DE102022004646A1 - Battery changing system for an electric vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriewechselsystem für ein elektrisches Fahrzeug, aufweisend ein Batterieeinschubfach (3) einer Karosserie des Fahrzeugs, sowie aufweisend eine vordere Führung (9) und eine hintere Führung (11), die jeweils quer zur Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet sind und jeweils einen mit dem Batterieeinschubfach (3) verbundenen Abschnitt und einen mit der Batterie (1) verbindbaren und relativ zu dem mit dem Batterieeinschubfach (3) verbundenen Abschnitt translatorisch bewegbaren Abschnitt aufweisen, sodass die mit dem jeweiligen bewegbaren Abschnitt der Führungen (9,11) verbundene Batterie (1) auf Höhe einer Unterbodenstruktur des Fahrzeugs in einer horizontalen Ebene aus dem Fahrzeug horizontal herausgezogen und in das Fahrzeug eingeschoben werden kann, und aufweisend Verbindungselemente (13), sodass die mit der Batterie (1) verbindbaren Abschnitte mit der Karosserie steif verbunden werden können und zur Gesamtsteifigkeit des Karosserie des Fahrzeugs beitragen. The invention relates to a battery changing system for an electric vehicle, having a battery insertion compartment (3) in a body of the vehicle, and having a front guide (9) and a rear guide (11), each of which is aligned transversely to the main direction of travel of the vehicle and each with one the battery insertion compartment (3) and a section that can be connected to the battery (1) and is translationally movable relative to the section connected to the battery insertion compartment (3), so that the battery (9, 11) connected to the respective movable section of the guides (9, 11) 1) can be pulled out of the vehicle horizontally in a horizontal plane at the level of an underbody structure of the vehicle and pushed into the vehicle, and having connecting elements (13) so that the sections that can be connected to the battery (1) can be rigidly connected to the body and contribute to the overall rigidity of the vehicle's body.
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriewechselsystem für ein elektrisches Fahrzeug mit einer Batterie, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriewechselsystem.The invention relates to a battery changing system for an electric vehicle with a battery, and to a vehicle with such a battery changing system.
Batterieelektrische Fahrzeuge weisen typischerweise eine wiederaufladbare Batterie auf, welche an der Gesamtmasse des Fahrzeugs einen erheblichen Anteil hat. Da jedoch die Lebensdauer einer solchen Batterie zum gegenwärtigen Zeitpunkt auf einige Jahre - abhängig von Benutzungsprofil sowie Randbedingungen wie Außentemperatur - begrenzt ist, muss die Batterie ausgetauscht werden, wenn das übrige Fahrzeug noch in einem passablen Zustand ist und weiterverwendet werden soll. Wegen der hohen Masse der Batterie ist ein Wechsel der Batterie entsprechend aufwendig. Typischerweise wird dabei über den Unterboden des Fahrzeugs der Wechsel der Batterie vorgenommen.Battery-electric vehicles typically have a rechargeable battery, which accounts for a significant proportion of the vehicle's total mass. However, since the lifespan of such a battery is currently limited to a few years - depending on the usage profile and boundary conditions such as outside temperature - the battery must be replaced if the rest of the vehicle is still in a passable condition and is to be continued to be used. Because of the high mass of the battery, changing the battery is correspondingly time-consuming. Typically, the battery is changed via the underbody of the vehicle.
Die
Da der Batteriewechsel demnach typischerweise vertikal erfolgt, werden spezielle separate (Hub-) Vorrichtungen benötigt - der Zugang über den Unterboden des Fahrzeugs stellt ebenfalls einen erheblichen Aufwand dar. Während dies für einen Reparaturfall des Fahrzeugs relativiert werden kann, wenn er nur im Abstand von mehreren Jahren erfolgt, ist damit jedoch ein zügiger und wirtschaftlicher Austausch einer entladenen Batterie gegen eine andere, geladene Batterie kaum bis nicht möglich.Since the battery is typically changed vertically, special separate (lifting) devices are required - access via the underbody of the vehicle also represents considerable effort. While this can be put into perspective for a vehicle repair if it is only at a distance of several Years ago, however, it is hardly or not possible to quickly and economically replace a discharged battery with another, charged battery.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, den Batteriewechsel für ein elektrisches Fahrzeug zu vereinfachen.It is therefore an object of the invention to simplify battery replacement for an electric vehicle.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous further developments and refinements are the subject of the dependent claims.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriewechselsystem für ein elektrisches Fahrzeug mit einer Batterie, aufweisend ein Batterieeinschubfach einer Karosserie des Fahrzeugs, wobei das Batterieeinschubfach einen Mittelteil zwischen Vorderachse und Hinterachse des Fahrzeugs in einer Unterbodenstruktur der Karosserie bildet, sowie aufweisend eine vordere Führung und eine hintere Führung, die jeweils quer zur Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet sind und jeweils einen mit dem Batterieeinschubfach verbundenen Abschnitt und einen mit der Batterie verbindbaren und relativ zu dem mit dem Batterieeinschubfach verbundenen Abschnitt translatorisch bewegbaren Abschnitt aufweisen, sodass die mit dem jeweiligen bewegbaren Abschnitt der Führungen verbundene Batterie auf Höhe einer Unterbodenstruktur des Fahrzeugs in einer horizontalen Ebene aus dem Fahrzeug horizontal herausgezogen und in das Fahrzeug eingeschoben werden kann, und aufweisend Verbindungselemente, sodass die mit der Batterie verbindbaren Abschnitte mit der Karosserie steif verbunden werden können und zur Gesamtsteifigkeit des Karosserie des Fahrzeugs beitragen.A first aspect of the invention relates to a battery changing system for an electric vehicle with a battery, having a battery insertion compartment of a body of the vehicle, the battery insertion compartment forming a central part between the front axle and rear axle of the vehicle in an underbody structure of the body, and having a front guide and a rear one Guide, which are each oriented transversely to the main direction of travel of the vehicle and each have a section connected to the battery insertion compartment and a section which can be connected to the battery and is translationally movable relative to the section connected to the battery insertion compartment, so that the battery is connected to the respective movable section of the guides at the level of an underbody structure of the vehicle in a horizontal plane can be pulled out of the vehicle horizontally and pushed into the vehicle, and having connecting elements so that the sections that can be connected to the battery are rigid with the body can be tied and contribute to the overall rigidity of the vehicle body.
Das Batteriewechselsystem mit der darin fixierten Batterie ist somit direkt in die Karosserie funktional integriert. Die Batterie wird in anderen Worten in Funktion eines Schubladensystems in der Unterbodenstruktur der Karosseriestruktur des Fahrzeugs leicht entfernbar angeordnet. Das Schubladensystem ermöglicht einen vereinfachten Austausch.The battery changing system with the battery fixed in it is therefore functionally integrated directly into the body. In other words, the battery is arranged to be easily removable in the function of a drawer system in the underbody structure of the body structure of the vehicle. The drawer system allows for simplified replacement.
Die besondere Art der Integration in die Karosserie des Fahrzeugs mittels der Verbindungselemente stellt vorteilhaft sicher, dass die Karosserie mit der fixierten Batterie darin eine ausreichend hohe Steifigkeit, insbesondere Torsionssteifigkeit, und Festigkeit während der Fahrt des Fahrzeugs gewährleistet. Neben der durch die Struktur der Führungen und Verbindungselemente selbst beigetragenen Steifigkeit leistet diese Struktur dazu noch ihren Beitrag zur Erfüllung der Erfordernisse zu einer Crash-Sicherheit des Fahrzeugs, indem die Struktur bevorzugt zudem zur Aufnahme bzw. Übertragung von ausreichend großen Kräften und Momenten in durch plastische Verformung Energie absorbierende Elemente des Fahrzeugs in der Lage ist.The special type of integration into the body of the vehicle by means of the connecting elements advantageously ensures that the body with the fixed battery in it ensures a sufficiently high level of rigidity, in particular torsional rigidity, and strength while the vehicle is moving. In addition to the rigidity contributed by the structure of the guides and connecting elements themselves, this structure also contributes to meeting the requirements for crash safety of the vehicle, in that the structure also preferably absorbs or transmits sufficiently large forces and moments in plastic Deformation energy absorbing elements of the vehicle is capable of.
Wenn die Batterie im Stillstand des Fahrzeugs aus dem Batterieeinschubfach entfernt wurde, weist zwar die verbleibende Karosserie des Fahrzeugs eine geringere Festigkeit auf; dies ist jedoch unproblematisch, da im Stillstand des Fahrzeugs Kollisionen mit anderen Fahrzeugen oder Objekten nicht auftreten können, die dynamisch auftretenden Kräfte und Momente auf die Karosserie des Fahrzeugs entfallen, wie sie durch die Fahrt des Fahrzeugs entstehen, und außerdem die Karosserie des Fahrzeugs eine deutlich geringere Gewichtskraft aufnehmen muss, da die große Masse der Batterie entfernt wird.If the battery has been removed from the battery compartment when the vehicle is stationary, the remaining body of the vehicle will be less strong; However, this is not a problem because collisions with other vehicles or objects cannot occur when the vehicle is at a standstill, the dynamic forces and moments that occur are applied to the body of the vehicle, as they arise when the vehicle is moving, and the body of the vehicle also has a significant impact has to absorb less weight because the large mass of the battery is removed.
Es ist eine vorteilhafte Wirkung der Erfindung, dass eine vereinfachte Demontage und Montage einer Fahrzeugbatterie erreicht wird. Diese eignet sich sowohl für den Reparaturfall sowie, wenn gewünscht, zum kurzfristigen Wechseln von entladenen gegen geladene Batteriemodule. Hohe Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften werden durch die erfindungsgemäße Struktur sichergestellt. Zudem entfallen aufwendigen Hilfsmittel für den Batteriewechsel, insbesondere muss nicht das gesamte Fahrzeug angehoben werden, um eine vertikale Batterieführung zu ermöglichen.It is an advantageous effect of the invention that simplified disassembly and assembly of a vehicle battery is achieved. This is suitable for repairs as well as, if desired, for changing discharged battery modules for charged battery modules at short notice. High strength and rigidity properties are ensured by the structure according to the invention. In addition, there is no need for complex tools for changing the battery; in particular, the entire vehicle does not have to be lifted to enable vertical battery guidance.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Verbindungselemente eine Schraubverbindung.According to an advantageous embodiment, the connecting elements comprise a screw connection.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Batterieeinschubfach einen mit der übrigen Karosserie des Fahrzeugs verbundenen Oberboden und einen mit der übrigen Karosserie des Fahrzeugs verbundenen Unterboden auf, wobei die vordere Führung und die hintere Führung im Bezug auf eine Höhe vom Boden zwischen dem Unterboden und dem Oberboden angeordnet ist und sich der Oberboden und der Unterboden jeweils zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs erstreckt, sodass die Batterie zwischen Oberboden und Unterboden eingeschoben werden kann.According to a further advantageous embodiment, the battery insertion compartment has an upper body connected to the rest of the body of the vehicle and an underbody connected to the rest of the body of the vehicle, the front guide and the rear guide being between the underbody and the upper body with respect to a height from the ground is arranged and the top floor and the underbody each extend between the front axle and the rear axle of the vehicle, so that the battery can be inserted between the top floor and the underbody.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das elektrisch betriebene Fahrzeug zwei in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnete, jeweils eine Batterie aufnehmende, Batterieeinschubfächer auf, welche in horizontaler Richtung entgegengesetzt aus-/ und einschiebbar sind. Mit anderen Worten lässt sich auf diese Weise ein Batterieeinschubfach zur linken Fahrzeugseite aus- und einschieben während sich das andere Batterieeinschubfach zur rechten Fahrzeugseite aus- und einschieben lässt. Durch diese besondere Anordnung kann einer möglichen Seitenkippbewegung des Fahrzeuges im Zustand mit ausgefahrenen Batterien aufgrund einer symmetrischen Gewichtsverteilung entgegengewirkt werden.According to a further embodiment, the electrically operated vehicle has two battery insertion compartments arranged one behind the other in the longitudinal direction of the vehicle, each accommodating a battery, which can be pushed out and pushed in in opposite directions in the horizontal direction. In other words, in this way one battery slot can be pushed out and pushed in on the left side of the vehicle while the other battery slot can be pushed out and pushed in on the right side of the vehicle. This special arrangement makes it possible to counteract a possible sideways tilting movement of the vehicle when the batteries are extended due to a symmetrical weight distribution.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist an einer Oberseite des Unterbodens und/oder an einer Unterseite des Oberbodens ein flächiger Kühler angeordnet.According to a further advantageous embodiment, a flat cooler is arranged on an upper side of the underbody and/or on an underside of the upper body.
Der Aufbau von Oberboden und Unterboden erlaubt vorteilhaft flächige Kühlerstrukturen an deren Oberflächen für eine optimale Temperierung der Batterie.The structure of the top and bottom floor advantageously allows flat cooler structures on their surfaces for optimal temperature control of the battery.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfassen die vordere Führung und die hintere Führung ein Schienensystem mit Führungsschienen.According to a further advantageous embodiment, the front guide and the rear guide comprise a rail system with guide rails.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erlaubt das Batterieeinschubfach zu einer linken oder rechten Seite des Fahrzeugs das Einschieben und Herausnehmen der Batterie durch eine reversibel verschließbare Öffnung und ist auf der jeweils anderen Seite des Fahrzeugs permanent abgedeckt.According to a further advantageous embodiment, the battery insertion compartment allows the battery to be inserted and removed on a left or right side of the vehicle through a reversibly closable opening and is permanently covered on the other side of the vehicle.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst die reversibel verschließbare Öffnung einen Schweller. Als Schweller bezeichnet man einen Bereich einer unteren Karosserie eines Fahrzeugs, wobei sich dieser Bereich unterhalb einer seitlichen Türe des Fahrzeugs befindet. Jeder der Schweller eines Fahrzeugs befindet sich somit typischerweise in einem Mittelbereich zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des Fahrzeugs. Der Schweller ist demnach insbesondere entfernbar, und weist zu diesem Zweck besonders bevorzugt eine Schraubverbindung zur übrigen Karosserie des Fahrzeugs auf.According to a further advantageous embodiment, the reversibly closable opening comprises a sill. A sill is an area of the lower body of a vehicle, which is located below a side door of the vehicle. Each of the sills of a vehicle is therefore typically located usually in a central area between the front axle and the rear axle of the vehicle. The sill is therefore particularly removable, and for this purpose particularly preferably has a screw connection to the rest of the body of the vehicle.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform verbindet der Schweller die mit der Batterie verbindbaren Abschnitte der Führungen entlang einer Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs. So wird ein Rahmen aus den Führungen und einem Schweller gebildet, in den Batteriemodule insbesondere eingelegt werden können.According to a further advantageous embodiment, the sill connects the sections of the guides that can be connected to the battery along a main direction of travel of the vehicle. A frame is formed from the guides and a sill into which battery modules in particular can be inserted.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die vordere Führung und die hintere Führung jeweils so steif ausgeführt, dass sie zur Crash- Sicherheit des Fahrzeugs einen Beitrag leistet.According to a further advantageous embodiment, the front guide and the rear guide are each designed to be so rigid that they contribute to the crash safety of the vehicle.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Batteriewechselsystem wie oben und im Folgenden beschrieben.Another aspect of the invention relates to a vehicle with a battery changing system as described above and below.
Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Fahrzeugs ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Batteriewechselsystem vorstehend gemachten Ausführungen.Advantages and preferred developments of the proposed vehicle result from an analogous and meaningful transmission of the statements made above in connection with the proposed battery changing system.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details emerge from the following description, in which at least one exemplary embodiment is described in detail - if necessary with reference to the drawing. Identical, similar and/or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.
Es zeigen:
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1 : Ein Batteriewechselsystem mit einer Batterie mit Ansätzen des Fahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
2 : Details des Batteriewechselsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der1 . -
3 : Weitere Details und eine alternative Schwelleranbringung des Batteriewechselsystems gemäß dem Ausführungsbeispiel der1 . -
4 : Ein schematisches Batteriewechselsystem aus der Vogelperspektive gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 : A battery changing system with a battery with attachments of the vehicle according to an embodiment of the invention. -
2 : Details of the battery changing system according to the exemplary embodiment of1 . -
3 : Further details and an alternative sill attachment of the battery changing system according to the exemplary embodiment of1 . -
4 : A schematic bird's eye view of the battery changing system according to an embodiment of the invention.
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.The representations in the figures are schematic and not to scale.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been illustrated and explained in detail by preferred embodiments, the invention is not limited by the examples disclosed and other variations may be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a large number of possible variations exist. It is also to be understood that exemplary embodiments are truly examples only and should not be construed in any way as limiting the scope, application, or configuration of the invention. Rather, the preceding description and the description of the figures enable the person skilled in the art to concretely implement the exemplary embodiments, whereby the person skilled in the art can make a variety of changes, for example with regard to the function or the arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment, with knowledge of the disclosed inventive concept, without departing from the scope of protection defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.
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