die Säuleneinrichtung dann nicht vollumfänglich an ihrem Befestigungspunkt.For the axial adjustment, the arm units are each attached to the column device in a linearly displaceable manner. In particular, at least one controllable drive and preferably a rack drive is provided in order to control a specific axial position. In particular, the arm units are attached one above the other to the column device. In particular, the arm units cannot be in the same position at the same time. However, it is also possible for the arm units to be attached to the column device in such a way that they can be in the same height position at the same time. For example, the arm units then do not fully encompass the column device at their attachment point.
Für die Radialverstellung ist bevorzugt, dass die Koppeleinrichtungen jeweils linear verschiebbar an einem Arm der zugehörigen Armeinheit befestigt sind. Möglich ist auch, dass für die Radialverstellung die Armeinheiten jeweils wenigstens einen ein- und ausfahrbaren Arm aufweisen. Insbesondere ist der Arm teleskopierbar bzw. teleskopartig ausgebildet. Insbesondere ist ein ansteuerbarer Antrieb vorgesehen, um eine bestimmte Radialposition anzusteuern.For the radial adjustment, it is preferred that the coupling devices are each attached to an arm of the associated arm unit in a linearly displaceable manner. It is also possible for the arm units to each have at least one retractable and extendable arm for the radial adjustment. In particular, the arm is telescopic or designed in a telescopic manner. In particular, a controllable drive is provided in order to control a specific radial position.
Erfindungsgemäß ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, einen Batterietyp aus einer Gruppe von Batterietypen zu erkennen. Erfindungsgemäß ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Koppeleinrichtungen wenigstens teilweise selbstständig an die Aufnahmebedingungen eines bestimmten Batterietyps anzupassen. Insbesondere ist eine werkzeuglose Anpassung der Koppeleinrichtungen vorgesehen. Dadurch kann der Batteriewechsel auch bei verschiedenen Batterietypen schnell und ohne Umbauarbeiten erfolgen. Insbesondere ist Erkennung von Batterietypen wenigstens eine Sensoreinrichtung vorgesehen.According to the invention, the changing device is suitable and designed to recognize a battery type from a group of battery types. According to the invention, the changing device is suitable and designed to adapt the coupling devices at least partially independently to the recording conditions of a specific battery type. In particular, a tool-free adjustment of the coupling devices is provided. This means that the battery can be changed quickly and without any modification work, even with different battery types. In particular, at least one sensor device is provided for detecting battery types.
In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung ist an den Armeinheiten jeweils wenigstens eine Ladeeinrichtung angeordnet. Die Ladeeinrichtung dient insbesondere zum Aufladen der Batterie, während diese an der Koppeleinrichtung der zugehörigen Armeinheit aufgenommen ist. Das ermöglicht einen besonders zügigen Batteriewechsel, da die entladene Batterie nicht erst aus der Wechselvorrichtung entnommen und zu einer Ladestation transportiert werden muss. Insbesondere wird die Batterie elektrisch kontaktiert. Der Ladevorgang kann aber auch berührungslos und beispielsweise durch Induktion erfolgen. Es ist möglich, dass mit der Kopplung der Batterie an die Koppeleinrichtung zugleich auch eine elektrische Kontaktierung erfolgt. Insbesondere erfolgt der Ladevorgang in Abhängigkeit des erkannten Batterietyps.In a particularly preferred and advantageous development, at least one charging device is arranged on each arm unit. The charging device is used in particular for charging the battery while it is accommodated on the coupling device of the associated arm unit. This enables a particularly quick battery change, as the discharged battery does not have to be removed from the changing device and transported to a charging station. In particular, the battery is electrically contacted. The charging process can also be carried out contactlessly and, for example, by induction. It is possible that when the battery is coupled to the coupling device, electrical contact is also made at the same time. In particular, the charging process takes place depending on the recognized battery type.
Die Ladeeinrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, sich (selbstständig) mit der Batterie zu verbinden und die Batterie unter Überwachung des Ladevorgangs aufzuladen. Die Ladeeinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die aufgenommene Batterie zu überprüfen und/oder zu warten. Insbesondere kann die Ladeeinrichtung den Ladevorgang selbstständig beginnen und/oder beenden. Insbesondere verbleibt die geladene Batterie bis zum nächsten Batteriewechsel in der Koppeleinrichtung an der Armeinheit. So steht die geladene Batterie dann für den nächsten Wechsel bereit. Insbesondere wird beim Aufladen eine erhöhte axiale Position für die Armeinheit mit der aufzuladenden Batterie gewählt, beispielsweise im oberen Viertel der Säuleneinrichtung. So werden kritische Systeme vor dem deutlich erhöhten Verschmutzungsgrad im Nutzfahrzeugbereich zuverlässig geschützt.The charging device is preferably suitable and designed to connect (independently) to the battery and to charge the battery while monitoring the charging process. The charging device is particularly suitable and designed to check and/or maintain the stored battery. In particular, the charging device can start and/or end the charging process independently. In particular, the charged battery remains in the coupling device on the arm unit until the next battery change. The charged battery is then ready for the next change. In particular, when charging, an elevated axial position is selected for the arm unit with the battery to be charged, for example in the upper quarter of the column device. In this way, critical systems are reliably protected from the significantly increased level of pollution in the commercial vehicle sector.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Batterie derart in der Koppeleinrichtung aufgenommen, dass die Batterie für bestimmungsgemäß vorgesehene Servicearbeiten zugänglich ist. Insbesondere umfassen die Servicearbeiten Wartungsarbeiten und/oder Reparaturarbeiten. Insbesondere sind die Koppeleinrichtung und die Batterie dazu aufeinander abgestimmt. Beispielsweise erstreckt sich die Koppeleinrichtung nicht im Bereich von Wartungsöffnungen oder dergleichen.In an advantageous embodiment, the battery is accommodated in the coupling device in such a way that the battery is accessible for intended service work. In particular, the service work includes maintenance work and/or repair work. In particular, the coupling device and the battery are coordinated with one another. For example, the coupling device does not extend in the area of maintenance openings or the like.
In einer bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Wechselvorrichtung wenigstens eine Schutzeinrichtung zum Schutz vor Witterungseinflüssen. Das ist besonders bei einem Außenbetrieb bzw. Freiluftbetrieb von Vorteil, beispielsweise bei Traktoren auf einer Ackerfläche. So kann die in der Wechselvorrichtung verbleibende Batterie vor Sonne (UV, Wärme), Regen oder sonstigen Einwirkungen geschützt werden. Insbesondere bietet die Schutzeinrichtung auch einen Schutz vor Staub und sonstigen Verunreinigungen.In a preferred and advantageous development, the changing device comprises at least one protective device for protection against weather influences. This is particularly advantageous when operating outside or in the open air, for example with tractors on arable land. In this way, the battery remaining in the changing device can be protected from sun (UV, heat), rain or other influences. In particular, the protective device also offers protection against dust and other contaminants.
Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, einen Fahrzeugtyp aus einer Gruppe von Fahrzeugtypen zu erkennen und die Koppeleinrichtungen auch in Abhängigkeit des erkannten Fahrzeugtyps zu positionieren. Insbesondere ist dazu wenigstens eine Sensoreinrichtung vorgesehen.It is preferred and advantageous that the changing device is suitable and designed to recognize a vehicle type from a group of vehicle types and to also position the coupling devices depending on the recognized vehicle type. In particular, at least one sensor device is provided for this purpose.
Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine Fahrzeugposition zu erkennen und die Koppeleinrichtungen wenigstens in Abhängigkeit der erkannten Fahrzeugposition zu positionieren. Insbesondere ist dazu wenigstens eine Sensoreinrichtung vorgesehen.In particular, the changing device is suitable and designed to detect a vehicle position and to position the coupling devices at least as a function of the detected vehicle position. In particular, at least one sensor device is provided for this purpose.
Es ist möglich, dass das Batteriewechselsystem wenigstens ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst. Das Fahrzeug umfasst vorzugsweise wenigstens zwei gegeneinander austauschbare Batterien. Insbesondere ist von den wenigstens zwei Batterien wenigstens eine im Fahrzeug aufnehmbar, während die wenigstens eine andere Batterie in der Wechselvorrichtung verbleiben kann. Das Batteriewechselsystem kann auch wenigstens zwei Fahrzeuge oder eine Fahrzeugflotte umfassen. Das Batteriewechselsystem kann auch wenigstens zwei oder mehr Wechselvorrichtungen umfassen. Insbesondere ist das Batteriewechselsystem als ein autonomes System ausgebildet. Insbesondere ist das Fahrzeug autonom fahrend und/oder arbeitend ausgebildet. Insbesondere kann die Wechselvorrichtung den Batteriewechsel autonom vornehmen.It is possible for the battery changing system to include at least one at least partially electrically powered vehicle. The vehicle preferably includes at least two interchangeable batteries. In particular, at least one of the at least two batteries can be accommodated in the vehicle, while the at least one other battery can remain in the changing device. The battery changing system can also include at least two vehicles or a fleet of vehicles. The battery changing system may also include at least two or more changing devices. In particular, the battery changing system is designed as an autonomous system. In particular, the vehicle is designed to drive and/or work autonomously. In particular, the changing device can carry out the battery change autonomously.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Säuleneinrichtung fest auf einer Bodenstruktur verankert ist. Insbesondere ist die Säuleneinrichtung als eine Säule ausgebildet oder umfasst wenigstens eine solche. Möglich ist aber auch, dass die Säuleneinrichtung auf einem drehbaren und/oder fahrbaren Traggestell aufgenommen ist.In all configurations, it is preferred that the column device is firmly anchored on a floor structure. In particular, the column device is designed as a column or at least includes one. However, it is also possible for the column device to be accommodated on a rotatable and/or mobile support frame.
Die Armeinrichtung kann auch wenigstens drei Armeinheiten umfassen. Möglich ist auch, dass die Armeinrichtung vier oder fünf oder mehr Armeinheiten umfasst. Es ist möglich, dass eine Lagervorrichtung vorgesehen ist, in welcher wenigstens eine (zum Beispiel geladene oder entladene) Batterie gelagert wird, insbesondere damit eine Armeinheit mit einer freien Koppeleinrichtung bereitgestellt werden kann. In einer solchen Ausgestaltung ist die Wechselvorrichtung insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die Batterie von der Armeinheit in die Lagereinrichtung zu überführen und/oder die Batterie aus der Lagereinrichtung in die Armeinheit zu übernehmen. So ist auch dann ein zügiger und wirtschaftlicher Batteriewechsel möglich, wenn einer oder beide bzw. alle Armeinheiten noch mit einer Batterie belegt sind. Beispielsweise wird eine Armeinheit mit einer aufgeladenen Batterie aus der Lagereinrichtung ausgestattet, während die andere Armeinheit die Batterie aus dem Fahrzeug demontiert. Die Armeinheiten erstrecken sich insbesondere quer zur Säuleneinrichtung. Insbesondere sind die Armeinheiten in der Art eines Kragarms ausgebildet.The arm device can also include at least three arm units. It is also possible for the arm device to comprise four or five or more arm units. It is possible for a storage device to be provided in which at least one (for example charged or discharged) battery is stored, in particular so that an arm unit with a free coupling device can be provided. In such an embodiment, the changing device is particularly suitable and designed to transfer the battery from the arm unit into the storage device and/or to take the battery from the storage device into the arm unit. This makes it possible to change the battery quickly and economically even if one or both or all arm units still have a battery. For example, one arm unit is equipped with a charged battery from the storage facility while the other arm unit dismantles the battery from the vehicle. The arm units extend in particular transversely Column setup. In particular, the arm units are designed in the manner of a cantilever arm.
Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Armeinheit während oder nach dem Abtransportieren der Batterie in Längsrichtung der Säuleneinrichtung (also axial) so zu verstellen, dass die andere Armeinheit in eine Axialposition gebracht werden kann, welche passend zum Fahrzeug ausgerichtet ist und für das Einsetzen der Batterie in das Fahrzeug nötigt. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die Armeinheiten übereinander an der Säuleneinrichtung befestigt sind und dadurch nicht gleichzeitig in derselben Axialposition bzw. Höhenposition sein können. Insbesondere befinden sich die Armeinheiten stets in verschiedenen Axialpositionen.In particular, the changing device is suitable and designed to adjust the arm unit in the longitudinal direction of the column device (i.e. axially) during or after the battery has been transported away so that the other arm unit can be brought into an axial position which is aligned appropriately to the vehicle and for that Requires the battery to be inserted into the vehicle. Such a configuration is particularly provided when the arm units are attached one above the other to the column device and therefore cannot be in the same axial position or height position at the same time. In particular, the arm units are always in different axial positions.
Die Wechselvorrichtung umfasst insbesondere wenigstens eine Steuereinrichtung. In der Steuereinrichtung ist insbesondere wenigstens ein Algorithmus zur Durchführung des hier beschriebenen Batteriewechsels hinterlegt. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, mit einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs zu kommunizieren. Insbesondere umfasst auch das Fahrzeug wenigstens eine Steuereinrichtung. Insbesondere ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, um die Position des Fahrzeugs und der Batterie und um andere Parameter des Batteriewechsels zu überwachen. Während des Batteriewechsels verbleibt das Fahrzeug insbesondere ortsfest.The changing device in particular comprises at least one control device. In particular, at least one algorithm for carrying out the battery change described here is stored in the control device. In particular, the control device is suitable and designed to communicate with a control device of the vehicle. In particular, the vehicle also includes at least one control device. In particular, a sensor device is provided to monitor the position of the vehicle and the battery and other parameters of the battery change. In particular, the vehicle remains stationary during the battery change.
Die Wechselvorrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, sich Zugang zu einer im Fahrzeug montierten Batterie zu verschaffen und insbesondere die Batterie vom Fahrzeug abzukoppeln und vorzugsweise wenigstens eine Hochvoltverbindung zu trennen. Die Wechselvorrichtung ist dazu geeignet und ausgebildet, die Batterie an der Koppeleinrichtung zu befestigen und aus dem Fahrzeug zu entnehmen. Möglich ist auch, dass der Zugang zur Batterie wenigstens teilweise durch das Fahrzeug bereitgestellt wird. Beispielsweise öffnet das Fahrzeug selbstständig eine Klappe oder Haube oder dergleichen. Insbesondere ist dazu eine Kommunikation mit dem Fahrzeug vorgesehen. Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine Batterie in das Fahrzeug einzusetzen und insbesondere die Batterie an das Fahrzeug anzukoppeln und besonders bevorzugt dazu wenigstens eine Hochvoltverbindung herzustellen.The changing device is particularly suitable and designed to gain access to a battery mounted in the vehicle and in particular to decouple the battery from the vehicle and preferably to disconnect at least one high-voltage connection. The changing device is suitable and designed to attach the battery to the coupling device and remove it from the vehicle. It is also possible that access to the battery is at least partially provided by the vehicle. For example, the vehicle automatically opens a flap or hood or the like. In particular, communication with the vehicle is provided for this purpose. In particular, the changing device is suitable and designed to insert a battery into the vehicle and in particular to couple the battery to the vehicle and particularly preferably to establish at least one high-voltage connection for this purpose.
Die Batterien sind insbesondere als elektrischer Energiespeicher zur Energieversorgung eines Fahrantriebs und/oder wenigstens einer anderen Nutzfunktion des Fahrzeugs ausgebildet. Insbesondere können die Batterien als Traktionsbatterien bezeichnet werden. Vorzugsweise sind die Batterien als Hochvolt-Batterien ausgebildet. Unter einem Nutzfahrzeug werden insbesondere neben üblichen Nutzfahrzeugen wie Lkw und Zugmaschinen und dergleichen auch selbst fahrende Arbeitsmaschinen, Traktoren bzw. Schlepper, Flurförderfahrzeuge, Baumaschinen, Forstmaschinen und andere Arten von solchen Fahrzeugen verstanden.The batteries are designed in particular as electrical energy storage for supplying energy to a traction drive and/or at least one other useful function of the vehicle. In particular, the batteries can be referred to as traction batteries. The batteries are preferably designed as high-voltage batteries. In addition to common commercial vehicles such as trucks and tractors and the like, a commercial vehicle also includes self-propelled work machines, tractors or tugs, industrial trucks, construction machines, forestry machines and other types of such vehicles.
In allen Ausgestaltungen ist bevorzugt, dass die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, selbstständig zu entscheiden, mit welcher der wenigstens zwei Armeinheiten die entladene Batterie entnommen wird und welche der wenigstens zwei Armeinheiten die geladene Batterie in das Fahrzeug einsetzt. Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, zu erkennen, welche der wenigstens zwei Armeinheiten frei ist und/oder ob eine in der Wechselvorrichtung befindliche Batterie überhaupt eingesetzt werden kann. Insbesondere ist jede der wenigstens zwei Armeinheiten dazu geeignet und ausgebildet, eine Batterie in das Fahrzeug einzusetzen und eine Batterie aus dem Fahrzeug zu entnehmen. Insbesondere sind die Armeinheiten identisch ausgebildet.In all embodiments, it is preferred that the changing device is suitable and designed to independently decide which of the at least two arm units is used to remove the discharged battery and which of the at least two arm units is to insert the charged battery into the vehicle. In particular, the changing device is suitable and designed to detect which of the at least two arm units is free and/or whether a battery located in the changing device can be used at all. In particular, each of the at least two arm units is suitable and designed to insert a battery into the vehicle and to remove a battery from the vehicle. In particular, the arm units are designed identically.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.Further advantages and features of the present invention result from the exemplary embodiments, which are explained below with reference to the accompanying figures.
In den Figuren zeigen:
-
1 eine stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriewechselsystems; und -
2 ein Fahrzeug für das Batteriewechselsystem.
-
1 a highly schematic representation of a battery changing system according to the invention; and -
2 a vehicle for the battery changing system.
Die
Ein für das Batteriewechselsystem 10 geeignetes Fahrzeug 100 ist in der
Die in der
Um bei einem Außeneinsatz Schutz vor Witterungseinflüssen und Verschmutzung zu bieten, ist die Wechselvorrichtung 1 hier mit einer Schutzeinrichtung 7 ausgestattet. Diese erstreckt sich dachartig über den Schwenkbereich der Armeinrichtung 3 und ist hier beispielhaft an der Säuleneinrichtung 4 befestigt.In order to offer protection against the effects of the weather and dirt when used outdoors, the changing device 1 is here equipped with a protective device 7. This extends like a roof over the pivoting range of the arm device 3 and is attached here, for example, to the column device 4.
Die Armeinheiten 13, 23 sind hier jeweils mit einer Koppeleinrichtung 5 ausgestattet, an welcher jeweils eine Batterie 2, 12 angekoppelt werden kann. Die Koppeleinrichtungen 5 sind hier verfahrbar an den Armen 33 der Armeinheiten 13, 23 angebunden. Dadurch können die Koppeleinrichtungen 5 quer zur Richtung der Längsachse der Säuleneinrichtung 4 verstellt werden (sogenannte Radialverstellung).The
Die Armeinheiten 13, 23 sind hier mit Ladeeinrichtungen 6 ausgestattet. Darüber kann eine angekoppelte Batterie 2, 12 direkt an den Armeinheiten 13, 23 aufgeladen werden, sodass sie für den nächsten Batteriewechsel bereitsteht. Zudem können hier Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten an der Batterie direkt in der Wechselvorrichtung durchgeführt werden.The
In der der hier dargestellten Situation ist in der oberen Armeinheit 23 eine Batterie 12 aufgenommen, welche bereits aufgeladen ist oder gerade mittels der Ladeeinrichtung 6 geladen wird. Diese Batterie 12 steht also jetzt oder bald bereit, um in ein Fahrzeug 100 eingesetzt zu werden.In the situation shown here, a
Die untere Armeinheit 13 ist hier mit einer entladenen Batterie 2 ausgestattet, welche soeben aus einem hier nicht dargestellten Fahrzeug 100 entnommen wurde. So ist die Ladeeinrichtung 6 hier beispielsweise noch in einer Ruheposition. Beispielsweise wird die Ladeeinrichtung 6 nach unten geschwenkt, um die Batterie 2 aufladen zu können.The
Für den Batteriewechsel fährt das Fahrzeug 100 an die hier gezeigte Wechselvorrichtung 1 heran. Dann erfolgt beispielsweise eine automatische Erkennung eines Fahrzeugtyps und/oder Batterietyps. Nun wird die Koppeleinrichtung 5 der Armeinheit 13 so zum Fahrzeug 100 ausgerichtet, dass dessen Batterie 2 entnehmbar ist. Dazu erfolgt beispielsweise eine Axialverstellung, bei welcher die Armeinheit 13 mittels eines hier beispielhaft dargestellten Zahnstangenantriebs hoch- oder runtergefahren wird. Beispielsweise kann eine Drehwinkelverstellung stattfinden, bei welcher die Armeinheit 13 um die Säuleneinrichtung 4 gedreht wird. Für die Radialverstellung wird die Koppeleinrichtung 5 an dem Arm 33 der Armeinheit 13 in dessen Längsrichtung verschoben.To change the battery, the
Nach der Ausrichtung wird die Batterie 2 an die Koppeleinrichtung 5 angebunden und mit den zuvor beschriebenen Verstellmöglichkeiten so bewegt, dass die Batterie 2 aus dem Fahrzeug 100 entnommen werden kann. Sodann wird die Armeinheit 13 um die Längsachse der Säuleneinrichtung 4 verschwenkt, um die entladene Batterie 2 abzutransportieren.After alignment, the
Währenddessen wird die in der anderen Armeinheit 23 befindliche geladene Batterie 12 zum Fahrzeug 100 transportiert. Auch dazu wird die Armeinheit 23 entsprechend verschwenkt. Anschließend wird die Batterie 12 mittels der beschriebenen Verstellmöglichkeiten in das Fahrzeug 100 eingesetzt und von der Koppeleinrichtung 5 getrennt. Das Fahrzeug 100 ist nun wieder mit einer aufgeladenen Batterie 12 ausgestattet und kann seine Arbeit fortsetzen. Die entladene Batterie 2 verbleibt nach dem Batteriewechsel in der Koppeleinrichtung 5 und wird dort von der Ladeeinrichtung 6 aufgeladen oder gewartet.Meanwhile, the charged
Bezugszeichenliste:List of reference symbols:
- 11
- WechselvorrichtungChanging device
- 22
- Batteriebattery
- 33
- ArmeinrichtungArm facility
- 44
- SäuleneinrichtungColumn setup
- 55
- KoppeleinrichtungCoupling device
- 66
- LadeeinrichtungLoading facility
- 77
- SchutzeinrichtungProtective device
- 1010
- BatteriewechselsystemBattery changing system
- 1212
- Batteriebattery
- 1313
- ArmeinheitArm unit
- 1414
- BodenstrukturSoil structure
- 2323
- ArmeinheitArm unit
- 3333
- Armpoor
- 100100
- Fahrzeugvehicle
- 101101
- NutzfahrzeugCommercial vehicle
Claims (14)
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-
2021
- 2021-10-07 DE DE102021125988.6A patent/DE102021125988B4/en active Active
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