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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Fixiereinrichtung für eine wechselbare Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Das Kraftfahrzeug weist insbesondere mindestens einen Traktionsantrieb auf, der über die Hochvoltbatterie mit elektrischer Energie versorgt wird.
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Kraftfahrzeuge mit einem elektrischem Antriebsstrang, also mit einem Traktionsantrieb, weisen ein Batteriesystem als elektrischen Energiespeicher auf. Es ist bekannt, die Hochvoltbatterie über einen Hochvoltanschluss an das Hochvolt-Netz im Kraftfahrzeug anzuschließen. Soll die Hochvoltbatterie im Rahmen eines Wechselkonzepts z. B. vollautomatisiert ausgetauscht werden, ist eine einfache mechanische Anbindung der Hochvoltbatterie sowie eine automatisierte elektrisch leitende Verbindung der Hochvoltkontakte von Kraftfahrzeug und Hochvoltbatterie erforderlich. Bei Systemen und Bauteilen, die in Kraftfahrzeugen oberhalb 25 Volt oder sogar oberhalb 30 Volt Wechselspannung (AC) bzw. mindestens 60 Volt Gleichspannung (DC) betrieben werden, spricht man von Hochvolt-Systemen - folglich werden elektrische Anschlüsse für solche Anwendungen als Hochvolt-Anschlüsse bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2013 003 918 B3 ist ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einer ersten Hochvoltbatterie, die in dem Kraftfahrzeug verbaut ist, bekannt. Es ist eine zweite Hochvoltbatterie vorgesehen, die temporär mit dem Kraftfahrzeug mechanisch und elektrisch gekoppelt werden kann.
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Die
DE 10 2012 205 414 B3 ist auf ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug gerichtet. Das Fahrzeug weist eine Einrichtung zum Lösen und Fixieren einer Traktionsbatterie auf.
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Aus der
DE 10 2009 019 185 A1 ist eine Wechseleinrichtung für wiederaufladbare Batterien in einer Batteriewechselstation für Kraftfahrzeuge bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll ein Kraftfahrzeug mit einer Fixiereinrichtung für eine wechselbare Hochvoltbatterie vorgeschlagen werden, wobei die Fixiereinrichtung auch ein vollautomatisches Wechseln der Hochvoltbatterie ermöglichen soll.
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Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird ein Kraftfahrzeug mit einer Fixiereinrichtung für eine wechselbare Hochvoltbatterie vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug umfasst zumindest einen Einbauraum für die Hochvoltbatterie sowie eine Schwenkvorrichtung mit mindestens einem Schwenkarm, der um eine an dem Kraftfahrzeug angeordnete Drehachse zumindest zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verschwenkbar ist. In der ersten Position gibt der erste Schwenkarm den Einbauraum zum Einbau oder Ausbau der Hochvoltbatterie frei und in der zweiten Position ist die Hochvoltbatterie durch den ersten Schwenkarm in dem Einbauraum fixiert bzw. fixierbar.
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Die Schwenkvorrichtung ist insbesondere an dem Kraftfahrzeug angeordnet und befestigt. Die Schwenkvorrichtung kann hydraulisch und/oder elektrisch und/oder manuell betätigt werden. Insbesondere ist die Schwenkvorrichtung automatisch betätigbar.
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Als Fixiereinrichtung wird hier insbesondere der Teil des Kraftfahrzeuges bezeichnet, der die Lage der Hochvoltbatterie im Einbauraum fixiert. Die Fixiereinrichtung umfasst insbesondere den mindestens einen Schwenkarm und die Komponenten, die zur Fixierung der Hochvoltbatterie im Folgenden vorgeschlagen werden.
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Insbesondere ist der Einbauraum an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der mindestens eine Schwenkarm ist in einer Ebene unterhalb des Einbauraums verschwenkbar.
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Der Einbauraum kann an jeder geeigneten Stelle des Kraftfahrzeuges angeordnet sein. Die Hochvoltbatterie kann in jeder Bewegungsrichtung in dem Einbauraum angeordnet werden, z. B. translatorisch, rotatorisch oder kombiniert. Der mindestens eine Schwenkarm kann auch in einer anders zum Einbauraum orientierten Ebene verschwenkbar sein.
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Bevorzugt ist allerdings, dass die Hochvoltbatterie von unten, also entgegen der Schwerkraft, in ein horizontal angeordnetes Kraftfahrzeug zugeführt wird. Der Einbauraum ist also bevorzugt nach unten zugänglich. Die Ebene, in der der mindestens eine Schwenkarm verschwenkbar ist, ist bevorzugt unterhalb des Einbauraums und damit unterhalb der im Einbauraum angeordneten Hochvoltbatterie angeordnet.
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In der zweiten Position ist der mindestens eine Schwenkarm so angeordnet, dass die Hochvoltbatterie durch den Schwenkarm formschlüssig in dem Einbauraum angeordnet ist. In der ersten Position ist die Hochvoltbatterie an dem mindestens einen Schwenkarm vorbei aus dem Einbauraum entfernbar oder in diesen anordenbar.
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Die erste Position und die zweite Position sind insbesondere durch einen Winkelbereich von mindestens 10 Winkelgrad, bevorzugt mindestens 45 Winkelgrad, besonders bevorzugt mindestens 75 Winkelgrad, voneinander beabstandet. Insbesondere beträgt der Winkelbereich zwischen 10 und 170 Winkelgrad, bevorzugt zwischen 45 und 135 Winkelgrad, besonders bevorzugt zwischen 75 und 115 Winkelgrad. Besonders bevorzugt ist die erste Position von der zweiten Position um einen Winkelbereich von 90 Winkelgrad beabstandet.
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Insbesondere umfasst das Kraftfahrzeug ein erstes Verriegelungssystem zur mechanischen Fixierung zumindest der zweiten Position des mindestens einen Schwenkarms.
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Insbesondere soll durch das Verriegelungssystem ein Verschwenken des mindestens einen Schwenkarms im Betrieb des Kraftfahrzeugs, also mit eingebauter Hochvoltbatterie verhindert werden. Das Verriegelungssystem ist insbesondere hydraulisch und/oder elektrisch und/oder manuell betätigbar. Insbesondere ist das Verriegelungssystem automatisch betätigbar.
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Insbesondere umfasst das erste Verriegelungssystem einen beweglichen Bolzen, der gegenüber dem mindestens einen Schwenkarm verlagerbar ist.
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Insbesondere ist der Bolzen in dem Schwenkarm angeordnet und kann gegenüber dem Schwenkarm translatorisch verlagert werden.
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Insbesondere kann der Bolzen mit einer Bolzenaufnahme zusammenwirken, die in einem Schwenkarm oder an dem Kraftfahrzeug, und dann nicht an dem Schwenkarm, angeordnet ist. Der Bolzen kann insbesondere in die Bolzenaufnahme eingeschoben werden, so dass eine Verschwenkung des Schwenkarms dann blockiert ist.
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Insbesondere umfasst das Kraftfahrzeug, zusätzlich zu dem ersten Schwenkarm, zumindest einen zweiten Schwenkarm, der um eine an dem Kraftfahrzeug angeordnete zweite Drehachse zumindest zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position verschwenkbar ist. Durch das erste Verriegelungssystem lassen sich die beiden Schwenkarme gegenseitig fixieren.
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Insbesondere ist z. B. ein Teil des Verriegelungssystems, z. B. ein Bolzen, in dem ersten Schwenkarm und ein weiterer Teil des Verriegelungssystems, z. B. eine Bolzenaufnahme, in dem zweiten Schwenkarm angeordnet. Sind beide Schwenkarme in der zweiten Position angeordnet, kann der Bolzen zumindest teilweise in die Bolzenaufnahme verschoben werden, so dass der Bolzen in beiden Schwenkarmen angeordnet ist. Eine Verschwenkung der Schwenkarme aus der zweiten Position ist dann nicht mehr möglich.
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Insbesondere sind die Drehachsen unterschiedlicher Schwenkarme parallel zueinander angeordnet. Insbesondere erstrecken sich die Drehachsen jeweils senkrecht zu einer Längsachse des Kraftfahrzeugs und insbesondere parallel zu einer Gierachse.
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Insbesondere umfasst das Kraftfahrzeug, zusätzlich zu dem ersten Schwenkarm und dem zweiten Schwenkarm, zumindest einen dritten Schwenkarm mit einer dritten Drehachse und einen vierten Schwenkarm mit einer vierten Drehachse sowie ein zweites Verriegelungssystem. Der dritte Schwenkarm und der vierte Schwenkarm lassen sich durch das zweite Verriegelungssystem gegenseitig fixieren.
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Insbesondere weist die Hochvoltbatterie zumindest einen ersten Hochvoltanschluss und das Kraftfahrzeug zumindest einen zweiten Hochvoltanschluss auf. Die Hochvoltbatterie ist über eine Kontaktierung der Hochvoltanschlüsse mit dem Kraftfahrzeug elektrisch verbunden. Zumindest der erste Hochvoltanschluss ist beweglich an der Hochvoltbatterie angeordnet. Insbesondere ist der erste Hochvoltanschluss (ausschließlich) translatorisch gegenüber der Hochvoltbatterie beweglich.
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Insbesondere ist der erste Hochvoltanschluss durch den mindestens einen Schwenkarm während der Verschwenkung ausgehend von der ersten Position hin zur zweiten Position betätigbar, so dass die Kontaktierung der Hochvoltanschlüsse in der zweiten Position sichergestellt ist. Insbesondere ist der erste Hochvoltanschluss durch den Schwenkarm dann betätigbar, kurz bevor dieser seine zweite Position erreicht hat, also z. B. höchstens im Bereich der letzten 10 Winkelgrad der Verschwenkung.
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Insbesondere umfasst das Kraftfahrzeug zumindest eine Rückstellvorrichtung für den ersten Hochvoltanschluss, die bei einer Verschwenkung des mindestens einen Schwenkarms den ersten Hochvoltanschluss von dem zweiten Hochvoltanschluss wegbewegt und die Kontaktierung der Hochvoltanschlüsse aufhebt. Insbesondere umfasst die Rückstellvorrichtung z. B. einen Federmechanismus, der in der zweiten Position in einem gespannten Zustand und in der ersten Position des Schwenkarms in einem entspannten Zustand vorliegt.
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Insbesondere umfasst das Kraftfahrzeug zumindest eine Längsachse und jeweils eine Fahrzeugseite auf jeder der beiden Seiten der Längsachse. Der Einbauraum ist zwischen den Fahrzeugseiten angeordnet. Die erste Drehachse des mindestens einen ersten Schwenkarms ist zwischen dem Einbauraum und einer der Fahrzeugseiten angeordnet.
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Insbesondere befindet sich der Einbauraum entlang der Längsachse zwischen den Achsen eines Kraftfahrzeuges. Insbesondere ist der Schwenkarm bzw. sind die Schwenkarme zwischen dem Einbauraum und der einen Fahrzeugseite bzw. jeweils zwischen dem Einbauraum und jeder Fahrzeugseite angeordnet. Insbesondere sind die Schwenkarme im Bereich der sogenannten Schweller eines Kraftfahrzeuges angeordnet, die eine Unterseite des Kraftfahrzeuges an jeder Fahrzeugseite begrenzen. Ein Schweller ist insbesondere ein Teil einer Karosserie des Kraftfahrzeuges.
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Insbesondere ist der mindestens eine Schwenkarm in dem Schweller integriert angeordnet, so dass zumindest ein Teil des Schwellers, also ein Teil der Karosserie des Kraftfahrzeuges, zwischen einem Boden, auf dem das Kraftfahrzeug steht, und dem mindestens einen Schwenkarm angeordnet ist.
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Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
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Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
- 1: ein Kraftfahrzeug in einer Ansicht entlang einer Gierachse; und
- 2: das Kraftfahrzeug nach 1 in einer Seitenansicht.
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Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 in einer Ansicht entlang einer Gierachse 30. 2 zeigt das Kraftfahrzeug 1 nach 1 in einer Seitenansicht. Die 1 und 2 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben.
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Das Kraftfahrzeug 1 weist zwei Achsen 28 mit jeweils zwei Rädern 27 auf. Die Achsen 28 sind entlang der Längsachse 24 des Kraftfahrzeuges voneinander beabstandet angeordnet. Zwischen den Achsen 28 und an einer Unterseite 16 des Kraftfahrzeuges 1 ist ein Einbauraum 4 für die Hochvoltbatterie 3 vorgesehen. Der Einbauraum 4 ist zwischen den an den Fahrzeugseiten 25, 26 angeordneten Schwellern 31 angeordnet. Die Drehachsen 10, 11, 12, 13 der Schwenkarme 6, 7, 8, 9 sind in den Schwellern 31 angeordnet. Die Schwenkarme 6, 7, 8, 9 sind jeweils in den Schwellern 31 integriert angeordnet, so dass zumindest ein Teil der Schweller 31, also ein Teil der Karosserie des Kraftfahrzeuges 1, zwischen einem Boden, auf dem das Kraftfahrzeug 1 steht, und dem jeweiligen Schwenkarm 6, 7, 8, 9 angeordnet ist.
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Das Kraftfahrzeug umfasst den Einbauraum 4 für die Hochvoltbatterie 3 sowie eine Schwenkvorrichtung 5 mit einem ersten Schwenkarm 6, der um eine an dem Kraftfahrzeug 1 angeordnete erste Drehachse 10 zwischen einer ersten Position 14 und einer zweiten Position 15 verschwenkbar ist. In der ersten Position 14 gibt der erste Schwenkarm 6 den Einbauraum 4 zum Einbau oder Ausbau der Hochvoltbatterie 3 frei, wobei in der zweiten Position 15 die Hochvoltbatterie 3 durch den ersten Schwenkarm 6 in dem Einbauraum 4 fixiert ist. Die Ausführungen zu dem ersten Schwenkarm 6 gelten gleichermaßen für den zweiten Schwenkarm 7 mit der zweiten Drehachse 11, den dritten Schwenkarm 8 mit der dritten Drehachse 12 sowie den vierten Schwenkarm 9 mit der vierten Drehachse 13.
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Der Einbauraum 4 ist an einer Unterseite 16 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet. Die Schwenkarme 6, 7, 8, 9 sind in einer Ebene 17 unterhalb des Einbauraums 4 verschwenkbar.
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Der Einbauraum 4 ist nach unten zugänglich. Die Hochvoltbatterie 3 wird entlang der Gierachse 30 in den Einbauraum 4 von unten zum Einbau eingeführt und zum Ausbau ausgeführt. Die Ebene 17, in der die Schwenkarme 6, 7, 8, 9 verschwenkbar sind, ist unterhalb des Einbauraums 4 und damit unterhalb der im Einbauraum 4 angeordneten Hochvoltbatterie 3 angeordnet.
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In der zweiten Position 15 sind die Schwenkarme 6, 7, 8, 9 so angeordnet, dass die Hochvoltbatterie 3 durch die Schwenkarme 6, 7, 8, 9 formschlüssig in dem Einbauraum 4 angeordnet ist. In der ersten Position 14 ist die Hochvoltbatterie 3 an den Schwenkarmen 6, 7, 8, 9 vorbei aus dem Einbauraum 4 entfernbar oder in diesen anordenbar.
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Die erste Position 14 und die zweite Position 15 sind durch einen Winkelbereich 29 von 90 Winkelgrad voneinander beabstandet.
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Das Kraftfahrzeug 1 bzw. die Fixiereinrichtung 2 umfasst ein erstes Verriegelungssystem 18 zur mechanischen Fixierung der zweiten Position 15 des ersten Schwenkarms 6 und des zweiten Schwenkarms 7. Weiter umfasst die Fixiereinrichtung 2 ein zweites Verriegelungssystem 20 zur mechanischen Fixierung der zweiten Position 15 des dritten Schwenkarms 8 und des vierten Schwenkarms 9.
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Durch das Verriegelungssystem 18, 20 soll ein Verschwenken der Schwenkarme 6, 7, 8, 9 im Betrieb des Kraftfahrzeugs 1, also mit eingebauter Hochvoltbatterie 3, verhindert werden. Jedes Verriegelungssystem 18, 20 umfasst einen beweglichen Bolzen 19, der gegenüber dem jeweiligen Schwenkarm 7, 9 verlagerbar ist.
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Der Bolzen 19 ist in dem Schwenkarm 7, 9 angeordnet und kann gegenüber dem Schwenkarm 7, 9 translatorisch verlagert werden. Der Bolzen 19 wirkt mit einer Bolzenaufnahme im jeweiligen anderen Schwenkarm 6, 8 zusammen. Der Bolzen 19 kann in die Bolzenaufnahme eingeschoben werden, so dass eine Verschwenkung jedes Schwenkarms 6, 7, 8, 9 dann blockiert ist.
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Die Drehachsen 10, 11, 12, 13 der unterschiedlichen Schwenkarme 6, 7, 8, 9 sind parallel zueinander angeordnet. Die Drehachsen 10, 11, 12, 13 erstrecken sich jeweils senkrecht zu der Längsachse 24 des Kraftfahrzeugs 1 und parallel zu einer Gierachse 30.
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Die Hochvoltbatterie 3 weist einen ersten Hochvoltanschluss 21 und das Kraftfahrzeug 1 einen zweiten Hochvoltanschluss 22 auf. Die Hochvoltbatterie 3 ist über eine Kontaktierung der Hochvoltanschlüsse 21, 22 mit dem Kraftfahrzeug 1 elektrisch verbunden. Der erste Hochvoltanschluss 21 ist beweglich an der Hochvoltbatterie 3 angeordnet. Der erste Hochvoltanschluss 21 ist ausschließlich translatorisch gegenüber der Hochvoltbatterie 3 beweglich.
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Der erste Hochvoltanschluss 21 ist durch den ersten Schwenkarm 6 und den zweiten Schwenkarm 7 während der Verschwenkung ausgehend von der ersten Position 14 hin zur zweiten Position 15 betätigbar, so dass die Kontaktierung der Hochvoltanschlüsse 21, 22 in der zweiten Position 15 sichergestellt ist. Der erste Hochvoltanschluss 21 ist durch die Schwenkarme 6, 7 dann betätigbar, kurz bevor dieser seine zweite Position 15 erreicht hat, vorliegend höchstens im Bereich der letzten 10 Winkelgrad der Verschwenkung.
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Das Kraftfahrzeug 1 umfasst weiter eine Rückstellvorrichtung 23 für den ersten Hochvoltanschluss 21, die bei einer Verschwenkung der Schwenkarme 6, 7 den ersten Hochvoltanschluss 21 von dem zweiten Hochvoltanschluss 22 wegbewegt und die Kontaktierung der Hochvoltanschlüsse 21, 22 aufhebt. Die Rückstellvorrichtung 23 umfasst einen Federmechanismus, der in der zweiten Position 15 in einem gespannten Zustand und in der ersten Position 14 der Schwenkarme 6, 7 in einem entspannten Zustand vorliegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Fixiereinrichtung
- 3
- Hochvoltbatterie
- 4
- Einbauraum
- 5
- Schwenkvorrichtung
- 6
- erster Schwenkarm
- 7
- zweiter Schwenkarm
- 8
- dritter Schwenkarm
- 9
- vierter Schwenkarm
- 10
- erste Drehachse
- 11
- zweite Drehachse
- 12
- dritte Drehachse
- 13
- vierte Drehachse
- 14
- erste Position
- 15
- zweite Position
- 16
- Unterseite
- 17
- Ebene
- 18
- erstes Verriegelungssystem
- 19
- Bolzen
- 20
- zweites Verriegelungssystem
- 21
- erster Hochvoltanschluss
- 22
- zweiter Hochvoltanschluss
- 23
- Rückstellvorrichtung
- 24
- Längsachse
- 25
- erste Fahrzeugseite
- 26
- zweite Fahrzeugseite
- 27
- Rad
- 28
- Achse
- 29
- Winkelbereich
- 30
- Gierachse
- 31
- Schweller
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013003918 B3 [0003]
- DE 102012205414 B3 [0004]
- DE 102009019185 A1 [0005]
