WO2011012601A2

WO2011012601A2 - Batteriewechsel-station für fahrzeuge

Info

Publication number: WO2011012601A2
Application number: PCT/EP2010/060850
Authority: WO
Inventors: Andreas Federmann; Roland Wrana
Original assignee: Dürr Systems GmbH
Priority date: 2009-07-29
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2011-02-03
Also published as: WO2011012601A3; DE102009035253A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie-Wechselstation (10) für Fahrzeuge (26). Die Batterie-Wechselstation (10) hat einen Fahrzeugstand (24). Die Batterie-Wechselstation (10) umfasst ein Batterielager (12, 14). Die Batterie-Wechselstation (10) enthält eine Batterie-Transportvorrichtung (32), mittels der eine Batterie (16) zwischen einem im Fahrzeugstand (34) positionierten Fahrzeug (26) und dem Batterielager (12, 14) bewegt werden kann. Erfindungsgemäß weist das Batterielager (12, 14) für die Lagerung einer Batterie (16, 18) eine die Batterie (16, 18) aufnehmende bewegliche Halteeinrichtung (50) auf, die für das Bewegen einer aufgenommenen Batterie (16, 18) zwischen einer Lagerposition (17) in der Batterie-Lagereinrichtung (12, 14) und einer Übergabeposition (37) ausgelegt ist.

Description

Batteriewechsel-Station für Fahrzeuge

Beschreibung Die Erfindung betrifft eine Batteriewechsel-Station für Fahrzeuge, mit einem Fahrzeugstand, mit einem Batterielager und mit einer Batterie-Transportvorrichtung, mittels der eine Batterie zwischen einem im Fahrzeugstand positionieren Fahrzeug und dem Batterielager bewegt werden kann. Elektrofahrzeuge werden insbesondere mit Energiespeichern für die benötigte Antriebsenergie in Form von mehrfach wiederaufladbaren Batterien bzw. Akkumulatoren (vorliegend kurz als„Batterien" bezeichnet) betrieben. Um eine solche Batterie eines Elektrofahrzeugs aufzuladen, muss diese heute im Regelfall über längere Zeit an ein Stromnetz angeschlossen wer- den. Ein solcher länger andauernder Ladevorgang kann nicht ohne weiteres während eines normalen Betriebs des Elektrofahrzeugs realisiert werden. Damit Elektrofahrzeuge auch ohne Zwang zu längeren Pausen betrieben werden können, in denen ein Ladevorgang der Batterie realisiert werden könnte, wird vorgeschlagen, wenigstens eine Batterie des Elektrofahrzeugs von Zeit zu Zeit komplett auszutauschen. Dazu ist seitens einer Infrastruktur vorgesehen, ähnlich einem Tankstellennetz ein Netz von Batteriewechsel- Stationen vorzusehen, in denen eine entladene Batterie zeitsparend gegen eine aufgeladene Batterie ausgetauscht werden kann. Eine Batteriewechsel-Station der eingangs genannten Art ist in der DE 10 2007 032 210 A1 beschrieben. Die Batteriewechsel-Station hat eine Batterie-Transportvorrichtung, mit der die Batterie eines Kraftfahrzeugs ausgebaut und transportiert werden kann. Die Batterie-Transportvorrichtung trägt hierzu ein Spezialwerkzeug mit Kamera. Mit dem Spezialwerkzeug kann eine Befestigungseinrichtung am Unterboden des Kraftfahrzeugs entriegelt werden, welche die Batterie im Kraftfahrzeug hält. Dann wird die Batterie mit der Batterie-Transportvorrichtung aufgenommen. Die Batterie-Transportvorrichtung kann die aufgenommene Batterie in den drei Raumrichtungen auf- und abwärts, vor- und zurück sowie seitwärts verlagern, um die Batterie von dem Kraftfahrzeug in ein Batterielager zu bewegen oder um die Batterie einem Batterielager zu entnehmen und in das Kraftfahrzeug einzusetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batteriewechsel-Station bereitzustellen, die bei geringen Herstellungskosten für den automatisierten Austausch der Batterie eines Fahrzeugs mit elektrischem Antrieb ausgelegt werden kann, und die große Lagerkapazitäten für unterschiedliche Batterietypen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch eine Batteriewechsel-Station der eingangs genannten Art gelöst, bei der das Batterielager für die Lagerung einer Batterie eine die Batterie aufnehmende bewegliche Halteeinrichtung aufweist, die für das Bewegen einer aufgenommenen Batterie zwischen einer Lagerposition im Batterielager und einer Übergabeposition ausgelegt ist. In der Übergabeposition kann die Batterie von der Batterie-Transportvorrichtung an die Halteeinrichtung oder von der Halteeinrichtung an die Batterie-Transport- Vorrichtung übergeben werden.

Um eine Batterie in einer Batteriewechselstation automatisiert aus einem Kraftfahrzeug auszubauen und in ein Batterielager zu bewegen, um dann anschließend eine Austauschbatterie aus dem Batterielager in das Kraft- fahrzeug einzusetzen, bedarf es im Allgemeinen einer Batterie-Transportvorrichtung, die für das Bewegen einer aufgenommenen Batterie in den drei Raumrichtungen ausgelegt ist. Weil das Gewicht einer Batterie für den Antrieb von Kraftfahrzeugen im Regelfall mehre hundert bis zu tausend Kilogramm wiegt und deren Gewicht auch bis zu 1000 kg betragen kann, müs- sen in einer solchen Transportvorrichtung entsprechend belastbare Lager für die Bewegungsachsen vorgesehen werden. Der Erfindung liegt nun u. a. der Gedanke zugrunde, dass die Zahl der Bewegungsachsen bei einer Batterie-Transportvorrichtung für eine Batteriewechselstation und damit auch die Zahl von kostspieligen Baugruppen ver- ringert werden kann, indem ein Batterielager mit einem Schubladensystem in Form von beweglichen Halteeinrichtungen vorgesehen wird, an denen die Batterien aufgenommen und gelagert werden können.

Vorzugsweise ist eine Halteeinrichtung für eine Batterie in dem Batterielager mit Teleskoparmen befestigt. Diese können für große mechanische Belastungen ausgelegt werden und lassen sich kostengünstig herstellen. Die Teleskoparme werden vorteilhafterweise mit einer Betätigungsvorrichtung bewegt, die als Betätigungsarm bzw. Greifarm ausgebildet sein kann. Vorteilhafterweise ist dieser Arm an der Batterie-Transportvorrichtung angeordnet. Dies ermöglicht, mit einem einzelnen Arm eine Vielzahl von Halteeinrichtungen für Batterien zu bewegen.

Ein weiterer Gedanke der Erfindung ist, für eine Batterie in der Halteeinrichtung die gleichen elektrischen und/oder mechanischen Anschlüsse sowie gegebenenfalls auch Fluidleitungsanschlüsse für die Verbindung mit einem Heizungs- bzw. Kühlsystem wie im Fahrzeug vorzusehen. Dies ermöglicht zum einen, dass die Batterie in der Batteriewechselstation unmittelbar an der Halteeinrichtung bei Betriebstemperaturen aufgeladen werden kann, die für den Ladevorgang günstig sind. Zum anderen können so auch in der Bat- teriewechselstation Baugruppen eingesetzt werden, die schon im Kraftfahrzeug Verwendung finden. Da Teile für Kraftfahrzeuge in hohen Stückzahlen gefertigt werden, sind solche Baugruppen kostengünstig herstellbar. Indem Besonders bevorzugt weist die Halteeinrichtung eine oder mehrere elektrische Anschlüsse und - soweit erforderlich - einen oder mehrere Fluidlei- tungsanschlüsse auf. Die mechanischen Verbindungselemente auf Seiten der Halteeinrichtung bilden zumindest abschnittsweise die Aufnahme einer Batterie in einem Kraftfahrzeug nach, so dass die Batterie mittels der Halteeinrichtung in einer ähnlichen Position gelagert werden kann, in der sie im Fahrzeug eingesetzt wird. Eine erfindungsgemäße Batterie-Transportvorrichtung, mit der eine Batterie einem Fahrzeug entnommen oder in ein Fahrzeug eingesetzt werden kann, eignet sich somit auch dazu, die Batterie in der Halteeinrichtung des Batterielagers anzuordnen oder diese von der Halteeinrichtung des Batterielagers zu trennen.

Insbesondere kann die Batterie-Transportvorrichtung als ein an Schienen in einer Längsrichtung geführtes Shuttlemodul ausgebildet werden, an dem eine Hubeinrichtung für das Anheben und Absenken einer aufgenommenen Batterie vorgesehen ist.

Darüber hinaus besteht ein Gedanke der Erfindung darin, die Batterie- Transportvorrichtung und ein Batterielager in Modulen aufzunehmen. In dieser Position werden die Batterie-Transportvorrichtung die Batterie-Lagereinrichtungen günstigerweise mit der dazugehörenden Elektroinstallation komplett vormontiert. Die vormontierten Module werden dann dorthin transportiert, wo die Batteriewechsel-Station aufgestellt werden soll. Indem für die Module Passverbindungen vorgesehen werden, ist dann vor Ort keine aufwändige Justage der Anordnung erforderlich. Hinsichtlich des Außenmaßes für die Module wird günstigerweise die Norm ISO 668 für Container eingehalten. Die Module können gegebenenfalls mit Seitenwänden beplankt als Container transportiert werden oder für den Transport vormontiert in ent- sprechenden Containern verstaut werden. Mit dieser Maßnahme können die Transportkosten für eine Batteriewechsel-Station sehr gering gehalten werden. Mittels geeigneter Steckverbindungen wird dabei sichergestellt, dass die Module bei der Montage schnell miteinander verbunden werden können. Der modulare Aufbau der Batteriewechsel-Station macht diese leicht erwei- terbar. So kann die Batteriewechsel-Station insbesondere um zusätzliche Module für Batterielager ergänzt werden, in denen verschiedene Batteriety- pen eingelagert und aufgeladen werden können. So wird eine hohe Flexibilität der Batteriewechsel-Station im Hinblick auf unterschiedliche Batterie- und Fahrzeugtypen ermöglicht. Indem die Module für die Batterie-Lagereinrichtungen symmetrisch zu dem Modul für die Batterie-Transport- einrichtung angeordnet werden, lässt sich die Batteriewechsel -Station erweitern, ohne dass die Batterie-Transportvorrichtung modifiziert werden muss.

Der Erfindung liegt außerdem auch der Gedanke zugrunde, für das Ein- und Ausbauen einer Batterie bei einem Fahrzeug, das sich in der Batteriewech- selstation befindet, auf Montagekonzepte zurückzugreifen, die in der Serienfertigung von herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Damit wird auf einfache Weise eine hohe Flexibilität der Batteriewechselstation ermöglicht. Indem für die Aufnahme einer Batterie an der Batterie-Transportvorrichtung eine Aufnahmeplattform mit einem für den Eingriff in ein Batterie-Montagesystem am Fahrzeug ausgelegten Batterie-Wechselwerkzeug vorgesehen ist, kann die Batterie in einem Arbeitsgang aus dem Fahrzeug gelöst werden.

Von Vorteil ist es, wenn die Aufnahmeplattform die Batterie in einem batteriespezifischen Wechselrahmen aufnimmt, wobei für die Lagerung eines batteriespezifischen Wechselrahmens eine Wechselrahmen-Lagereinrichtung mit einer linearbeweglichen Halteeinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher der Wechselrahmen von der Batterie-Transportvorrichtung in eine Lagerposition in der Wechselrahmen-Lagereinrichtung und von einer Lagerposition in der Wechselrahmen-Lagereinrichtung zu der Batterie- Transportvorrichtung bewegt werden kann. Damit kann die Aufnahmeplattform mit Batterie-Wechselwerkzeug für unterschiedliche Batterietypen ein- gesetzt werden. Es ist auch von Vorteil, in die Batteriewechsel-Station eine Unterboden- Waschvorrichtung und/oder eine Kraftfahrzeug-Zentriereinrichtung und/oder eine Kraftfahrzeug-Linearbewegungseinheit zu integrieren, damit Batterien bei Kraftfahrzeugen vollautomatisch ausgetauscht werden können.

Indem ein Batterielager und die Batterie-Transportvorrichtung bei der Batteriewechselstation unterirdisch angeordnet werden, muss ein Kraftfahrzeug für ein Positionieren im Fahrzeugstand bei der Anordnung keinen oder nur einen geringen Höhenunterschied überwinden.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Auswechseln einer Batterie eines Fahrzeugs.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer schematischen Darstellung einen Schnitt durch eine Bat- teriewechsel-Station mit einem Fahrzeugstand, in dem ein Fahrzeug positioniert ist;

Fig. 2 ein Batterielager der Batteriewechsel-Station;

Fig. 3 eine bewegliche Halteeinrichtung zur Aufnahme einer Batterie im

Batterielager;

Fig. 4 eine Batterie-Transportvorrichtung in der Batteriewechsel-Station; Fig. 5 einen Abschnitt der Batterie-Transportvorrichtung;

Fig. 6 einen Abschnitt der Batterie-Transportvorrichtung mit einer aufgenommenen Batterie; und

Fig. 7 eine Gesamtansicht der Batteriewechsel-Station. Die Batteriewechsel-Station 10 in Fig. 1 hat eine erstes Batterielager 12 und ein zweites Batterielager 14. Das erste Batterielager 12 ist für das Einlagern von Batterien 16 eines ersten Batterietyps ausgelegt. In dem zweiten Batterielager 14 können Batterien 18 eines zweiten Batterietyps eingelagert wer- den. In den Batterielagern 12, 14 gibt es Versorgungseinrichtungen 20, 22. Die Versorgungseinrichtungen 20, 22 enthalten Battehelademodule. Mittels der Versorgungseinrichtungen 20, 22 können die in den Batterielagern 12, 14 eingelagerten Batterien 16, 18 elektrisch aufgeladen werden. Bei den Batterielagern 12, 14 sind Fluidleitungen für den Anschluss der eingelager- ten Batterien 16, 18 an ein Fluidleitungssystem vorgesehen. Das Fluidlei- tungssystem ist bevorzugt einem Heizungs- und/oder Kühlsystem zugeordnet, das sich ebenfalls in den Versorgungseinrichtungen 20, 22 befindet. Damit können die in den Batterielagern 12, 14 eingelagerten Batterien 16, 18 aufgeheizt und/oder gekühlt werden, um eine für den Ladevorgang günstige Temperatur einzustellen.

Die Batteriewechsel-Station 10 hat einen Fahrzeugstand 24. Die Fig. 1 zeigt die Batteriewechsel-Station 10 mit einem Fahrzeug 26, das sich im Fahrzeugstand 24 befindet. Das Fahrzeug 26 ist oberhalb einer verschließbaren Öffnung 28 am Boden 30 des Fahrzeugstands 24 angeordnet. Die Öffnung kann mittels einer Wechselluke geöffnet und verschlossen werden. Für das automatisierte Ausrichten des Fahrzeugs 26 über der Öffnung 28 ist in der Batteriewechsel-Station 10 eine Zentriervorrichtung 31 vorgesehen. In der Batteriewechsel-Station 10 gibt es eine Batterie-Transportvorrichtung 32. Die Batterie-Transportvorrichtung 32 umfasst ein Shuttlefahrzeug 33, das mit Rollen 44 auf zwei Schienen 46 geführt ist. Wie in Fig. 4 und Fig. 7 gezeigt ist, kann das Shuttlefahrzeug 33 mittels einer Kette 35 und eines auf die Kette 35 wirkenden Elektromotors 43 in den Schienen 46 in Längsrichtung entsprechend dem Doppelpfeil 47 bewegt werden. In alternativen Ausführungs- formen wird das Shuttlefahrzeug mit Hilfe von Zahn- oder Keilriemen gezo- gen, wobei die Riemen bevorzugt mehrere von einer elastomeren Ummante- lung umschlossene Zugträger aus Stahl aufweisen.

Die Batterie-Transportvorrichtung 32 weist ein als Hubtisch ausgebildetes linear bewegliches Haltesystem 34 auf. Mit diesem Haltesystem 34 kann eine Batterie 36 mit einem batteriespezifischen Wechselrahmen 92 an einer Aufnahmeplattform 48 aufgenommen werden. Das Haltesystem 34 kann mit einer Hubeinrichtung 39 entsprechend dem Doppelpfeil 38 angehoben und abgesenkt werden. Die Hubeinrichtung 39 enthält einen Zahnriemen 42, für dessen Antrieb ein Elektromotor 40 vorgesehen ist. Für die Stromversorgung der Batterie-Transportvorrichtung 32 gibt es ein Schleppkabel. Die Aufnahmeplattform 48 an der Batterie-Transporteinrichtung 32 trägt ein für den Eingriff in ein Batterie-Montagesystem am Kraftfahrzeug ausgelegtes Batterie- Wechselwerkzeug 94.

In den Batterielagern 12, 14 werden die Batterien 16, 18 in einem Schubladensystem mit linear beweglichen Halteeinrichtungen 50 gelagert. Die Versorgungseinrichtungen 20,22 sind hinter diesem Schubladensystem angeordnet. An einer linear beweglichen Halteeinrichtung 50 kann eine Batterie 36 in Richtung des Doppelpfeils 52 zwischen einer Lagerposition 17 im Batterielager 12 und einer Übergabeposition 37 bewegt werden, in der die Batterie von der Batterie-Transportvorrichtung 32 an die Halteeinrichtung 50 oder von der Halteinrichtung 50 an die Batterie-Transporteinrichtung übergeben werden kann. Die Batterie-Lagereinrichtungen 12, 14 sind jeweils in ein Transportsystem in Form eines Batterie-Lagermoduls 54, 58 montiert. Die Batterie-Transportvorrichtung 32 ist in einem Batterie-Wechselmodul 56 als Trägersystem in die Batterie-Transportvorrichtung 32 angeordnet. Die Module 54, 56, 58 sind mit Tragblechen 61 abgedeckt, welche die Last eines Kraftfahrzeugs in der Batteriewechselstation 10 aufnehmen können. Das Batterie-Wechselmodul 56, in dem die Batterie-Transportvorrichtung 32 aufgenommen ist, weist bevorzugt die Außenmaße eines 40-Fuß Überseecontainers gemäß der Norm ISO 668 auf. Die Außenmaße der Batterie- Lagermodule 54,58 für die Batterie-Lagereinrichtungen 12, 14 entsprechen bevorzugt den Maßen eines 20-Fuß Containers nach der Norm ISO 668. Die Module 54, 56, 58 sind über Passverbindungen mit Passschrauben 99 aneinander montiert.

Die Batterie-Wechselstation ruht mit den Modulen 54, 56, 58 auf einem Be- tonfundament 60, das unter der Oberfläche 62 des Bodens 64 versenkt ist. Das Betonfundament 60 ist mit einem begehbaren Gang 65 für eine (manuelle) Wartung und Instandhaltung der Batterie-Transportvorrichtung 32 sowie der Batterie-Lagervorrichtung 12, 14 ausgelegt. Es ist allerdings auch möglich, die Batterie-Transportvorrichtung 32 und die Batterielager 12, 14 abschnittsweise oder vollständig oberirdisch anzuordnen.

Die Module 54, 56, 58 sind mit Tragblechen 61 abgedeckt, welche die Last eines Kraftfahrzeugs in der Batteriewechselstation aufnehmen können. Die Batteriewechselstation 10 hat Rampen, über die ein Kraftfahrzeug für das Auswechseln einer Batterie in die Batteriewechselstation eingefahren bzw. aus der Batteriewechselstation herausgefahren werden kann.

An dem Batterie-Wechselmodul 56 ist eine Unterboden-Reinigungsstation 80 vorgesehen. Die Unterboden-Reinigungsstation 80 ist mit Gitterrosten abgedeckt. An der Unterboden-Reinigungsstation 80 kann der Unterboden des Fahrzeugs, dessen Batterie ausgewechselt wurde bzw. wird, mit Rotationsdüsen gereinigt und/oder getrocknet werden. Über die Rotationsdüsen wird erfindungsgemäß Druckluft und/oder Wasser und/oder eine Reinun- gungsflüssigkeit gegen das Kraftfahrzeug gelenkt. Die Batteriewechsel-Station 10 weist optional eine Überdachung 66 auf. Die Überdachung 66 schützt den Fahrzeugstand 24 der Unterboden- Reinigungsstation 80, sowie ein Bedien- und Technikmodul 68, 70 vor Witterungseinflüssen. Weiter optional ist die gesamte Batteriewechsel-Station oberirdisch an mehreren Seiten mit einer Einhausung umgeben.

Das Technikmodul 70 enthält eine Anlagensteuerung, die eine automatische Steuerung der Batterie-Transportvorrichtung 32 umfasst. Darüber hinaus enthält das Technikmodul 70 bevorzugt ein Klimagerät, eine Zentraleinrich- tung für Feuerschutz und eine Einrichtung für die elektrische Energieversorgung. Mittels des Bedienmoduls 68 kann insbesondere eine Ampel, eine Schranke und ein Leseterminal gesteuert werden.

Die Fig. 2 zeigt das erste Batterielager 12 der Batterie-Wechselstation 10 in perspektivischer Darstellung. In dem Batterielager 12 ist eine Batterie 16 mit Montageschrauben 72 in Halterungen 73 an der linear beweglichen Halteeinrichtung 50 befestigt. Jede linear bewegliche Halteeinheit 50 ist mit Teleskoparmen 74, 76 an einem Träger 77 in der Batterie-Lagereinrichtung aufgenommen. An den Teleskoparmen 74, 76 kann die an der Halteeinrichtung 50 befestigte Batterie 16 wie in einem Schubfach entsprechend dem Doppelpfeil 52 bewegt werden.

Die Fig. 3 zeigt eine Batterie 16 in einer zugehörigen Halteeinrichtung 50. An der Halteeinrichtung 50 ist die Aufnahmeposition für die Batterie 16 in einem Fahrzeug zumindest abschnittsweise nachgebildet. Die Batterie 16 ist in der Halteeinrichtung 50 näherungsweise nach demselben Montageprinzip festgelegt und in gleicher Weise kontaktiert, wie in eingebautem Zustand im Fahrzeug. Dazu sind bevorzugt mehrere Haltepunkte vorgesehen, deren Form den Haltepunkten seitens des Kraftfahrzeugs entspricht. An der Halteeinrichtung 50 gibt es einen elektrischen Anschluss 78 für das Aufladen der Batterie 16. Außerdem ist an der Halteeinrichtung 50 ein Anschluss 79 für das Verbinden der Batterie 16 mit einem Fluidleitungssystem vorgesehen. Erfindungsgemäß kann mit Hilfe des im Fluidleitungssystem geführten Fluids die Batterie konditioniert, insbesondere geheizt und/oder gekühlt werden kann. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist als ein Fluid ein Arbeitsmedium der Batterie (z.B. Elektrolyt) gewählt. Weiter alternativ oder ergänzend können mehrere unterschiedliche Fluide (z. B. eine Kühl-/Heizflüssigkeit und ein Arbeitsmedium) in unterschiedlichen Fluidlei- tungssystemen zur Anwendung kommen.

Die Fig. 4 zeigt die Batterie-Transportvorrichtung 32 der Batterie-Wechselstation 10 mit der ersten Batterie-Lagereinrichtung 12. An das Modul 56 für die Batterie-Transportvorrichtung 32 ist eine Unterboden-Waschvorrichtung 80 sowie ein Schleppketten-Fördermechanismus 82 montiert. Mittels der Unterboden-Waschvorrichtung 80 kann der Unterboden eines Fahrzeugs und/oder die Batterie vor dem Austausch einer Batterie gereinigt werden. Diese Maßnahme gewährleistet, dass in der Batterie-Wechselstation 10 keine verschmutzten Batterien eingelagert werden müssen. In der Batterie- Wechselstation 10 kann ein Fahrzeug mittels des Schleppketten-Fördermechanismus 82 automatisiert in den Fahrzeugstand 24 für den Austausch der Batterie bewegt werden. Hier gibt es eine Zentriervorrichtung 84, mittels der sich das in dem Fahrzeugstand 24 positionierte Kraftfahrzeug in Richtung der Doppelpfeile 86, 88 automatisiert auf ca. 15 mm genau ausrichten lässt. Die Zentriervorrichtung weist hierzu bevorzugt zwei oder mehr horizontal beweglich gelagerte und verschiebbare Arbeitsplattformen auf, auf denen das Kraftfahrzeug positioniert wird, so dass das Kraftfahrzeug bei Bedarf in horizontaler Richtung automatisiert verschoben (und ggf. um die Hochachse gedreht) werden kann. Hierzu ist ferner bevorzugt wenigstens ein Lageerkennungssensor (Lichtschranke, Kamerasystem etc) vorgesehen, mit dessen Hilfe die Position des Kraftfahrzeuges detektiert werden kann. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist anstelle des Schleppketten- Fördermechanismus eine Fördereinheit mit einem Zahn- oder Keilriemen vorgesehen. Die Fig. 5 und Fig. 6 zeigen einen Abschnitt der Batterie-Transportvorrichtung 32. Die Batterie-Transportvorrichtung 32 hat eine Aufnahmeplattform 48 mit Halteelementen 89, die für die Aufnahme eines batteriespezifischen Wechselrahmens 92 dienen, der in Fig. 6 zu sehen ist. Die Aufnahmeplattform 48 trägt Batterie-Wechselwerkzeuge 94. Die Batterie-Wechsel- Werkzeuge 94 können durch einen Zentrierschaft automatisiert auf eine Montageschraube 72 einwirken, mittels der die Batterie 16 an einer Halteeinrichtung 50 der Batterie-Lagereinrichtung 12 oder in einem Kraftfahrzeug, das sich in zentrierter Stellung im Fahrzeugstand 24 befindet, festgelegt ist. Die Aufnahmeplattform 48 ist an dem Haltesystem 34 der Batterie-Transportvorrichtung 32 schwimmend gelagert. Dies gewährleistet, dass bei Ansetzen der Aufnahmeplattform 48 mit einem batteriespezifischen Wechselrahmen 92 in Richtung einer über der Plattform positionierten Batterie die Batterie- Wechselwerkzeuge 94 in einen spielfreien Eingriff mit den Montageschrau- ben 72 geraten.

An der Aufnahmeplattform 48 der Batterie-Transportvorrichtung 32 gibt es einen linear beweglichen Betätigungsarm 96. Dem Betätigungsarm 96 ist ein elektrischer Antrieb 97 zugeordnet. Der linear bewegliche Betätigungsarm 96 hat ein Kupplungsstück 98, das für den Eingriff in ein komplementäres Kupplungselement 95 an der linear beweglichen Halteeinrichtung 50 der Batterie-Lagereinrichtung 12 ausgelegt ist. Der Betätigungsarm 96 wirkt als Zug-Schubeinrichtung. Mittels des Betätigungsarms 96 kann eine an der Halteeinrichtung 12 aufgenommenen Batterie 16 aus einer Lagerposition 17 im Batterielager in eine Übergabeposition 37 über der Aufnahmeplattform 48 zur Übergabe der Batterie an die Batterie-Transportvorrichtung 32 bewegt werden.

Die Fig. 7 zeigt die Batterie-Transportvorrichtung 32 mit dem ersten Batterie- lager 12 und dem zweiten Batterielager 14. Die in dem zweiten Batterielager 14 aufgenommenen Batterien 18 sind für den Einsatz in einem Fahrzeug ausgelegt, dessen Typ von den für die Batterie 16 vorgesehenen Fahrzeugen verschieden ist. Das Lagermodul 54 und das Lagermodul 58 ist symmetrisch zum Batterie- Wechselmodul 56 angeordnet. Das Lagermodul 58 ist mittels Passschrauben 99 an das Batterie-Wechselmodul 56 angeschlossen. Entsprechendes gilt für das Lagermodul 54. Damit mittels der Batterie-Transportvorrichtung 32 auch die von den Batterien 16 verschiedenen Batterien 18 bei Fahrzeugen ausgetauscht werden können, die sich im Fahrzeugstand 24 befinden, muss lediglich der batteriespezifische Wechselrahmen 92 an der Aufnahmeplattform 48 der Batterie- Transportvorrichtung 32 ausgetauscht werden.

Für das Auswechseln der Batterie 16 eines Kraftfahrzeugs wird das Fahrzeug zunächst zu der Unterboden-Waschvorrichtung 80 bewegt. Dort wird der Unterboden des Fahrzeugs von Schmutz gereinigt. Von der Unterboden- Waschvorrichtung 80 wird das Fahrzeug mittels des Schleppketten- Fördermechanismus 82 in den Fahrzeugstand 24 für den Austausch der Batterie verlagert. Dort wird das Fahrzeug mit der Zentriervorrichtung 84 zentriert.

Die Batterie-Transportvorrichtung 32 nimmt dann aus einem Batterielager 12, 14 einen zu dem Batterietyp im Kraftfahrzeug passenden batteriespezifischen Wechselrahmen 92 an der Aufnahmeplattform 48 auf. Die Batterie- Transportvorrichtung 32 wird dann mittels des auf die Kette 35 wirkenden Elektromotors 43 unter den Batterieschacht am Unterboden des Fahrzeugs 26 bewegt. Die Hubeinrichtung 39 der Batterie-Transportvorrichtung 32 verfährt dann die Aufnahmeplattform 48 mit dem batteriespezifischen Wechselrahmen 92 an den Unterboden des Fahrzeugs. Dort geraten die batteriespezifischen Wechselwerkzeuge 94 mit den Montageschrauben 72 für die Batterie 16 im Fahrzeug 26 in Eingriff. Mittels der batteriespezifischen Wechselwerkzeuge 94 wird die Batterie 16 aus dem Fahrzeug gelöst. Sobald die Montageschrauben 72 mit dem Fahrzeug außer Eingriff geraten, trägt die Batterie- Transportvorrichtung 32 die Batterie 16. Mittels der Hubeinrichtung 39 wird dann die in der Batterie-Transportvorrichtung 32 aufgenommene Batterie 16 abgesenkt. Die Batterie-Transportvorrichtung 32 fährt darauf die Batterie 16 vor eine Halteeinrichtung 50 eines Batterielagers 12,14, in der sich gerade keine Batterie befindet. Mittels des Betätigungsarms 96 wird dann die Halteeinrichtung 50 aus dem Batterielager 12,14 herausgezogen. Anschließend wird die Aufnahmeplattform 48 mit der darauf im batteriespezifischen Wechselrahmen angeordneten Batterie 16 angehoben und mit den Montage- schrauben 72, mit denen diese ursprünglich im Fahrzeug befestigt war, an der Halteeinrichtung 50 festgelegt. Dabei geraten die Anschlusselemente der Batterie für Strom und Fluid mit den entsprechenden Anschlüssen 78,79 an der Halteeinrichtung 50 in Eingriff. Darauf wird die Halteeinrichtung 50 mit der daran aufgenommenen Batterie mittels des Betätigungsarms 96 in das Batterielager 12,14 eingeschoben.

Die Batterie-Transportvorrichtung 32 wird dann durch den Elektromotor 43 über die Kette 35 vor eine Halteeinrichtung 50 bewegt, in der sich eine aufgeladene Batterie 16 befindet. In dieser Position zieht der Betätigungsarm 96 die Halteeinrichtung 50 aus dem Batterielager 12 heraus. Nun wird wiederum die Aufnahmeplattform 48 der Batterie-Transportvorrichtung 32 mit dem batteriespezifischen Wechselrahmen 92 von unten an die in die Halteeinrichtung 50 montierte Batterie 16 heranbewegt. Mittels des batteriespezifischen Wechselwerkzeugs 94 werden die Montageschrauben 72 gelöst, mit denen die Batterie 16 in der Halteeinrichtung 50 festgelegt ist. Dann wird die Aufnahmeplattform 48 der Batterie-Transportvorrichtung abgesenkt. Bei Absenken der Aufnahmeplattform 48 bewegt sich die Batterie 16 mit der Aufnahmeplattform nach unten, wodurch der elektrische Anschluss der Batterie an den Anschluss 78 in die Halteeinrichtung 50 und der Anschluss für Fluid 79 an der Halteeinrichtung 50 mit dem entsprechenden Anschluss an der Batterie außer Eingriff geraten.

Die mit der Batterie-Transportvorrichtung 32 aufgenommene Batterie 16 wird dann unter ein im Fahrzeugstand 24 angeordnetes Kraftfahrzeug bewegt. Die Aufnahmeplattform 48 wird darauf mittels der Hubeinrichtung 39 ange- hoben. Dann wird die Batterie 16 in das Kraftfahrzeug 26 eingesetzt und mit den Montageschrauben 72 festgelegt. Anstelle einer schwer handhabbaren Schraubverbindung kann zur Festlegung der Batterie am Kraftfahrzeug auch jede andere sichere, lösbare Befestigungsmechanik vorgesehen sein, insbesondere formschlüssig ineinandergreifende Klauen oder Rastnasen, die ggf. über elastisch federnde Sicherungselemente gegen Verrutschen gesichert sein können.

Der modulare Aufbau der Batteriewechselstation 10 ermöglicht ein einfaches Erweitern der Lagerkapazität für Batterien, indem weitere Module für Batte- rielager, gegebenenfalls zum Lagern von Batterien unterschiedlichen Typs an das vorhandene Batterie-Wechselmodul 56 angeschlossen werden. Darüber hinaus kann auch das Batterie-Wechselmodul 56 mit einem entsprechenden Modul verlängert werden, in dem Schienen für das Shuttlefahrzeug 30 der Batterie-Transportvorrichtung 32 verlegt sind.

Zusammenfassend sind folgende bevorzugte Merkmale festzuhalten: Die Erfindung betrifft eine Batterie-Wechselstation 10 für Fahrzeuge 26. Die Batterie-Wechselstation 10 hat einen Fahrzeugstand 24. Die Batterie- Wechselstation 10 umfasst ein Batterielager 12,14. Die Batterie-Wechsel- Station 10 enthält eine Batterie-Transportvorrichtung 32, mittels der eine Batterie 16 zwischen einem im Fahrzeugstand 34 positionierten Fahrzeug 26 und einem Batterielager 12, 14 bewegt werden kann. Erfindungsgemäß weist das Batterielager 12, 14 für die Lagerung einer Batterie 16, 18 eine die Batterie 16, 18 aufnehmende bewegliche Halteeinrichtung 50 auf, die für das Bewegen einer aufgenommene Batterie 16, 18 zwischen einer Lagerposition 17 in der Batterie-Lagereinrichtung 12, 14 und einer Übergabeposition 37 ausgelegt ist.

Claims

Patentansprüche

1. Batteriewechsel-Station (10) für Fahrzeuge (26)

mit einem Fahrzeugstand (24);

mit einem Batterielager (12, 14), und

mit einer Batterie-Transportvorrichtung (32), mittels der eine Batterie (16, 18) zwischen einem im Fahrzeugstand (24) positionieren Fahrzeug (26) und dem Batterielager (12, 14) bewegt werden kann; dadurch gekennzeichnet, dass das Batterielager (12, 14) für die Lagerung einer Batterie (16, 18) eine die Batterie (16, 18) aufnehmende bewegliche Halteeinrichtung (50) aufweist, die für das Bewegen einer aufgenommenen Batterie (16, 18) zwischen einer Lagerposition (17) im Batterielager (12, 14) und einer

Übergabeposition (37) ausgelegt ist.

2. Batteriewechselstation nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (50) mit einem Teleskoparm (74,76) in dem Batterielager (12, 14) befestigt ist.

3. Batteriewechselmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (50) einen elektrischen Anschluss (78) für das Aufladen einer eingelagerten Batterie (16, 18) und/oder ei- nen Anschluss (79) für das Verbinden einer eingelagerten Batterie

(16, 18) mit einem Kühlsystem und/oder Heizsystem umfasst.

4. Batteriewechselstation nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Transportvorrichtung (32) Mittel (96) für das Bewegen der Halteeinrichtung (50) zwischen der Lagerpo- sition (17) und der Übergabeposition (57) aufweist.

5. Batteriewechselstation (10) für Fahrzeuge (26)

mit einem Fahrzeugstand (24);

mit einem Batterielager (12,14), und

mit einer Batterie-Transportvorrichtung (32), mittels der eine Batterie (16, 18) zwischen einem im Fahrzeugstand (24) positionieren Fahrzeug (26) und dem Batterielager (12,24) bewegt werden kann; insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halteeinrichtung (50) mittels eines oder mehrerer daran ausgebil- deter elektrischer Anschlüsse (78) und/oder mittels eines oder mehrer

Fluidleitungsanschlüsse (79) und/oder mit mechanischen Verbindungselementen (73) die Aufnahme einer Batterie (16,18) in einem Fahrzeug (26) wenigstens abschnittsweise nachbildet.

6. Batteriewechselstation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Transportvorrichtung (32) eine Hubeinrichtung (39) für das Anheben und Absenken einer aufgenommenen Batterie (16, 18) umfasst.

7. Batteriewechselstation nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Transportvorrichtung (32) in einer Längsrichtung (47) bewegbar ist.

8. Batteriewechselstation (10) für elektrisch angetriebene Fahrzeuge (26) mit einem Fahrzeugstand (24);

mit einem Batterielager (12,14), und mit einer Batterie-Transportvorrichtung (32), mittels der eine Batterie (16,18) zwischen einem im Fahrzeugstand (24) positionieren Fahrzeug (26) und dem Batterielager (12,14) bewegt werden kann; insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7; dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufnahme der Batterie-Transportvorrichtung (32) und/oder eines Batterielagers (12,14) ein Modul (54,56,58) mit den Außenmaßen eines

Containers gemäß der Norm ISO 668 oder ein Modul vorgesehen ist, das in einem Container gemäß der Norm ISO 668 transportiert werden kann.

9. Batteriewechselstation (10) für Fahrzeuge (26)

mit einem Fahrzeugstand (24);

mit einem Batterielager (12, 14), und

mit einer Batterie-Transportvorrichtung (32), mittels der eine Batterie

(16, 18) zwischen einem im Fahrzeugstand (24) positionieren Fahrzeug (26) und dem Batterielager (12, 14) bewegt werden kann; insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8; dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufnahme der Batterie-Transportvorrichtung (32) und eines Batterielagers (12, 14) durch Passverbindungen (99) verbundene Module (54, 56, 58) vorgesehen sind.

10. Batteriewechselstation nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass für die Aufnahme einer Batterie (16,18) an der Batterie-Transportvorrichtung (32) eine Aufnahmeplattfornn (48) mit einem für den Eingriff in ein Batterie-Montagesystem am Kraftfahrzeug ausgelegten Batterie-Wechselwerkzeug (94) vorgesehen ist.

11. Batteriewechselstation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeplattform (48) die Batterie (16, 18) in einem batteriespezifischen Wechselrahmen (92) aufnimmt, wobei für die Lagerung eines batteriespezifischen Wechselrahmens (92) eine Wechselrahmen-Lagereinrichtung (12, 14) mit einer beweglichen Halteeinrichtung (50) vorgesehen ist, mittels welcher der Wechselrahmen (92) von der

Batterie-Transportvorrichtung (32) in eine Lagerposition in der Wechselrahmen-Lagereinrichtung (12, 14) und von einer Lagerposition in der Wechselrahmen-Lagereinrichtung (12, 14) zu der Batterie- Transportvorrichtung (32) bewegt werden kann.

12. Batteriewechselstation nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Transportvorrichtung (32) Mittel (96) für das Bewegen der Halteeinrichtung (50) aufweist.

13. Batteriewechselstation nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterboden-Waschvorrichtung (80) und/oder eine Kraftfahrzeug-Zentriereinrichtung (84) und/oder eine Kraftfahrzeug-Linearbewegungseinheit (82) vorgesehen ist. 14. Batteriewechselstation nach einem der Ansprüche 1 bis 13. dadurch gekennzeichnet, dass das Batterielager (12,

14) und die Batterie- Transportvorrichtung (32) unterirdisch angeordnet sind.

15. Batteriewechselstation nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Batterielager (12, 14) für Batterien (16, 18) unterschiedlichen Typs vorgesehen sind.

16. Verfahren zum Auswechseln einer Batterie (16) eines Fahrzeugs (26), bei dem eine Batterie-Transportvorrichtung (32) unter das Fahrzeug (26) bewegt wird, ein an der Batterie-Transportvorrichtung (32) aufgenommenes Batterie-Wechselwerkzeug (94) durch Anheben mittels der Batterie-Transportvorrichtung (32) an den Unterboden des Fahrzeugs bewegt wird, um eine in dem Fahrzeug (26) angeordnete Batterie (16) zu demontieren, die demontierte Batterie (16) mit der Batterie- Transportvorrichtung (32) abgesenkt wird und an der Batterie-

Transportvorrichtung (32) vor eine Halteeinrichtung (50) zur Aufnahme der Batterie (16) in einem Batterielager (12) bewegt wird, bei dem die Halteeinrichtung (50) aus einer Lagerposition (17) in eine Übergabeposition (37) bewegt wird, bei dem die Batterie (16) der Halteeinrichtung (50) in der Übergabeposition (37) von der Batterie-

Transportvorrichtung (32) übergeben wird und bei dem die Halteeinrichtung (50) mit der übergebenen Batterie (16) aus der Übergabeposition (37) in die Lagerposition (17) im Batterielager (12) bewegt wird, um die Batterie (16) in der Halteeinrichtung (50) zu lagern.

17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem die Batterie- Transportvorrichtung (32) vor eine Halteeinrichtung (50) eines Batterielagers (12) bewegt wird, in der eine Batterie (16) aufgenommen ist, bei dem die Halteeinrichtung (50) aus einer Lagerposition (17) in eine Ü- bergabeposition (37) bewegt wird, bei dem die Batterie (16) der Batterie-Transportvorrichtung (32) in der Übergabeposition (37) von Halteeinrichtung (50) übergeben wird, bei dem die übergebene Batterie (16) mit der Batterie-Transportvorrichtung (32) unter das Fahrzeug (26) bewegt wird, und bei dem die Batterie (16) durch Anheben an den Unter- boden des Fahrzeugs (26) mittels der Batterie-Transportvorrichtung (32) mit einem an der Batterie-Transportvorrichtung (32) aufgenommenen Batterie-Wechselwerkzeugs (94) in das Fahrzeug montiert wird.